淺談電解鋁供電整流系統的優化改造

郭志民(中國有色金屬工業第六冶金建設有限公司,河南鄭州 450006)

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淺談電解鋁供電整流系統的優化改造

郭志民
(中國有色金屬工業第六冶金建設有限公司,河南鄭州 450006)

【摘 要】隨著電解鋁行業的持續發展,電解供電整流系統也發生了巨大的變化。供電整流裝置的系列電流已經由160KA發展到現在的500KA。在新的整流技術發展的同時,對舊有的電解直流供電設備、整流設備、保護設備進行優化、更新和改造,以適應電解工藝對直流供電的要求。為滿足新電解工藝的要求。對整流的裝置設備實施改進與創新,以提升整流設備的技術水平與運行效率,適應體系的環境變化。

【關鍵詞】電解鋁 供電整流系統 優化改造

1 電解鋁整流系統的特點

1.1 耗電量大

電解鋁工業生產消耗很多的電能，素有“電老虎”之稱，即使現在較先進的電解系列，其原鋁直流電耗最低也為12900kW·h/t·Al。

1.2 相對低的功率因數

電解鋁生產的供電系統中關鍵設備有調壓變壓器、整流變壓器與大功率整流元件，屬超大功率的電感性質的設備，無功的消耗特別大，功率因數非常低。

1.3 供電可靠性要求高

因為電解鋁是一個連續生產的過程，所以要有相對高的供電可靠性。一旦有短時的停電情況出現，在恢復正常供電之后，在一定的時間內電解鋁設備無法實施正常生產。一般來說，電解鋁生產占電解鋁廠全部用電負荷率的96%左右，這就對安全供電有了更高的要求。

2 整流機組存在的不足

2.1 整流柜隔弧措施不完善

對近年來整流柜爆炸事故的因素分析，很多都是由于沒有完善的隔弧措施。當整流柜同相逆并聯銅排發生短路時，其防弧隔板不能及時隔斷電弧，形成弧光短路，最終造成整流橋臂的熔融，并且因為電動力的作用而變形。

2.2 保護設計問題

沒有設置反向的過電流保護措施，缺乏逆流保護裝置。當整流柜發生正負極短路時，由于巨大的短路電流形成的電弧和電動力作用，往往造成整流橋臂嚴重變形，熔融，甚至整流柜崩塌，使故障機組無法修復。增加了電解生產的不安全性。

2.3 沒有完善綜合自動化體系

智能測控裝置的抗干擾能力相對差，在較大的磁場環境中，有時會發生誤報警，還會發生死機的情況，降低了通訊的傳輸效率和功能。較落后的智能通訊管理器，無法滿足設備更新后的大量的數據傳輸，并且不能很好的完成對保護、監測、操作的執行。

3 對整流機組存在問題改造

3.1 整流橋臂間的絕緣改造

整流柜主電路使用同相逆并聯對稱構造，讓變壓器閥側到整流柜的巨型銅母線中的電流在瞬間都大小一樣，方向相反，使得其電流產生的磁通相互抵消，克服了交變磁場形成的附加感應電勢對電流分配的影響，從而減少各部分線路的電抗。

圖1

但在同相逆并聯整流電路中，存在著一個不易解決的矛盾，即:同相逆并聯的二個整流臂間距愈小，漏磁通對其它整流橋臂和框架的影響也小。但常常受到絕緣強度的約束，尤其是較大系列的電解生產規模，系列電壓高達一千多伏。制造廠設計的同相逆并聯兩整流臂中間的直線間距往往不超過20mm，可以得到較好的同相逆并聯磁場平衡的結果。但在實際應用中，存在下面隱患:

兩臂中間的連接構造為確保有充足的機械強度，以抗拒電動排斥力的沖擊，讓振動噪聲減少，確保設備整體性，采用雙頭螺桿加絕緣套管和墊片把酚醛絕緣板和整流橋臂固定成一體。但由于整流橋臂非常重，是和整流柜的框架用絕緣材料固定在一起的，以防止在運行過程中的振動松動。所以就使得二橋臂中的酚醛絕緣板的固定較為困難，并且在整流柜的運行中其振動較大，如果固定不牢固，會產生很強的噪聲，其振動還容易破壞螺絲外面的絕緣層，使其失去絕緣的作用。經過查閱國內外相同產品的運行資料，通過反復論證，改變了安裝辦法，在整流橋臂之間的酚醛絕緣板的兩側各增加一塊強度較高的橡膠絕緣塊，減少其振動，降低絕緣板因長期振動可能對絕緣性能的破壞。如圖1所示。

3.2 逆流保護措施

在整流柜中引進逆流保護裝置。當整流元器件故障，發生交、直流短路或整流柜內直流正、負母線之間短路時，其它正常運行的橋臂和機組會向故障點饋送電流。逆流保護裝置即可以檢測出相反方向的電流，能在檢測出有逆流電流時，發出報警信號和變壓器速斷的跳閘信號。其具體措施是:在每個整流元器件上、每個直流橋臂上和每個整流柜的直流輸出線母線上安裝容量匹配又合適的逆流檢測裝置，當檢測到有相反方向電流流過時，可以直接向主控室給出整流柜機組跳閘信號和報警信號。斷開整流機組開關，停止向變壓器供電，防止事故擴大。

3.3 升級14口CEIEC-1280智能通信管理器,使用24口PMC-1380智能通信管理機

在整流供電的自動化智能通信管理中，由于設備的更新換代，使得14口CEIEC-1280智能通信管理器在自動化管理中無法滿足整流設備的快速發展。而PMC-1380是基于成熟的嵌入式通信軟硬件平臺，其實時性、可靠性較高。可以滿足供電系統的各類智能設備的通訊連接與數據的轉發，實現對配電所內斷路器、開關等設備的遠程控制、整定、監視和其通訊狀態和信息的傳輸。確保數據鏈傳送的連續性、系統的可靠性。通信管理機PMC-1380背板上的串口，支持RS-485/232/422幾種串口模式選擇，即每個串口都能夠設置為RS-485串口、RS-232串口或RS-422串口，實施通信。這一功能解決了整流所內現場監控設備通信接口不統一的弊端，甩掉了所有的已淘汰了的，或是無法滿足整流所操作、監控、通信的管理器，使通信構造簡單明了，并大大減少了故障發生的幾率，確保了整流所的供電穩定性。

4 結語

電解鋁目前正朝著大電流、高電壓、大系列方向發展，這就要求整流技術的發展要與之相適應。但由于電力技術的特殊性，在滿足電解直流供電要求方面，需要更加慎重和科學。應立足于現在的技術和裝備條件下，需要所有的技術人員，充分挖掘潛力，做好設備的升級改造，消除不安全因素，努力提高電解整流供電的安全和效率，增加企業效益。

參考文獻:

[1]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):297-299.

[2]楊運川.電解鋁工藝中鈉冰晶石電解體系的影響因素[J].濕法冶金,2012(2):614-616.