某電解鋁廠整流器觸發控制同步信號改造

吳曉紅，周甫慶

(昆明有色冶金設計研究院股份公司，云南昆明650051)

0 引 言

隨著電解鋁行業的快速發展，尤其是電解槽的大型化，對整流設備的安全可靠性要求也越來越高，而高可靠性的晶閘管和數字觸發電路的應用，因其具有低維護和高效率的特點，被越來越多用戶所選擇。由于同步信號的不穩定易引發晶閘管整流機組跳閘，不但造成電解系列電流大幅波動，影響生產，同時也給電網安全運行帶來隱患。

依據某電解鋁廠多次由于同步信號的不穩定引起整流機組故障跳閘情況，查找整流機組跳閘的原因，提出改造方案，從根本上解決由于同步信號的不穩定引發晶閘管整流機組跳閘的問題，確保鋁電解生產的穩定運行。

1 晶閘管整流機組跳閘原因分析

1.1 工礦概述

某電解鋁廠電解系列直流電流320 kA。大型預焙陽極電解槽數172臺，其中正常工作168臺，備用4臺。電解槽槽平均電壓3．84 V，正常工作系列電壓約645．1 V，效應時的最高系列電壓為約715．1 V，系列電壓確定為850 V。配置6臺/套整流變壓器組和6套晶閘管整流裝置。

1.2 跳閘起因

該廠整流器觸發控制同步信號采用動力變壓器提供的三相380V電源作為同步信號，在2#～6#整流機組正式送電投入運行后的第3天，整流機組先后發生3次跳閘，通過對跳閘時交流錄波監測，發現在空壓機投切瞬間電壓波動很大;查看了上位機所有機組跳閘的相關報警和跳閘記錄，變電站綜合自動化系統上出現同步采樣的報警或跳閘信號，說明同步信號采樣異常。分析其原因為動力變壓器10 kV側帶有其它大功率負載(如空壓機)，大功率負載的投切，電壓的波動嚴重影響了同步信號的穩定和晶閘管整流裝置的安全運行。

2 同步信號的改造方案

根據整流機組跳閘原因分析，決定對整流器觸發控制同步信號進行改造，將整流器的觸發控制同步信號，改由220 kV開關站220 kV母線上的220 kV/100 V電壓互感器備用繞組提供。具體改造方案如下:

2.1 同步信號電流計算

(1)采用線電壓158 V(相電壓91 V)作同步信號，輕載(91 V/11 mA)條件下，每只信號變壓器的容量為 91 ×0．011≈1．0 VA

(2)72只信號變壓器的容量為1．0×72≈72 VA

(3)每一相的輸入電流為72/3/91=0．27 A

2.2 電壓互感器電流計算

(1)220 kV/100 V電壓互感器二次容量為100 VA

(2)電壓互感器二次相電壓為57．7 V

(3)電壓互感器二次總容量為100 VA，每相輸出電流為 33．3/57．7=0．58 A

2.3 同步電壓信號匹配

由于前期是采用動力變壓器提供的三相380 V電源作為同步信號，各機組主電路和觸發脈沖信號之間對應的相位關系已經完全確定。改由電壓互感器二次輸出電壓作同步信號，則要求電壓互感器輸出電壓的相位必須與動力變三相電源的相位完全一致。實測動力變380 V電源和電壓互感器二次電壓信號相位，見圖1。

圖1 實測動力變380電源和電壓互感器二次電壓信號相位Fig.1 The measured secondary voltage signal phase of 380 V power supply and voltage transformer

因此，為了保證電壓互感器輸出電壓的相位和電壓幅值與現有觸發控制板上的同步信號變壓器相匹配，需要變更的部分包括:

(1)增設三相變壓器3臺(每臺對應2套整流機組，當1臺變壓器故障時，還能保證4套整流機組運行，確保電解生產的持續運行)，對電壓互感器輸出的同步電壓信號進行隔離、移相和升壓，以滿足觸發控制板對同步信號的要求。將整流柜內現有的200 VA三相變壓器，作適當的連接變更，即可以滿足要求，見圖2。

圖2 移向變壓器接線圖Fig.2 Wiring diagram of phase-shifting transformer

(2)更改觸發控制板內同步電路輸入阻值，以滿足同步電壓信號幅值(220 V/91 V)變小以后同步信號不能失真的要求。

(3)在輸入電壓100 V條件下，實測得200 VA三相變壓器的空載電流，見表1。其值不足1 mA，可以忽略不計。電壓互感器輸出容量(100 VA/0．58 A)可以滿足觸發控制板內全部72只信號隔離變壓器(0．27 A)的要求。

表1 三相變壓器的空載電流Tab.1 No-loading current of three-phase transformer

2.4 電壓切換

該項目220 kV開關站主結線采用帶母聯斷路器的雙母線接線，因此，220 kV母線上電壓信號應根據系統運行方式進行切換。設置一臺電壓切換裝置，單電源供電時取相應電源母線PT電壓信號，雙電源供電時取I段電源母線PT電壓信號。具體電壓切換原理見圖3。

圖3 電壓切換原理圖Fig.3 Schematic diagram of voltage switching

3 結 語

通過對晶閘管整流機組跳閘進行分析研究，提出了相適應的整改措施，改造后采用220 kV I/II段母線PT備用繞組經電壓切換后取同步信號，不受動力負荷波動的影響。經過改造徹底消除了由于同步信號的不穩定引起整流機組跳閘的現象，避免了嚴重威脅生產安全和電網穩定運行的不良因素，同時為電解鋁企業類似問題提供了技術借鑒，為電網安全穩定運行起到積極作用。

［1］張全元．變電運行現場技術問答［M］．北京:中國電力出版社，2009．

［2］劉懺斌，等．硅整流所電力設計［M］．北京:冶金工業出版社，1983．