電氣自動化技術(shù)在鋁電解過程中的應(yīng)用分析

韓延琴，張 為

（甘肅東興鋁業(yè)有限公司隴西分公司，甘肅 定西 748112）

1 電氣自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

總體來說，電氣自動化系統(tǒng)具有分布式、分層分布式以及集中式幾種不同的結(jié)構(gòu)。

（1）分布式結(jié)構(gòu)。分布式結(jié)構(gòu)是一種比較理想的電氣自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，它可以對鋁電解廠當(dāng)中給定的目標(biāo)加以監(jiān)控，并給到其他的監(jiān)控裝置。而通過將這些控制裝置與電解廠中的局域網(wǎng)相連，就能夠?qū)⒏鞣N檢測信息進行實時傳輸，從而達到數(shù)據(jù)共享。雖然這種結(jié)構(gòu)比較理想，但是在對其進行實際應(yīng)用時，卻存在不少難以解決的實際問題，例如信號的干擾、影響信息傳遞質(zhì)量和其安全可靠性等問題。

（2）集中式結(jié)構(gòu)。集中式結(jié)構(gòu)能夠?qū)?shù)據(jù)存儲設(shè)備與處理設(shè)備集中并進行分配，還能對各種數(shù)據(jù)進行輸出與保護。該系統(tǒng)主要有前置機與后臺機兩大部分，其中后臺設(shè)備主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)通信，然后利用數(shù)據(jù)通訊，來與前置設(shè)備進行聯(lián)系。該結(jié)構(gòu)也存在著一定的缺陷，一方面是由于前置設(shè)備具有比較多的任務(wù)，所以會設(shè)置比較多的電纜，這樣就會造成相互之間傳輸信號的影響；一方面各種設(shè)備之間的傳輸也比較繁瑣，而且使用的可靠性不太理想；另一方面，在整個系統(tǒng)當(dāng)中，會用到大量的電纜將各種設(shè)備進行連接，這就會造成很大的開支。

（3）分層式分布結(jié)構(gòu)。分層分布式結(jié)構(gòu)，主要由管理層、中間層和終端層三部分構(gòu)成，可以對鋁電解變電站的對象實現(xiàn)有效管理控制，還能實現(xiàn)建立與維護數(shù)據(jù)、采集數(shù)據(jù)、運行管理以及報電能等多種功能。該結(jié)構(gòu)具有很大的優(yōu)勢：一方面其可靠性很高，在系統(tǒng)內(nèi)任意一種設(shè)施發(fā)生故障的時候，不會影響到系統(tǒng)整體的運行，僅僅在局部區(qū)域存有問題；一方面它具有相當(dāng)大的擴展空間，足以支持設(shè)備進行不斷升級；另一方面，該結(jié)構(gòu)能夠使各種設(shè)備之間的電纜大幅減少，這樣就能夠使得維護難度與經(jīng)濟開支大大減小。所以，可以認(rèn)為分層分布式結(jié)構(gòu)是鋁電解廠中變電整流電氣自動化系統(tǒng)的最佳選擇。

2 繼電保護及安全自動裝置

在鋁電解廠中，開關(guān)站主要由電壓為10 kV 的配電所與補償裝置兩大部分構(gòu)成，能夠?qū)Ω鞣N數(shù)據(jù)進行傳輸與控制。下面就對具體的配置原則進行設(shè)計分析。

2.1 保護配置原則

（1）雙重化配置。在鋁電解廠的開關(guān)站當(dāng)中，通常將雙重化配置作為主保護，在配置時，要遵循相互獨立與不同原理，將主屏設(shè)置為獨立組屏。具體的配置原則包括：①要采用保護裝置，并將其接線原則確定為“對應(yīng)原則”，使保護裝置能夠同時滿足雙回線路同桿架設(shè)的要求，這樣才能有效實現(xiàn)主裝置與后補裝置間的數(shù)據(jù)統(tǒng)一；②應(yīng)在保護裝置中安裝啟動斷路器，這可以使得當(dāng)設(shè)備突然損壞的時候，能夠很好地做到失靈保護；③應(yīng)在保護配置當(dāng)中，設(shè)置跨區(qū)域跳閘的功能，以避免某一區(qū)域出現(xiàn)問題的時候，對其他區(qū)域設(shè)備的正常運行造成影響；④在所有的保護裝置當(dāng)中，都應(yīng)當(dāng)安裝電壓切換箱。

（2）母線差動保護配置。母線差動保護裝置也要遵守相互獨立和不同原理，故應(yīng)當(dāng)對其進行雙重化配置，并設(shè)置為獨立組屏。在具體的設(shè)置過程中，應(yīng)當(dāng)按照以下規(guī)則來進行：①在對雙重保護的跳閘進行設(shè)置時，必須按照一一對應(yīng)的方法來完成接線；②在母線保護中，應(yīng)安裝斷路器失靈保護，以避免出現(xiàn)母線突然失效的狀況；③應(yīng)配備符合電壓閉鎖，以防止母線保護功能突然損壞。

（3）母聯(lián)和母線RT 間隔。關(guān)于母聯(lián)與母線RT之間的間隔，應(yīng)該注意以下幾個方面：①要設(shè)置有獨立充電保護功能的母聯(lián)斷路器，以避免出現(xiàn)瞬間跳閘的狀況；②要設(shè)置有限流能力的電壓閉鎖，以避免出現(xiàn)過流保護的狀況；③要設(shè)置有失靈保護功能的啟動器，以防止電氣自動化裝置損壞。

（4）電壓為10 kV 的配電所的配置。應(yīng)當(dāng)按照以下規(guī)則來進行：①在對線路間隔進行配置時，需要配置限電流速斷保護，這樣才可以實現(xiàn)有效的延時保護；②在對配電所的母聯(lián)間隔設(shè)置時，要設(shè)置有電流速斷保護的功能裝置。

2.2 組屏方法

在鋁電解廠中，保護與監(jiān)測控制裝置是其開關(guān)站的主要組成部分之一，當(dāng)對其設(shè)備加以布置時，通常采用分屏與分開的排列組合形式，以便于在主控室中進行組屏的配置。而在具體組屏?xí)r，應(yīng)按照以下方法加以設(shè)置：（1）在對進線間隔進行配置時，應(yīng)當(dāng)從測控柜的一面進線；（2）在對公共部分進行設(shè)置時，必須安裝一個具備聯(lián)網(wǎng)能力的網(wǎng)絡(luò)控制柜、一面是公用與遠(yuǎn)端的電表柜、一面為開關(guān)站的總體控制柜；（3）在對動力變間隔進行布置時，應(yīng)當(dāng)在測控柜與保護柜之間進行；（4）在對整流機組間隔進行布置時，也應(yīng)當(dāng)在測控柜與保護柜之間進行；（5）在對母聯(lián)間隔進行布置時，應(yīng)當(dāng)與保護柜相連接。

2.3 五防模擬屏

在實際工作的過程中，要對變電整流電氣系統(tǒng)進行實時監(jiān)測，以在后臺機設(shè)備突發(fā)故障后，能及時通過手動方式來切斷電路，使得其立即停止工作，避免引起較大的事故。在模擬控制屏上，應(yīng)當(dāng)設(shè)有控制按鍵、交流表計、直流表計、位置顯示器、開關(guān)與總調(diào)分按鍵等，以便建立完備的鋁電解系列電流自動穩(wěn)流控制系統(tǒng)，很好地進行過程監(jiān)控、穩(wěn)流控制、數(shù)據(jù)管理以及系統(tǒng)管理。

2.4 綜自屏接地

在鋁電解的生產(chǎn)流程當(dāng)中，每面綜自屏都需要同時配備工作接地銅排與保護接地銅排，而這些都對保證電氣自動化系統(tǒng)與綜自設(shè)備的順利工作起到了關(guān)鍵的作用。在連接絕緣接地環(huán)網(wǎng)和整流區(qū)域的主接地網(wǎng)，此時必須保證相連的單芯電纜，其橫截面在100 mm2以上。

3 電氣自動化技術(shù)在鋁電解過程中的問題

（1）節(jié)能不足。近些年來，隨著鋁電解產(chǎn)能的不斷上升，也同時會造成大量的能源消耗，這就為鋁電解的節(jié)能要求提出了越來越高的要求。雖說將電氣自動化應(yīng)用于鋁電解的過程當(dāng)中，相較于傳統(tǒng)的老式電解方法，更加節(jié)能高效。但是近些年來，鋁電解對于能源的消耗量大增，但是電氣自動化技術(shù)的發(fā)展速度卻相對略顯滯后，因此，出現(xiàn)了明顯的節(jié)能不足的狀況。

（2）質(zhì)量管理不到位。在鋁電解的過程中，質(zhì)量管理對于生產(chǎn)的質(zhì)量有著很大的影響。為了做好質(zhì)量管理，在鋁電解廠當(dāng)中，都會設(shè)立專業(yè)的檢測部門，來對整個生產(chǎn)工作進行有效監(jiān)督控制。但是在實際的管理過程當(dāng)中，很多檢測部門的人員，往往對于檢測結(jié)果過于依賴與迷信，這就使得其在主觀上對質(zhì)量管理缺乏應(yīng)有的重視，出現(xiàn)精神上的松懈，這樣就很容易出現(xiàn)工程生產(chǎn)質(zhì)量問題，造成一些不必要的損失。

（3）變電整流有待升級。當(dāng)前鋁電解對大電流與高電壓的生產(chǎn)需求較高，但是在設(shè)備配備方面，卻并不盡如人意，雙方之間存在著很大的供需矛盾，需要對變電整流進行升級。

4 電氣自動化技術(shù)在鋁電解過程中的相應(yīng)優(yōu)化措施

在將電氣自動化技術(shù)應(yīng)用于鋁電解過程當(dāng)中時，存在著能耗高、質(zhì)量管理不到位以及變電整流有待升級等方面的問題。要想使鋁電解生產(chǎn)工作質(zhì)量與節(jié)能方面取得進步，就必須依靠與先進的科學(xué)技術(shù)以及完整的結(jié)構(gòu)與管理體系。針對上述所問題，我們應(yīng)當(dāng)對其進行逐個擊破，分別有針對性地采取相應(yīng)措施進行優(yōu)化與解決。一方面，可以通過發(fā)展科學(xué)技術(shù)，培養(yǎng)新型人才的方式，來有效達成節(jié)能減排的結(jié)果；一方面，可以通過提升管理意識、優(yōu)化管理機制等方式，使得生產(chǎn)質(zhì)量獲得大幅提高；另一方面，還應(yīng)當(dāng)對結(jié)構(gòu)進行合理優(yōu)化，以使得變電整流系統(tǒng)得到改善與升級，從而全面提升電氣自動化技術(shù)在鋁電解當(dāng)中的控制水平。下面一一進行詳細(xì)分析。

4.1 針對節(jié)能不足問題

鑒于當(dāng)前鋁電解過程中節(jié)能不足的現(xiàn)狀，應(yīng)當(dāng)從根本上尋求解決辦法，重視對高科技創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，并注重對生產(chǎn)力進行再教育。政府部門應(yīng)當(dāng)加大對教育與科研方面的政策與資金支持，并在人才培養(yǎng)的方向上進行合理引導(dǎo)，要求在對專業(yè)人才進行培養(yǎng)時，不僅要注重對他們專業(yè)理論知識的灌輸，更要注重對他們實際操作能力的訓(xùn)練，以及對他們創(chuàng)造性思維的發(fā)展。唯有大量電氣自動化專業(yè)人才，才能幫助我國鋁電解在節(jié)能減排、綠色生態(tài)方面有更好的突破。

4.2 針對質(zhì)量管理問題

（1）提升質(zhì)量管理人員的觀念意識。要想真正提升對鋁電解生產(chǎn)工作的管理質(zhì)量，首先生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)當(dāng)注重對管理人員觀念意識的改變，要將質(zhì)量管理的重要性進行宣傳滲透，使每一個管理人員都有足夠強的管理意識，并讓他們明確，對于質(zhì)量管理，質(zhì)量檢測只不過是一個標(biāo)尺，應(yīng)該將重點放在管理之上。

（2）優(yōu)化管理機制。要想真正做好鋁電解生產(chǎn)工作的質(zhì)量管理，就必須要對管理機制進行優(yōu)化。一方面要盡可能聘用素質(zhì)較高的管理人才來進行管理，另一方面要加強對當(dāng)前管理人員的培訓(xùn)，以提升管理人才隊伍的整體素質(zhì)；另一方面，應(yīng)當(dāng)建立比較完善的規(guī)章制度以及嚴(yán)格的懲罰機制，規(guī)范質(zhì)量檢測，確保質(zhì)量檢測的科學(xué)性與準(zhǔn)確性。并應(yīng)當(dāng)充分借鑒比較優(yōu)秀的管理流程，將質(zhì)量管理充分落實到生產(chǎn)過程中的每一個環(huán)節(jié)，以有效提升管理的質(zhì)量，最終大幅提升鋁電解生產(chǎn)工作的整體質(zhì)量。

（3）針對變電整流問題。針對變電整流問題，可以從三個方面來進行優(yōu)化控制，包括選擇合適的電氣自動化系統(tǒng)、遵循一定的配置原則以及做好安全控制，下面對這三個方面一一進行分析。

4.3 選擇合適的電氣自動化系統(tǒng)

首先要對三種結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣進行分別分析比較，并根據(jù)鋁電解廠的實際狀況，選擇最合適的電氣自動化系統(tǒng)。分布式結(jié)構(gòu)雖然比較理想化，但是會在實際的應(yīng)用過程中，出現(xiàn)干擾信號、信息傳輸與可靠性不足等難以解決的問題，因此，不太建議使用；集中式結(jié)構(gòu)的缺陷也很明顯，由于前置設(shè)備具有比較多的任務(wù)，所以會設(shè)置比較多的電纜，這樣就會造成相互之間傳輸信號的影響，各種設(shè)備之間的傳輸也比較繁瑣，而且使用的可靠性不太理想，且大量的電纜也會造成很大的開支，所以也不建議使用；而分層分布式結(jié)構(gòu)的可靠性很高，有比較大的擴張空間，足以支持設(shè)備進行不斷升級，而且該結(jié)構(gòu)能夠使各種設(shè)備之間的電纜大幅減少，這樣能夠使得維護難度與經(jīng)濟開支大大減小。所以，對于鋁電解廠而言，分層分布式結(jié)構(gòu)，是比較理想的一種結(jié)構(gòu)方式，可以在變電整流電氣自動化系統(tǒng)當(dāng)中進行應(yīng)用。

4.4 將PLC 技術(shù)應(yīng)用于電氣自動化系統(tǒng)

PLC 技術(shù)是一種具有極大優(yōu)勢的電子系統(tǒng)，它主要運用于工業(yè)環(huán)境中，不但能夠大大提高生產(chǎn)效率，而且還可以有效減少資源耗費，通過存儲器進行邏輯運算與順序控制等命令，同時可以利用輸入輸出來對工業(yè)機器設(shè)備及其生產(chǎn)的過程進行有效控制，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。想要高效應(yīng)用PLC 技術(shù)，就需要全面掌握具體的應(yīng)用理論與特性，以達到更有效地使用PLC 技術(shù)中的控制器，從而促進電氣自動化得以健康高效發(fā)展。對PLC 技術(shù)來說，最關(guān)鍵的并非配套設(shè)備，而是具備完備的特性，所以在PLC 技術(shù)實際運用過程中，應(yīng)該具備相當(dāng)強的抗干擾能力和高度的安全性。而傳統(tǒng)的電氣自動化控制技術(shù)，在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場往往會引起對周圍的環(huán)境影響。另外，PLC 在實際應(yīng)用過程中還具備自檢測功能，可以及時發(fā)現(xiàn)并過濾自動控制系統(tǒng)中的錯誤信息。PLC 技術(shù)作為一個主要面向工礦企業(yè)的專用設(shè)備，而且由于它本身編程語言較為簡單，使用也就更加簡單，在一定程度上，降低了企業(yè)電氣智能化管理方面對工程人員的要求，只需要進行簡單的培訓(xùn)之后，就能夠應(yīng)用。

4.5 遵循一定的配置原則

在對繼電保護及安全自動裝置進行配置時，一定要嚴(yán)格遵循配置原則，通常來說，都要采用相互獨立和不同原理，要把雙重化配置作為主保護，并對電流速斷保護的功能單元進行合理配置，把母線RT 間隔設(shè)置為并列的RT 裝置等。

4.6 做好安全控制

為了保證鋁電解生產(chǎn)過程的安全，應(yīng)當(dāng)充分做好安全控制，要加強對整個生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控，對模擬控制屏幕模塊加以適當(dāng)調(diào)整。除開關(guān)以外，都必須對所有裝置安裝控制按鈕，并安裝相應(yīng)的表計，以有效提升手動控制的有效性，降低因為手動失誤而造成的無謂損失。除此之外，還必須建立軟硬件安全系統(tǒng)，由此來有效增加安全系數(shù)。在軟件中，要配備電編碼鎖或機械編碼鎖；在硬件當(dāng)中，要確保工作接地的絕緣性能等。

5 結(jié)語

綜上所述，鋁電解的產(chǎn)能隨著時代發(fā)展也不斷提升，對電氣自動化系統(tǒng)的可靠性提出了越來越高的要求。文章對電氣自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行了介紹，詳細(xì)闡述了分布式結(jié)構(gòu)、集中式結(jié)構(gòu)與分層式分布結(jié)構(gòu)三種不同結(jié)構(gòu)的具體內(nèi)容與優(yōu)缺點。進而對繼電保護及安全自動裝置進行了詳細(xì)分析。提出了電氣自動化技術(shù)在鋁電解過程中的問題，并有針對性地提出了相應(yīng)的優(yōu)化措施，從節(jié)能、質(zhì)量管理以及變電整流三大方面展開了詳細(xì)的論述，以供相關(guān)人士借鑒與參考。