電解鋁供電整流系統優化改造思路探討

【摘要】隨著科技的發展和社會的不斷進步，電解鋁行業發展迅速，新科技和新設備的運用使得電解鋁技術的水平有了很大提高，逐漸向更大規模發展。目前電解鋁的電解槽和整流設備逐漸向更高電壓和更高電流的等級發展，隨著電流和電壓的不斷增大，整流技術需要進行改進和完善，以適應系統大功率的生產要求。由于供電整流裝置的技術水平已經滿足不了系統形勢的發展，必須要對該整流裝置進行優化和改進，提高其性能。但通常在改進和創新時注重的是元件中的各個參數、快熔數量和元件增加等情況，忽視了電流和電壓增大給系統帶來的影響，具體包括對結構、熱穩定、絕緣等問題，給系統運行增加了困難。本文主要針對電解鋁供電整流系統優化改造的思路問題進行研究和探討，并根據存在的問題提出合理化的建議和措施。

【關鍵詞】電解鋁；供電整流系統；優化改造；思路探討；建議措施

近幾年，我國的科學技術發展迅速，尤其是在電解鋁行業中，為企業的發展做出了很大的貢獻，提高了企業的生產效率和綜合效益。但由于電解鋁行業的技術較為先進，生產工藝相對復雜，在生產過程中容易出現一系列的問題和故障。調整電解鋁整流設備的電壓和電流時也會出現一些問題，再加上市場的惡意競爭，給整流機組帶來了極大的安全隱患。為滿足系統的運行需求，就需要對整流的裝置設備進行改進和創新，提高整流設備的技術水平和運行效率，適應系統的環境變化。

一、設備的主要參數

某公司的電解分為兩個系列，在每個系列中都會設置六臺整流供電機組，在每個系列配置260臺電解槽，整流機組采用5+1的方式進行，系列電流控制在300KA，其中整流機組的主要參數為：機組額定電壓為1200V，機組的額定電流為2×33kA，額定容量分別為：一系列定位92460KVA，二系列的定位103196KVA，機組臺數為六臺，單機的組脈波數為12，六臺整流機組等效脈沖波數為72，電壓器和自飽的控制深度為DC90V。其中整流變壓器調壓采用200KV直降，二次調壓使用的是79級調壓開關，采用遞降方式來調變接線。同時采用鐘罩結構作為整流變壓器的結構，一次繞組和二次繞組為同相逆并聯方式連接，一次繞組為星形和角形，二次繞組為正反三角形的方式接線。

整流柜的冷卻系統是采用水—水冷卻系統，采用下進上出的進出線方式，其采用接線方式使用的是二極管三相橋式同相式并聯法，且在每臂上設置5個二極管，并采用并聯的方式連接，反峰電壓控制在5000V，而電流為4680A。

二、改造供電整流系統的重要意義

在該公司的整流機組中，一系列的六臺整流機組都投入使用，電解槽的數量為258臺，達到了滿負荷的運行狀態；而二系列的六臺機組投入使用，但運行的電解槽數目為88，占到三分之一，沒有達到滿負荷運行的狀態。公司中整流柜的整體穩定性和可靠性較強，整流器中的快熔和二極管等元件都是采用先進的技術打造，配置上占據一定的優勢。隨著系統運行的加快，導致整流裝置跟不上系統的節奏。公司中整流裝置中存在很大缺陷，其中具體會表現在：1）直流母線框架出現發熱；2）整流柜運行振動大；3）二次輔助的網路元器件配置較低；4）整流柜內電容漏液；5）正負匯流母線之間的間距太小；6）絕緣材料的質量較差。由于這些因素的出現導致整流機組容易引發安全事故，影響了電解生產過程，降低了生產效率，給整個系統安全造成嚴重威脅。所以為了提升電解鋁供電整流系統優化和改進的水平，優化改進措施和改進方案，需要加大對問題和缺陷的分析和研究，制定有關措施來解決和處理問題。

三、整流機組存在的不足

（一）整流柜無隔弧的措施

近幾年對整流柜爆炸事故的原因分析，多數都是因為沒有完善無隔弧措施或隔弧措施，導致整流柜同相逆并相間缺少防弧隔板，頂部回流正母線跟負橋臂、匯流負母線跟正橋臂之間的距離為50mm，小于標準規定值75mm，所以會因短路發生事故。

整流柜的內部元件和快熔下側管路間未做好防弧措施，容易導致短路事故。

（二）整流柜過電壓保護裝置和元件的問題

系統中電壓裝置和換壓電壓裝置的電容型號和質量不過關，引起安全隱患，嚴重的會引起爆炸。將所有的電壓裝置和換向電壓裝置都安裝在整流柜中，容易因熱量太高而發生爆炸。

未考慮設計時的電阻，使得元件反向電壓加大，減少了電容器的使用使命。

（三）二次線選型不合理

在高壓的環境下采用普通的多股銅線作為二次線，可靠性較差。

（四）保護設計問題

沒有設置反向的限過電流的保護措施，缺少逆流保護裝置，當整流柜出現正負極短路時，就會導致很大逆向電路出現，使得故障機組無法修復，給母線的結構產生很大損害。并且無法在整流柜和電解槽出現故障時，迅速的將六臺機組斷開，消除故障源。也就說這個系統沒有總停開關，降低了處理應急事故的效率和速度。

正因為沒有設置離極保護，所以當出現離極事故時，過電壓無法隔斷，將直接損害機組，影響整體結構的穩定性和安全性。

（五）未完善綜合自動化系統

智能測控裝置的抗干擾能力較差，有時還會出現死機的現象，降低了通訊的傳輸效率，且在后臺的信號過于冗雜，沒有條理化的管理。

四、整流系統優化改造的內容

1.整流柜內同相逆并相橋臂之間增加隔弧板

在進行整流柜內同相逆并相橋臂間設置隔弧板時需要使用的材料為高分子的復合材料SMC，安裝方式為插槽式，主要特點可以概括為機械的性能良好，且具有耐腐蝕、阻燃、耐熱，介質的損耗較小等優點，所以使用較為廣泛，提高了整體的結構穩定性和安全性。

2.正負匯流母線隔弧處理

在一系列的整流柜中無法采用隔弧處理，因為整流柜中正負匯流母線間的距離太小，無法滿足操作要求，所以需要將所使用的硅橡膠復合材料按照原材料的形狀進行壓縮，然后再進行安裝和配置。該材料具有很多優勢，所以被使用的較多，其中涵蓋了阻燃、絕緣性能好、散熱快等優勢。其中在溫度大于40度的環境下都可以發揮很好的效果。對于二系列的隔弧處理可以分為三個部分進行，上側的母線室、中側的元件和橋臂室和下側的管路室等。

圖1所示為二系列整流柜的防弧隔板圖示：

3.更換柜內的小線

因為在整流柜的二次小線可能會引起安全事故，影響整體運行，所以將整流柜中的交流母線跟操作過電壓的連接導線更換為耐高壓、耐高溫、阻燃性能好等優點的高壓線。

4.將過電壓操作裝置移位、換型

把操作過電壓吸收設備轉移到柜外，安裝在整流柜兩邊，避免出現整流爆炸現象，同時將操作過電壓的吸收裝置改換為干式自愈式電容器。

5.換相過電壓吸收裝置移位

為了滿足換相的吸收，將整流柜中的換相過電壓吸收設備調至柜外，將其設置在整流柜的面板上，同時還可以增加散熱性能，減少了機械的破壞阻力，提高了美觀度。

6.保護方面

（1）避免事故的進一步增大，需要購置一臺專門化的逆流保護設備，當點解系統出現故障時可以快速供電，并測試設備的運行狀態。同時為保護低檔位下整流變壓器的靈敏度，需要增加反時限過流保護設備，避免在保護中出現漏洞。

（2）為避免離極故障導致電解槽出現爆炸現象，或者對整流柜產生巨大的元件損害和沖擊，需要增加離極保護裝置，能迅速切斷系統中220KV側的開關，防止事故的進一步發展。同時要增加一個總停開關，當系統出現異常和事故時，可以第一時間通過手動操作來切斷電源，避免事故區域進一步擴大。

（3）為了提高整個系統運行的靈敏度和可靠性，在整流機組中需要加大弧光保護，減少大電流產生強磁場對保護程序造成的損害，因此可以通過添加電流閉鎖的裝置來達到保護的效果。

五、改造需要注意的問題

1.整流系統在改造前，必須要聯合整流器的制造商、設計人員和技術人員等制定有效的安裝方案，并對方案進行分析和優化，論證方案的有效性。同時要對整流機組進行全面消缺，保證系統機組的穩定運行，按照整流機組的情況將管理人員進行分組，打造專業的管理團隊，提高管理人員的技術水平和綜合素質。

2.要想保證改造過程順利進行，加快施工進度，必須要制定科學化施工方案，嚴格按照方案進行安裝施工，并且要安排專業人員進行監督和管理，加強對施工環節的監控，層層把關，提高施工質量，

六、結束語

隨著科學技術的發展和進步，電解鋁行業的技術水平也在不斷發展，但現在的高電壓和高電流背景下，要想滿足行業的需要，保證系統運行的安全性和穩定性，就必須對整流系統技術進行改造和優化，消除不良因素，保證整個系統能夠安全、快速的運行，提高運行效率，增加企業效益。

參考文獻

[1]李建勇，陳改琴.電弧光保護裝置在電解鋁行業硅整流柜中的應用特點[J].有色冶金節能，2009，06：38-40.

[2]劉學義.電解鋁生產線中供電整流改造實施方案[J].電氣應用，2012，04：69-74.

[3]郭莉莉.電解鋁行業供電整流系統電弧光保護技術的開發與應用[J].有色設備，2007，02：44-46+52.

[4]顧華，王振江，任雪娟.280kA鋁電解系列供電整流系統電流強化與實踐[J].輕金屬，2005，01：35-38.

[5]尹輝.煉化企業低溫熱系統與蒸汽系統優化改造分析[D].大連理工大學，2013.

[6]牛玉娟.河南中孚300KA級鋁電解穩流控制系統的研究與應用[D].中南大學，2010.

[7]何躍貴.鋁電解110KV整流供電綜合自動化系統的設計與開發[D].中南大學，2004.

[8]李名賢，趙韌，宋廣孚，杜旭東，顧華，劉起.280kA鋁電解系列成套供電整流裝置的研究與應用[J].輕金屬，1997，03：31-35.

[9]張國澎.級聯H橋整流及其直流側電容電壓平衡控制的研究[D].中國礦業大學（北京），2012.