KES大容量整流装置在电解中的应用

徐建林

(新疆五鑫铜业有限责任公司 阜康 831500)

KES大容量整流装置在电解中的应用

徐建林

(新疆五鑫铜业有限责任公司 阜康 831500)

新疆五鑫铜业有限公司铜电解车间电解整流系统使用的是力源KES大功率整流设备，安装后进入试运行阶段。在运行中通常存在一些问题。本文介绍了力源整流设备的特点及在运行中发生问题后的一些想法建议，便于在今后的同行业投资建设中有建设性引导作用。

整流系统 优化设计 控制 应用

1 概述

新疆五鑫铜业有限公司在进行电解设备选型的过程中，经过多家冶金生产线考察，了解了系统的设备特点，经过认真仔细的分析研究，以及设备的性价比的对照，选用了九江历源整流设备有限公司生产的KES大功率整流设备。

2 KES大功率整流设备的特点

2.1 系统的硬件特点

KES整流控制柜是针对电解、电化学等行业大容量整流装置的使用特点而研发可控硅触发和稳流控制的新一代控制系统。以高性能的机组PLC及触摸屏人机界面为自动化监控核心，采用完全独立的全数字化双通道稳流触发控制器-数控器LY-KD6，构成双机冗余热备用系统，稳流精度高、可靠性好。可完成可控硅整流装置的操作和实时监控，集控制、保护、数据测量、数据记录、外扩远程终端功能于一体，实现整流装置和DCS系统的综合自动化。

2.2 系统的软件特点

计算机控制系统以工业PC机及操作系统为平台，加载DCS系统软件、可编程控制器(PLC)以及通过现场总线连接各种现场设备，组成基于现场总线的先进控制系统。

支持 Profibus、MPI、DH485、DH+、DeviveNet、Modbus、Ethernet及光纤通信等。

支持系统自诊断、数字化参数在线修改、在线更换数控器、远程下载程序和修改系统参数、远程诊断维护等功能。

2.3 系统结构特点

柜体采用全密封式结构设计，加热及散热自动控制，抗电磁干扰设计，极大地提高了设备的安全运行水平。

2.4 整流变压器特点

整流变压器采用铜导线，绕组分为移相绕组、网侧高压绕组、调压绕组、整变高压绕组、低压绕组、带补偿的补偿绕组，内附装置还有平衡电抗器和电抗器绕组。铁芯采用优质硅钢片。箱体由优质钢板焊接而成，阀侧出线采用半钟罩式侧面出线减少涡流损耗。调压器采用无励磁调压开关。冷却方式采用油、风冷形式，强制循环冷却。

3 电解车间KES大功率整流设备系统配置

3.1 电源配置

主电源：整流变压器网侧额定电压10 kV，阀侧额定电压180 V,额定直流电压185 V。

控制电源：双电源供电，一路AC 380 V 5%，3PH，50Hz5%、一路AC 220 VUPS电源。当发生故障或停电时，另一路AC 220 VUPS电源可以继续为PLC等控制回路提供电源，保证停电后PLC的数据保存。

同步电源信号：来自网侧PT，三相AC 100V。

交流电流信号：来自整变一次侧电流互感器，三相0～200 A/0～5A。

直流电流信号:来自直流传感器,0～35 kA/0～5 V。

3.2 控制系统硬件配置

3.2.1 稳流控制系统

由2套可控硅数控器LY-KD构成完全独立的全数字化的双通道冗余热备用稳流控制触发系统，每套稳流控制触发系统主要由2个数控器LY-KD（1块主控制器、1块备控制器构成双机热备用）、1个脉冲功放单元、1个交流反馈单元组成。

3.2.2 PLC监控系统

选用国际知名品牌德国SIEMENS的S7-200系列的PLC。由PLC CPU主单元模块、开关量输入输出模块、模拟量采集模块、网络通信模块组成，人机界面选用台湾WEINVIEW的触摸屏MT6100iV2。实现对单机组的所有状态数据采集和自动化操作监控功能。

3.3 控制系统特点

重要回路冗余，稳流精度高，易于使用、便于维修。

3.4 操作监控系统结构

硬件组成：操作监控系统的硬件由后台微机、整流机组PLC、整流控制柜的POD、可控硅数控器LY-KD组成。

通讯方式：后台微机与整流机组PLC之间采用Profibus通讯。

操作方式：可以在后台微机、整流控制柜的POD两个终端设备之间选择其中一种，操作方式分别为［本地］、［远程］。无论选择何种操作方式，均可以在两个终端设备上进行实时监控。

3.5 数控器系统特点

数控器LY-KD，即数字调节与数字触发控制器，是整流控制系统的核心部件。本数控器以工业级高抗干扰能力的16位单片机为控制核心，具有完备的保护功能。采用“数字+数字”，一路处于运行状态，另一路处于热备用状态，一旦运行中的一路出现故障，处于热备用状态的另一路实现在线无扰动切换，并在控制板显示两路的工作状态，以提示工作人员安排换板检修。稳流精度优于±0.3%。

3.6 PLC监控系统特点

与上位机通讯：所有控制转换均由PLC进行控制,通过通讯接口由上位计算机进行监控。

运行操作:能完成开机/关机(即触发脉冲合闸/分闸)、有载开关升档/降档、有载开关自动/手动切换、本地/远程操作切换、数控器的主备切换、封锁脉冲、紧急停车等。

故障检测、报警和保护:对整流变压器、整流柜、整流控制柜、油水冷却器、纯水冷却器等装置出现的全部故障进行声光报警,并根据故障类型进行相应保护处理。

数据采集:利用PLC的I/O端口对数据进行采集、提供机组运行基础数据。

I/O端口冗余:PLC模拟量、开关量的输入输出端子有10%～15%预留。

数据量采集:开关量检测,模拟量检测,开关量输出。

POD监控功能:图形界面显示,事件及故障声光报警,系统操作安全管理。

3.7 保护系统特点

过电压保护：由于可控硅等半导体器件的介质应力很高，而电时间常数又很小，很短时间的瞬时过电压就可能造成其永久性破坏，因此必须考虑专门的过电压保护措施，保护整流装置免受可能出现的各种过电压之害而安全工作。

操作过电压保护：高压断路器在闭合和关断的过程中产生的过电压。在整流柜交流进线处(也即整流变压器的阀侧)，设置低功耗的高能氧化锌压敏电阻，合理选用压敏电阻的参数，并且就近安装，减小连接电线所产生的感抗，对过电压进行充分吸收。在过电压吸收回路中串联保护用熔断器，熔断器具有动作输出接点(接点容量5 A)，当熔断器分断时，熔断器的指示件迅速弹出，撞击熔断器上的微动开关，微动开关上的常开触点闭合，通过整流控制柜PLC输出报警信号，至整流控制柜触摸屏主控制室的后台监控微机进行故障报警监控。

换向过电压保护：可控硅在关断的过程中产生的过电压。在可控硅元件两端并联一组阻容吸收装置，通过计算，合理选用电阻和电容的参数。并且就近安装，减小连接电线所产生的感抗，对换向过电压进行充分吸收。在换向过电压吸收回路中串联保护用熔断器，熔断器具有动作输出接点(接点容量5A)，当熔断器分断时，熔断器的指示件迅速弹出，撞击熔断器上的微动开关，微动开关上的常开触点闭合，通过整流控制柜PLC输出报警信号，至整流控制柜触摸屏和主控制室的后台监控微机进行故障报警监控。

水压过低保护：在整流柜的进水管端口处安装防磁的压力变送器，水压0～0.4MPa对应4～20mA模拟量输出给整流控制柜PLC。对水压低位设置参数值0.12MPa，当水压低于设定值时，发出［水压过低］报警，且延时10 s后水压仍未恢复到正常时，发出封锁脉冲和跳闸信号，进行封锁触发脉冲和断开高压断路器。

水温过高保护:在整流柜的出水管端口处安装一体化热电阻变送器，水温0～100℃对应4～20mA模拟量输出整流控制柜PLC。对水温高位设置参数值45℃，当水温高于设定值时，发出［水温过高］报警。

桥臂过热保护:在整流桥臂母排上安装了一个温度继电器，当水冷母排的温度达到设定值(一般为60℃)时，常开触点闭合，信号传送给整流控制柜PLC，在整流控制柜触摸屏和主控制室的后台监控微机进行故障报警监控，可以显示桥臂故障报警的具体位置。桥臂过热报警延时5 s后元件桥臂水冷母排的温度仍未恢复到正常时，发出封锁脉冲和跳闸信号，进行封锁触发脉冲和断开高压断路器。

单快熔熔断和多快熔熔断保护:当可控硅因各种原因击穿发生阀侧短路时，串联在该支路的快速熔断器立即分断并隔离该支路，防止故障扩大。快熔具有动作输出接点(接点容量5 A)，当快熔分断时，信号传送给整流控制柜PLC，在整流控制柜触摸屏和主控制室的后台监控微机进行故障报警监控，可以显示快熔故障报警的具体位置。

直流过载保护:当输出电流≥110%IdN时，延时3 s后发出［直流轻过载］报警信号；当输出电流≥125%IdN时，延时3 s后发出［直流重过载］报警信号及封锁脉冲和跳闸信号，进行封锁触发脉冲和断开高压断路器。

4 结束语

KES大容量整流装置是一种将三相工频交流电转换成电压可调的直流电的装置。在电解铜试生产期间运行良好使用方便。故障预报的显示对处理问题快捷有效，是一款典型的自动化系统控制设备。

在实际运行中，整流变压器总共设计了19个档位，且是有载调压控制，有载调压是控制负荷初调的，在初定的档位根据大功率可控硅的导通角调节导通电流大小达到所需电流，导通角＞95°升档，导通角＜115°降档，来调节所需要的额定电流。导通角的大小是决定经济运行状态的参数，目前由于是试生产阶段，最大生产能力达到92槽，而设计满产为468槽，95槽的生产显示导通角90°，这就提醒我们的电解系统在今后设计运行参数时，应该满足的最低电压标准应该是额定电压的10%，这样才能更好的满足生产工艺需求。随着生产系统生产能力的大小随之改变，降低变压器自身的铁损和铜损及短网损失。实现经济运行状态。再者，实际使用的档位有些基本没有用到，产生浪费。

总之设计应根据工艺生产特点选择不同的生产容量，进线变压器档位选择，做到功率利用最大化，变压器运行经济合理化。

收稿：2014-01-13