一種改進的電弧光保護裝置在電解鋁行業中的應用

石 磊，陳亞娜

（包頭輕工職業技術學院 自動化學院，內蒙古 包頭 014035）

0 引言

近年來，隨著我國電解鋁行業的大力發展，電解鋁的產能不斷增加。在電解過程中均采用大電流、高電壓的整流設備為其提供電流，目前大型電解鋁的整流系統一般是采用4～7 個機組，每個整流機組由1 臺調壓變壓器、2 臺整流變壓器、2 個整流柜組成。所有整流柜并聯連接至直流大母線，為電解系列提供直流電能。但生產過程中有時整流柜會發生爆炸事故，造成嚴重后果。造成整流柜爆炸的原因有：①整流元件擊穿時，會產生弧光，快速熔斷器不能及時的熔斷，引起弧光擴大，使得整流柜內正負母線短路，造成爆炸；②整流元件或絕緣件受潮，使元件表面溫度低于環境溫度至凝露點后，元件表面將結露，引起短路，進而發生爆炸整流柜內冷卻管路滲漏，也可能造成絕緣降低，引起爆炸；③絕緣件表面有灰塵積聚，絕緣被破壞。

為了減少弧光的危害性，電弧光保護逐漸被應用到整流系統的保護中，配合常規保護擴大整流系統的保護面，特別是電弧光保護因動作時間短、功能強大、保護判選擇靈活、安裝實施簡單，電解鋁廠正在逐步新增整流系統的弧光保護。實踐證明弧光保護能在開關柜發生弧光故障時提供最快的保護，切斷故障點，是常規繼電保護不能比擬的，它將弧光對設備的損害降至最低，確保故障電站對電網的影響最小。本文以內蒙古某鋁廠為例，分別介紹改進前后的弧光保護系統在實際生產中的應用。

1 改進前的系統

如圖1 所示，該弧光保護系統包括綜自系統、主單元、電流單元和弧光探頭；主控單元通過以太網和綜自系統連接，電流單元、弧光探頭和主單元分別連接，主單元是弧光保護系統的核心部件，對弧光探頭傳來的光信號進行光電轉換，負責輸入量的采集、測量、計算及邏輯判斷，實現系統的各項保護邏輯、與站內監控系統通信、自檢及其它輔助功能；電流單元安裝在進線電源開關柜中，采集電流信息，配置快速繼電器和常規繼電器，用于弧光保護系統就地跳閘或就近跳閘；弧光探頭安裝在整流柜內各間隔中，作為光感應元件，在發生弧光故障時檢測突然增加的光強，并通過光纖將光信號傳送給主單元。

該系統利用過流判據和弧光判據是否同時動作來判斷保護系統是否發生動作。即當電流信號或弧光信號大于設定值時，主單元發出指令，斷路器跳閘。該系統雖然能夠起到弧光保護的作用，但存在的缺點是：

（1）不能有效保護整流柜。只配置了一個主單元跳閘出口，如果當弧光保護主單元電源失電時，即使電流、弧光判據啟動，也不能切開斷路器，有效地保護整流柜。

（2）故障發生時，由于電流變化信號采自調壓變壓器的電流傳感器，所以保護反應不及時。

圖1 改進前的弧光保護系統Fig.1 Before improved arc protection system

2 改進后的系統

如圖2 所示，與改進前的弧光保護系統比較，該弧光保護裝置的結構包括二個跳閘出口并聯的主單元1 和主單元2，并且，主單元1 和主單元2 通過通信線纜連接，實現互相交換數據；主單元2 的光傳感器布置在整流柜內，光傳感器通過光纖連接到主單元2，用于獲取整流柜內的弧光信號；電流傳感器連接在主變壓器A、B 的初級線圈上，電流傳感器分別連接主單元1 和主單元2，用于獲取主變壓器A、B 的電流變化信號。

弧光保護主單元1 和主單元2 共配置有2 個主單元跳閘出口，電流變化信號取自兩個不同的主變壓器A 和主變壓器B，并且兩個主單元之間實現通訊，互相交換數據，主單元1 和主單元2 依據獲取到的弧光信號和電流變化信號進行判斷，當認為整流柜產生弧光時，控制斷路器切斷電源，起到保護整流柜的作用。相對于改進前的系統，該系統的優點是：

圖2 改進后的弧光保護系統Fig.2 The improved arc protection system

（1）由于將兩個主單元的跳閘出口并聯，這樣即使一個主單元不工作（如失電），另一個主單元的跳閘出口也會動作，跳開斷路器，防止擴大事故，有效地保護設備。

（2）對于整流柜的弧光反應的更及時、迅速，能夠有效地切斷斷路器，保護整流柜。當整流柜產生弧光時，當整流柜產生弧光時，主變壓器的的電流變化大于調壓變壓器的電流變化，電流判據（電流變化信號）采自主變壓器的電流傳感器能夠更及時、迅速的反應整流柜狀況，有效地切斷斷路器，起到保護整流柜的作用。

3 結束語

隨著電解鋁行業的不斷發展，整個系統的安全性和穩定性愈發重要，因此要想保障系統的安全性和穩定性，就必須對整流系統不斷地進行改造和優化，消除各種不良隱患，使得整個系統更加安全高效的運行。通過針對原來弧光保護系統的分析，在原有基礎上進行了優化改造，經過近一年的運行，改造后的弧光保護系統運行平穩，在安全性能上有較大提高，達到了預期的效果。

[1]王丙亮，黃峰.電弧光保護系統在電解鋁行業的應用研究[J].四川有色金屬，2011，9.

[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，2012，4.

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