200 kA整流機(jī)組不停電技術(shù)改造

摘 要：介紹了蘭州鋁業(yè)有限公司200 kA電解系列整流機(jī)組的不停電技術(shù)改造方案及其特點(diǎn)，闡述了改造后的效果，可為同類型電解整流機(jī)組局部和整體改造提供參考。

關(guān)鍵詞：200 kA電解整流機(jī)組;不停電;技術(shù)改造

0? ? 引言

蘭州鋁業(yè)有限公司200 kA電解系列共配建4臺(tái)ZHSFPTB-96100/220型整流機(jī)組。受當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)理念、裝備制造水平及投資等所限，該機(jī)組配置相對(duì)保守，整流元件等關(guān)鍵零部件老化，整流效率低下，穩(wěn)流效果較差。整流機(jī)組投產(chǎn)近20年，設(shè)備自身存在的問(wèn)題和弊端逐步顯現(xiàn)，且有加劇和擴(kuò)大的趨勢(shì)：

（1）整流變壓器調(diào)變中性點(diǎn)絕緣不符合設(shè)計(jì)規(guī)范，內(nèi)部過(guò)熱，主變與電抗器軟連接存在設(shè)計(jì)缺陷且過(guò)熱;

（2）整流柜內(nèi)部短路故障時(shí)有發(fā)生;

（3）直流刀開(kāi)關(guān)長(zhǎng)期超溫運(yùn)行。

至2019年共發(fā)生1次整流變壓器繞組燒毀返廠維修事件，3次以上因整流元件擊穿致整流柜爆炸造成系列停電的嚴(yán)重事故。因此，我司于2019年12月—2020年4月對(duì)機(jī)組進(jìn)行了整體技術(shù)改造。

1? ? 改造方案及其特點(diǎn)

為保證200 kA電解系列能正常連續(xù)生產(chǎn)，必須在電解系列不停電的條件下完成全部改造工作，存在技術(shù)復(fù)雜、安全風(fēng)險(xiǎn)大、工期緊張、施工組織復(fù)雜等問(wèn)題。

1.1? ? 設(shè)備基礎(chǔ)砼改鋼

整流柜基礎(chǔ)采用預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)整體加固砼結(jié)構(gòu)。場(chǎng)外預(yù)制鋼結(jié)構(gòu)在整流柜拆除后整體拼裝。濾波補(bǔ)償、油風(fēng)冷設(shè)備基礎(chǔ)采取混凝土基底與鋼結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)面組合體，對(duì)基底使用的少量混凝土添加早強(qiáng)劑并采取電加熱保溫措施，促進(jìn)低溫條件下水泥水化和強(qiáng)度發(fā)展，從而節(jié)省混凝土支模、澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)、二次灌漿找平等工序所需時(shí)間，避免細(xì)砂漿與基底結(jié)合不牢造成強(qiáng)度下降和坍塌，保證基礎(chǔ)的整體強(qiáng)度和基準(zhǔn)精度，為后期設(shè)備安裝創(chuàng)造有利條件。

1.2? ? 梁柱加固方案優(yōu)化

由于改造施工在電解系列不停電條件下實(shí)施，相鄰的兩側(cè)設(shè)備帶電，5.5 m母線支吊鋼梁的梁柱加固方案實(shí)施難度較大，且耗時(shí)較長(zhǎng)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘察計(jì)算，采用預(yù)制牛腿鋼結(jié)構(gòu)支撐取代混凝土立柱與墻面穿孔固定，減少整流室內(nèi)土建作業(yè)，降低在帶電設(shè)備鄰近施工的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也節(jié)省了混凝土立柱現(xiàn)筑和墻面打孔的時(shí)間。鋼結(jié)構(gòu)場(chǎng)外預(yù)制，將施工由串行轉(zhuǎn)化為并行，加快施工進(jìn)度。梁柱加固方案如圖1所示。

1.3? ? 防火墻等結(jié)構(gòu)優(yōu)化

將補(bǔ)償室與變壓器之間的防火隔墻由原設(shè)計(jì)磚墻變更為鋼骨架雙面封防火板，降低了高空臨邊作業(yè)的難度和安全風(fēng)險(xiǎn)，省去了腳手架搭設(shè)的工序和時(shí)間，為變壓器安裝作業(yè)節(jié)省了空間和時(shí)間;加寬加固閥側(cè)母線洞口，提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時(shí)，增大絕緣間距，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

1.4? ? 等電位作業(yè)

直流刀開(kāi)關(guān)的拆除更換采用等電位作業(yè)。使用絕緣隔板將匯流母線、分支母線、臨時(shí)作業(yè)平臺(tái)與構(gòu)筑物、墻體、地面之間進(jìn)行隔離，作業(yè)人員著防護(hù)服與絕緣手套并攜帶絕緣工具在作業(yè)平臺(tái)上實(shí)施帶電拆、裝作業(yè)。拆除匯流母線側(cè)的直流刀連接銅排，將匯流母線與改造機(jī)組進(jìn)行絕緣隔離。直流刀更換改造完畢，再逆序進(jìn)行安裝，采用螺栓固定方式將專用連接銅排并入?yún)R流母線。

1.5? ? 穩(wěn)流與綜自系統(tǒng)在線割接

對(duì)穩(wěn)流、綜自系統(tǒng)進(jìn)行同步改造時(shí)，提前對(duì)新系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試和排錯(cuò)，并進(jìn)行多次仿真試運(yùn)。在設(shè)備拆除、安裝及調(diào)試過(guò)程中，穩(wěn)流、綜自系統(tǒng)先行，采取數(shù)據(jù)封鎖、解除總調(diào)、手動(dòng)開(kāi)環(huán)調(diào)節(jié)、新舊系統(tǒng)并列運(yùn)行的在線割接方案，最大限度保證穩(wěn)流、綜自系統(tǒng)逐臺(tái)機(jī)組平滑、無(wú)擾過(guò)渡到新系統(tǒng)。在4臺(tái)機(jī)組均已接入后，再對(duì)公用部分進(jìn)行整體調(diào)試，避免通信和信號(hào)中斷造成穩(wěn)流總調(diào)解列，穩(wěn)流紊亂，直流電壓、電流波動(dòng)，影響電解生產(chǎn)。

1.6? ? 繼電保護(hù)及二次回路帶電接入

制訂嚴(yán)格的繼電保護(hù)施工策略和措施，系統(tǒng)性完整排查全站繼電保護(hù)及二次接線，嚴(yán)密確定拆、接線順序。將保護(hù)投退與機(jī)組改造的節(jié)點(diǎn)緊密結(jié)合，嚴(yán)絲合縫，確保運(yùn)行設(shè)備有保護(hù)、停電設(shè)備硬隔離、公用系統(tǒng)及保護(hù)公用部分退出時(shí)間最短，確保施工過(guò)程中220 kV進(jìn)線、母線、母聯(lián)、母線PT以及其余機(jī)組電氣設(shè)備的安全。

1.7? ? 總直流互感器換型

將總直流互感器更換為光纖電流傳感器，消除原霍爾檢測(cè)式電流傳感器絕緣等級(jí)低、易受磁場(chǎng)干擾、磁飽和導(dǎo)致線性度差和偏差增大的缺點(diǎn)。光纖電流傳感器具有絕緣性能良好、測(cè)量精度高、抗干擾能力強(qiáng)、動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍大、頻帶寬的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于其體積小、重量輕，檢修維護(hù)方便，適應(yīng)了電力保護(hù)和計(jì)量數(shù)字化、智能化以及光通信的發(fā)展趨勢(shì)。

1.8? ? 施工組織

為了更好地組織施工，將改造工作按照互不影響、相對(duì)獨(dú)立的原則分解為表1所示子項(xiàng)，從時(shí)間和空間上進(jìn)行統(tǒng)籌，以達(dá)到并行施工、節(jié)點(diǎn)匯流、協(xié)調(diào)一致的目的，提高整體效率。

2? ? 改造后的效果

200 kA整流機(jī)組改造項(xiàng)目的成功實(shí)施，徹底解決了整流供電設(shè)備老化、運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)高的問(wèn)題，為200 kA整流系統(tǒng)長(zhǎng)周期安全平穩(wěn)供電奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.1? ? 經(jīng)濟(jì)效益

整流機(jī)組技術(shù)改造項(xiàng)目投運(yùn)后，對(duì)其運(yùn)行數(shù)據(jù)連續(xù)監(jiān)測(cè)，根據(jù)交流進(jìn)線電能表和總直流互感器的計(jì)量、測(cè)量數(shù)據(jù)測(cè)算，整流效率由2019年的96.90%（年均值）提高到最高98.55%。200 kA電解系列2019年直流電量16.77億kWh，交流電量17.30億kWh。參考以上數(shù)值進(jìn)行測(cè)算：按照整流效率最高提升1.65%，折算至全年的交流電量為17.01億kWh，每年可節(jié)電0.29億kWh。按結(jié)算電價(jià)0.381元/kWh估算，每年可節(jié)約電費(fèi)約1 104萬(wàn)元。

穩(wěn)流系統(tǒng)經(jīng)過(guò)改造，采用數(shù)字調(diào)節(jié)技術(shù)，使穩(wěn)流調(diào)節(jié)性能提高，響應(yīng)速度、調(diào)節(jié)精度、電能質(zhì)量均有改善，對(duì)電解效率的提高和產(chǎn)品質(zhì)量的改善均有較大價(jià)值，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益通過(guò)長(zhǎng)期的累積得以顯現(xiàn)。

2.2? ? 安全效益

通過(guò)改造，徹底解決了原整流機(jī)組存在的問(wèn)題，消除了設(shè)備運(yùn)行和人身安全方面的重大隱患。其中：

（1）調(diào)壓變壓器中性點(diǎn)對(duì)地絕緣提高到110 kV，變壓器運(yùn)行安全可靠性提高。

（2）調(diào)壓整流變壓器整體更換和大修，對(duì)內(nèi)部絕緣構(gòu)件進(jìn)行緊固，對(duì)絕緣材料進(jìn)行更換和加強(qiáng)，整體性能提高。

（3）整流柜整體改造，整流器采用非同相逆并聯(lián)結(jié)構(gòu)，降低了整流器正負(fù)母排短路的安全風(fēng)險(xiǎn)。

（4）直流大電流刀開(kāi)關(guān)整體改造，觸頭結(jié)構(gòu)優(yōu)化，接觸面增大，接觸電阻減小，溫升減小，安全性提高。

（5）整流變與飽和電抗器一體化，出線連接結(jié)構(gòu)整體優(yōu)化，解決了軟連接過(guò)熱問(wèn)題;同時(shí)絕緣和密封性能提高，消除了短路和漏油導(dǎo)致的安全和環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。

（6）此次還對(duì)綜自、穩(wěn)流、保護(hù)裝置、濾波補(bǔ)償設(shè)備、調(diào)變中性點(diǎn)接地刀閘等進(jìn)行了整體改造，并對(duì)220 kV架空線絕緣子等進(jìn)行改造、更換、升級(jí)，消除了安全隱患，能夠確保整流機(jī)組長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3? ? 結(jié)語(yǔ)

蘭州鋁業(yè)有限公司200 kA整流機(jī)組的技術(shù)改造，是在200 kA電解系列不停電的條件下施工，單臺(tái)機(jī)組改造施工時(shí)間最短壓縮至8天以內(nèi)，在此期間未發(fā)生一般及以上事故，未發(fā)生環(huán)境污染事件及影響社會(huì)穩(wěn)定事件。工程自檢合格率100%，優(yōu)良率65%，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的安全、工期、質(zhì)量目標(biāo)。該項(xiàng)目的成功實(shí)施，對(duì)同類型電解整流機(jī)組的不停電局部和整體改造有一定的參考價(jià)值。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 西安電力電子技術(shù)研究所.ZHS-37500A/1020V硅整流電源說(shuō)明書(shū)[Z]，2001.

[2] 江西變壓器科技有限公司.ZHSFPTB-115000/220型調(diào)壓/整流變壓器說(shuō)明書(shū)[Z]，2006.

[3] 九江賽晶科技有限公司.ZES-2×40kA/1200V型整流機(jī)組說(shuō)明書(shū)[Z]，2006.

收稿日期：2021-02-03

作者簡(jiǎn)介：劉勝祥（1973—），男，遼寧寬甸人，工程師，研究方向：電氣管理。