電氣自動化技術在鋁電解過程中的應用分析

韓延琴，張 為

（甘肅東興鋁業有限公司隴西分公司，甘肅 定西 748112）

1 電氣自動化系統的結構

總體來說，電氣自動化系統具有分布式、分層分布式以及集中式幾種不同的結構。

（1）分布式結構。分布式結構是一種比較理想的電氣自動化系統結構，它可以對鋁電解廠當中給定的目標加以監控，并給到其他的監控裝置。而通過將這些控制裝置與電解廠中的局域網相連，就能夠將各種檢測信息進行實時傳輸，從而達到數據共享。雖然這種結構比較理想，但是在對其進行實際應用時，卻存在不少難以解決的實際問題，例如信號的干擾、影響信息傳遞質量和其安全可靠性等問題。

（2）集中式結構。集中式結構能夠對數據存儲設備與處理設備集中并進行分配，還能對各種數據進行輸出與保護。該系統主要有前置機與后臺機兩大部分，其中后臺設備主要負責數據通信，然后利用數據通訊，來與前置設備進行聯系。該結構也存在著一定的缺陷，一方面是由于前置設備具有比較多的任務，所以會設置比較多的電纜，這樣就會造成相互之間傳輸信號的影響；一方面各種設備之間的傳輸也比較繁瑣，而且使用的可靠性不太理想；另一方面，在整個系統當中，會用到大量的電纜將各種設備進行連接，這就會造成很大的開支。

（3）分層式分布結構。分層分布式結構，主要由管理層、中間層和終端層三部分構成，可以對鋁電解變電站的對象實現有效管理控制，還能實現建立與維護數據、采集數據、運行管理以及報電能等多種功能。該結構具有很大的優勢：一方面其可靠性很高，在系統內任意一種設施發生故障的時候，不會影響到系統整體的運行，僅僅在局部區域存有問題；一方面它具有相當大的擴展空間，足以支持設備進行不斷升級；另一方面，該結構能夠使各種設備之間的電纜大幅減少，這樣就能夠使得維護難度與經濟開支大大減小。所以，可以認為分層分布式結構是鋁電解廠中變電整流電氣自動化系統的最佳選擇。

2 繼電保護及安全自動裝置

在鋁電解廠中，開關站主要由電壓為10 kV 的配電所與補償裝置兩大部分構成，能夠對各種數據進行傳輸與控制。下面就對具體的配置原則進行設計分析。

2.1 保護配置原則

（1）雙重化配置。在鋁電解廠的開關站當中，通常將雙重化配置作為主保護，在配置時，要遵循相互獨立與不同原理，將主屏設置為獨立組屏。具體的配置原則包括：①要采用保護裝置，并將其接線原則確定為“對應原則”，使保護裝置能夠同時滿足雙回線路同桿架設的要求，這樣才能有效實現主裝置與后補裝置間的數據統一；②應在保護裝置中安裝啟動斷路器，這可以使得當設備突然損壞的時候，能夠很好地做到失靈保護；③應在保護配置當中，設置跨區域跳閘的功能，以避免某一區域出現問題的時候，對其他區域設備的正常運行造成影響；④在所有的保護裝置當中，都應當安裝電壓切換箱。

（2）母線差動保護配置。母線差動保護裝置也要遵守相互獨立和不同原理，故應當對其進行雙重化配置，并設置為獨立組屏。在具體的設置過程中，應當按照以下規則來進行：①在對雙重保護的跳閘進行設置時，必須按照一一對應的方法來完成接線；②在母線保護中，應安裝斷路器失靈保護，以避免出現母線突然失效的狀況；③應配備符合電壓閉鎖，以防止母線保護功能突然損壞。

（3）母聯和母線RT 間隔。關于母聯與母線RT之間的間隔，應該注意以下幾個方面：①要設置有獨立充電保護功能的母聯斷路器，以避免出現瞬間跳閘的狀況；②要設置有限流能力的電壓閉鎖，以避免出現過流保護的狀況；③要設置有失靈保護功能的啟動器，以防止電氣自動化裝置損壞。

（4）電壓為10 kV 的配電所的配置。應當按照以下規則來進行：①在對線路間隔進行配置時，需要配置限電流速斷保護，這樣才可以實現有效的延時保護；②在對配電所的母聯間隔設置時，要設置有電流速斷保護的功能裝置。

2.2 組屏方法

在鋁電解廠中，保護與監測控制裝置是其開關站的主要組成部分之一，當對其設備加以布置時，通常采用分屏與分開的排列組合形式，以便于在主控室中進行組屏的配置。而在具體組屏時，應按照以下方法加以設置：（1）在對進線間隔進行配置時，應當從測控柜的一面進線；（2）在對公共部分進行設置時，必須安裝一個具備聯網能力的網絡控制柜、一面是公用與遠端的電表柜、一面為開關站的總體控制柜；（3）在對動力變間隔進行布置時，應當在測控柜與保護柜之間進行；（4）在對整流機組間隔進行布置時，也應當在測控柜與保護柜之間進行；（5）在對母聯間隔進行布置時，應當與保護柜相連接。

2.3 五防模擬屏

在實際工作的過程中，要對變電整流電氣系統進行實時監測，以在后臺機設備突發故障后，能及時通過手動方式來切斷電路，使得其立即停止工作，避免引起較大的事故。在模擬控制屏上，應當設有控制按鍵、交流表計、直流表計、位置顯示器、開關與總調分按鍵等，以便建立完備的鋁電解系列電流自動穩流控制系統，很好地進行過程監控、穩流控制、數據管理以及系統管理。

2.4 綜自屏接地

在鋁電解的生產流程當中，每面綜自屏都需要同時配備工作接地銅排與保護接地銅排，而這些都對保證電氣自動化系統與綜自設備的順利工作起到了關鍵的作用。在連接絕緣接地環網和整流區域的主接地網，此時必須保證相連的單芯電纜，其橫截面在100 mm2以上。

3 電氣自動化技術在鋁電解過程中的問題

（1）節能不足。近些年來，隨著鋁電解產能的不斷上升，也同時會造成大量的能源消耗，這就為鋁電解的節能要求提出了越來越高的要求。雖說將電氣自動化應用于鋁電解的過程當中，相較于傳統的老式電解方法，更加節能高效。但是近些年來，鋁電解對于能源的消耗量大增，但是電氣自動化技術的發展速度卻相對略顯滯后，因此，出現了明顯的節能不足的狀況。

（2）質量管理不到位。在鋁電解的過程中，質量管理對于生產的質量有著很大的影響。為了做好質量管理，在鋁電解廠當中，都會設立專業的檢測部門，來對整個生產工作進行有效監督控制。但是在實際的管理過程當中，很多檢測部門的人員，往往對于檢測結果過于依賴與迷信，這就使得其在主觀上對質量管理缺乏應有的重視，出現精神上的松懈，這樣就很容易出現工程生產質量問題，造成一些不必要的損失。

（3）變電整流有待升級。當前鋁電解對大電流與高電壓的生產需求較高，但是在設備配備方面，卻并不盡如人意，雙方之間存在著很大的供需矛盾，需要對變電整流進行升級。

4 電氣自動化技術在鋁電解過程中的相應優化措施

在將電氣自動化技術應用于鋁電解過程當中時，存在著能耗高、質量管理不到位以及變電整流有待升級等方面的問題。要想使鋁電解生產工作質量與節能方面取得進步，就必須依靠與先進的科學技術以及完整的結構與管理體系。針對上述所問題，我們應當對其進行逐個擊破，分別有針對性地采取相應措施進行優化與解決。一方面，可以通過發展科學技術，培養新型人才的方式，來有效達成節能減排的結果；一方面，可以通過提升管理意識、優化管理機制等方式，使得生產質量獲得大幅提高；另一方面，還應當對結構進行合理優化，以使得變電整流系統得到改善與升級，從而全面提升電氣自動化技術在鋁電解當中的控制水平。下面一一進行詳細分析。

4.1 針對節能不足問題

鑒于當前鋁電解過程中節能不足的現狀，應當從根本上尋求解決辦法，重視對高科技創新型人才的培養，并注重對生產力進行再教育。政府部門應當加大對教育與科研方面的政策與資金支持，并在人才培養的方向上進行合理引導，要求在對專業人才進行培養時，不僅要注重對他們專業理論知識的灌輸，更要注重對他們實際操作能力的訓練，以及對他們創造性思維的發展。唯有大量電氣自動化專業人才，才能幫助我國鋁電解在節能減排、綠色生態方面有更好的突破。

4.2 針對質量管理問題

（1）提升質量管理人員的觀念意識。要想真正提升對鋁電解生產工作的管理質量，首先生產企業應當注重對管理人員觀念意識的改變，要將質量管理的重要性進行宣傳滲透，使每一個管理人員都有足夠強的管理意識，并讓他們明確，對于質量管理，質量檢測只不過是一個標尺，應該將重點放在管理之上。

（2）優化管理機制。要想真正做好鋁電解生產工作的質量管理，就必須要對管理機制進行優化。一方面要盡可能聘用素質較高的管理人才來進行管理，另一方面要加強對當前管理人員的培訓，以提升管理人才隊伍的整體素質；另一方面，應當建立比較完善的規章制度以及嚴格的懲罰機制，規范質量檢測，確保質量檢測的科學性與準確性。并應當充分借鑒比較優秀的管理流程，將質量管理充分落實到生產過程中的每一個環節，以有效提升管理的質量，最終大幅提升鋁電解生產工作的整體質量。

（3）針對變電整流問題。針對變電整流問題，可以從三個方面來進行優化控制，包括選擇合適的電氣自動化系統、遵循一定的配置原則以及做好安全控制，下面對這三個方面一一進行分析。

4.3 選擇合適的電氣自動化系統

首先要對三種結構的優劣進行分別分析比較，并根據鋁電解廠的實際狀況，選擇最合適的電氣自動化系統。分布式結構雖然比較理想化，但是會在實際的應用過程中，出現干擾信號、信息傳輸與可靠性不足等難以解決的問題，因此，不太建議使用；集中式結構的缺陷也很明顯，由于前置設備具有比較多的任務，所以會設置比較多的電纜，這樣就會造成相互之間傳輸信號的影響，各種設備之間的傳輸也比較繁瑣，而且使用的可靠性不太理想，且大量的電纜也會造成很大的開支，所以也不建議使用；而分層分布式結構的可靠性很高，有比較大的擴張空間，足以支持設備進行不斷升級，而且該結構能夠使各種設備之間的電纜大幅減少，這樣能夠使得維護難度與經濟開支大大減小。所以，對于鋁電解廠而言，分層分布式結構，是比較理想的一種結構方式，可以在變電整流電氣自動化系統當中進行應用。

4.4 將PLC 技術應用于電氣自動化系統

PLC 技術是一種具有極大優勢的電子系統，它主要運用于工業環境中，不但能夠大大提高生產效率，而且還可以有效減少資源耗費，通過存儲器進行邏輯運算與順序控制等命令，同時可以利用輸入輸出來對工業機器設備及其生產的過程進行有效控制，得到了越來越廣泛的應用。想要高效應用PLC 技術，就需要全面掌握具體的應用理論與特性，以達到更有效地使用PLC 技術中的控制器，從而促進電氣自動化得以健康高效發展。對PLC 技術來說，最關鍵的并非配套設備，而是具備完備的特性，所以在PLC 技術實際運用過程中，應該具備相當強的抗干擾能力和高度的安全性。而傳統的電氣自動化控制技術，在工業生產現場往往會引起對周圍的環境影響。另外，PLC 在實際應用過程中還具備自檢測功能，可以及時發現并過濾自動控制系統中的錯誤信息。PLC 技術作為一個主要面向工礦企業的專用設備，而且由于它本身編程語言較為簡單，使用也就更加簡單，在一定程度上，降低了企業電氣智能化管理方面對工程人員的要求，只需要進行簡單的培訓之后，就能夠應用。

4.5 遵循一定的配置原則

在對繼電保護及安全自動裝置進行配置時，一定要嚴格遵循配置原則，通常來說，都要采用相互獨立和不同原理，要把雙重化配置作為主保護，并對電流速斷保護的功能單元進行合理配置，把母線RT 間隔設置為并列的RT 裝置等。

4.6 做好安全控制

為了保證鋁電解生產過程的安全，應當充分做好安全控制，要加強對整個生產過程的實時監控，對模擬控制屏幕模塊加以適當調整。除開關以外，都必須對所有裝置安裝控制按鈕，并安裝相應的表計，以有效提升手動控制的有效性，降低因為手動失誤而造成的無謂損失。除此之外，還必須建立軟硬件安全系統，由此來有效增加安全系數。在軟件中，要配備電編碼鎖或機械編碼鎖；在硬件當中，要確保工作接地的絕緣性能等。

5 結語

綜上所述，鋁電解的產能隨著時代發展也不斷提升，對電氣自動化系統的可靠性提出了越來越高的要求。文章對電氣自動化系統的結構進行了介紹，詳細闡述了分布式結構、集中式結構與分層式分布結構三種不同結構的具體內容與優缺點。進而對繼電保護及安全自動裝置進行了詳細分析。提出了電氣自動化技術在鋁電解過程中的問題，并有針對性地提出了相應的優化措施，從節能、質量管理以及變電整流三大方面展開了詳細的論述，以供相關人士借鑒與參考。