淺析鋁電解用多功能機組絕緣檢測系統

孟曉寶

摘要：鋁電解用多功能機組因為其多項作業均需要與電解槽陽極母線等通有直流電的部位有直接接觸因此其各部位的絕緣就尤為重要，絕緣監測系統可以有效的防止交直流短路、電解直流接地事故的發生，確保機組操作人員、設備和電解系列的安全。

關鍵詞：鋁電解用多功能機組；絕緣檢測儀；PLC；感應電壓；脈沖

中圖分類號：TF804.4 文獻標識碼：A

鋁電解用多功能機組主要肩負著完成鋁電解生產的打殼、加料、更換陽極、清理陽極坑、出鋁、調運陽極母線框架、完成安裝和檢修電解槽及其它零星吊運等工作，是集機械、液壓、氣動、電氣、自動控制等新技術于一體，是高科技含量的設備，對提高生產效率，減輕操作工人的勞動強度起到關鍵作用。其設計應能滿足鋁電解車間高熔鹽、大電流、強磁場、多粉塵和煙氣的工作環境，因為其多項作業均需要與電解槽陽極母線等通有直流電的部位有直接接觸因此其各部位的絕緣就尤為重要，一旦絕緣破壞將導致交直流短路、電解直流接地事故的發生，確保機組操作人員、設備和電解系列的安全。因此鋁電解用多功能機組絕緣檢測就要求不間斷、實時、當出現絕緣故障后需有警報，并強行禁止其繼續作業，以防止人員、設備和電解系列出現不安全狀態。

1 鋁電解用多功能機組絕緣檢測

鋁電解用多功能機組絕緣檢測包括絕緣電阻檢測和絕緣電壓檢測兩部分，其中絕緣電阻檢測主要對鋁電解用機組絕緣檢測點進行檢測包括：工具小車各工具對大車的絕緣，駕駛室對大車的絕緣，出鋁車對大車的絕緣，電動葫蘆對大車的絕緣等。絕緣電壓檢測主要針對機組上的電動機絕緣故障、電纜絕緣故障、機組作業工具的絕緣部位故障時進入機組電氣控制系統的AC/DC故障電壓的檢測。目前大多數鋁電解多功能機組只有絕緣電阻檢測而沒有絕緣電壓檢測。存在一定的安全隱患。

2 絕緣檢測原理

老式的絕緣監察裝置是利用電橋平衡原理，正極和負極各作為電橋的一個臂，通過一定的電阻和大地接通，正常運行時，電橋的是個臂上的電阻是平衡的，對角之間無電壓，當正極或負極接地時，電橋不再平衡，對角之間有電壓，表計就可以有指示.根據接地的阻值不一樣，電橋不平衡的程度也不一樣，相應的表計的指示也不一樣.

現在的絕緣監察裝置是由裝置發出一高頻信號.此信號一段通過一定的電阻與正負極接通，另一段通過電阻與大地接通，正常運行時，因正負極對地是不同的，所有，高頻信號形不成回路，當正極或負極接地時，高頻信號便形成了回路，接地的電阻不一樣，回路的電流也不一樣.采用DC/DC變換技術，產生直流高壓電源，施加在被試品上，采用電流電壓法測量原理，采集流經試品的電流，進行分析處理，再變換成相應的絕緣電阻值，由模擬式指針表頭或數字表顯示。

目前國內鋁電解生產主要使用PTM鋁電解用多功能機組、ECL鋁電解用多功能機組、兩種主用的多功能機組均采用機械絕緣進行物理絕緣，采用絕緣材料為環氧酚醛層壓玻璃布板、管或棒。它具有較高的機械性能和介電性能。加工后的零件，要求表面平整光滑并除油污，干燥后表面涂刷兩道絕緣漆。烘干后存放于干燥處，以防受潮。絕緣組件安裝包括：絕緣管、絕緣板、絕緣墊、螺栓、螺母及墊圈。其中絕緣管尺寸要比絕緣板或墊圈小1～2mm。下面主要以這兩種主要多功能機組的絕緣檢測系統進行說明鋁電解用多功能機組的絕緣檢測系統。

3 PTM機組絕緣檢測系統

某鋁業公司PTM鋁電解用多功能機組使用LCSP-ZG25型智能絕緣監控電子控制裝置，用于在線實時監控鋁電解多功能機組的各個功能部件間結構金屬體間的絕緣是否良好的智能控制系統。

多功能機組在正常工作情況下，被絕緣層隔開的兩金屬體之間產生的感應電壓，由專用屏蔽測量線輸入到隔離傳感器，使其轉換成真有效值電壓信號，此信號經放大限幅電路送人CPU進行A/D轉換，當兩金屬體之間絕緣層破壞導致兩金屬體短路，則兩金屬體之間的電位差為零，此時CPU中A/D轉換值為零，為防止其誤判斷CPU控制交直流電壓輸出控制器，將系統內的交直流電壓輸出到絕緣體兩邊的金屬體上，如A/D轉換值仍為零，則證實兩金屬體之間的絕緣層損壞，絕緣檢測控制系統動作發出信號至PLC控制全車停止動作，并發出報警。

PTM多功能機組各功能部位的絕緣利用絕緣監控電子控制裝置來實現檢測和自動保護功能，通過PLC及人機界面實現同絕緣檢測檢測控制系統的聯用，通過PLC的開關量輸入、輸出模塊對現場控制信號進行采集，在經過PLC對程序輸入條件的運算，執行遙控器發出的動作指令，當多功能機組絕緣系統破壞后由絕緣監控電子控制裝置來實現檢測，檢測后發出信號至PLC中，由PLC控制實現停車和絕緣報警。同時為了便于檢修PLC將控制信號發送至人機界面。

4 ECL機組絕緣檢測

ECL機組的絕緣檢測系統由兩個系統SYSTEM1和SYSTEM2兩部分組通，其組成原件主要由絕緣電阻測控器、電壓測控器、保護熔斷器、機組電動機絕緣、機組動力電纜、控制電纜、網絡通信電纜的外層絕緣層、機組不同區域間的絕緣隔離部件和絕緣檢測系統的電纜絕緣層組成。由于整個機組絕緣檢測點較多不便于檢修人員檢修，ECL公司將電解用多功能機組劃分為A、B、C、D四個不同的區域，各功能部件按照所屬位置劃分為至不同的區域。

ECL機組絕緣檢測系統為在線連續檢測的工作方式，絕緣系統的檢測包括機組絕緣電阻檢測和機組故障電壓檢測兩個部分，其中，對絕緣電阻的在線檢測是利用ISOMETER AL465智能絕緣電阻測控器來實現的，故障電壓的檢測是通過電壓測量控制繼電器DUR2來實現的，主要進行機組的電動機絕緣故障、電纜絕緣故障、機組作業工具的絕緣部位故障時進入機組電氣控制系統的AC/DC故障電壓的檢測。

ISOMETER AL465對絕緣電阻的檢測采用“自適應測量脈沖檢測原理”即將一個低頻的電壓施加在被測系統上，超低電頻測量電壓產生的正、負測量脈沖具有相同的幅值，而該測量脈沖的周期則是隨著被測系統的絕緣阻值和泄露電容的不同而不同。當被檢測的兩個系統之間出現絕緣故障時，AMP絕緣電阻檢測電路形成閉合回路，此時檢測電路中將產生一個電流大小反比于被測系統絕緣電阻值得低頻電流，絕緣電阻的檢測進程開始啟動。然后經過ISOMETER AL465內置的智能電氣估算電路將該低頻信號放大、采樣、保存和A/D轉換成數字信號后，進一步局算出別冊系統的絕緣電阻值，發出報警或故障信號作用于PLC 。

當多功能機組發生絕緣破壞時PLC控制系統將強制多功能機組各個功能部件停止運行，只有大車可將控制通道打至旁通使大車能夠開至檢修位置，使維修人員能夠方便處理故障。只有維修人員處理好絕緣故障，絕緣檢測儀停止報警全車才能繼續作業，有力的保證了人員、設備的安全。

5 結束語

對多功能天車各個機構絕緣層間加裝絕緣檢測裝置，實現對絕緣層的實時監控，報警功能，并在控制系統中實現對天車整體及時保護動作，檢測準確，減少了檢修人員勞動強度和時間，提高了多功能天車的自動化功能，保證絕緣出錯時不會造成人員傷害、設備損壞，為多功能天車的正常運行提供了保障。

參考文獻：

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