浅谈电解铝供电整流系统的优化改造

郭志民(中国有色金属工业第六冶金建设有限公司,河南郑州 450006)



浅谈电解铝供电整流系统的优化改造

郭志民
(中国有色金属工业第六冶金建设有限公司,河南郑州 450006)

【摘 要】随着电解铝行业的持续发展,电解供电整流系统也发生了巨大的变化。供电整流装置的系列电流已经由160KA发展到现在的500KA。在新的整流技术发展的同时,对旧有的电解直流供电设备、整流设备、保护设备进行优化、更新和改造,以适应电解工艺对直流供电的要求。为满足新电解工艺的要求。对整流的装置设备实施改进与创新,以提升整流设备的技术水平与运行效率,适应体系的环境变化。

【关键词】电解铝 供电整流系统 优化改造

1 电解铝整流系统的特点

1.1 耗电量大

电解铝工业生产消耗很多的电能，素有“电老虎”之称，即使现在较先进的电解系列，其原铝直流电耗最低也为12900kW·h/t·Al。

1.2 相对低的功率因数

电解铝生产的供电系统中关键设备有调压变压器、整流变压器与大功率整流元件，属超大功率的电感性质的设备，无功的消耗特别大，功率因数非常低。

1.3 供电可靠性要求高

因为电解铝是一个连续生产的过程，所以要有相对高的供电可靠性。一旦有短时的停电情况出现，在恢复正常供电之后，在一定的时间内电解铝设备无法实施正常生产。一般来说，电解铝生产占电解铝厂全部用电负荷率的96%左右，这就对安全供电有了更高的要求。

2 整流机组存在的不足

2.1 整流柜隔弧措施不完善

对近年来整流柜爆炸事故的因素分析，很多都是由于没有完善的隔弧措施。当整流柜同相逆并联铜排发生短路时，其防弧隔板不能及时隔断电弧，形成弧光短路，最终造成整流桥臂的熔融，并且因为电动力的作用而变形。

2.2 保护设计问题

没有设置反向的过电流保护措施，缺乏逆流保护装置。当整流柜发生正负极短路时，由于巨大的短路电流形成的电弧和电动力作用，往往造成整流桥臂严重变形，熔融，甚至整流柜崩塌，使故障机组无法修复。增加了电解生产的不安全性。

2.3 没有完善综合自动化体系

智能测控装置的抗干扰能力相对差，在较大的磁场环境中，有时会发生误报警，还会发生死机的情况，降低了通讯的传输效率和功能。较落后的智能通讯管理器，无法满足设备更新后的大量的数据传输，并且不能很好的完成对保护、监测、操作的执行。

3 对整流机组存在问题改造

3.1 整流桥臂间的绝缘改造

整流柜主电路使用同相逆并联对称构造，让变压器阀侧到整流柜的巨型铜母线中的电流在瞬间都大小一样，方向相反，使得其电流产生的磁通相互抵消，克服了交变磁场形成的附加感应电势对电流分配的影响，从而减少各部分线路的电抗。

图1

但在同相逆并联整流电路中，存在着一个不易解决的矛盾，即:同相逆并联的二个整流臂间距愈小，漏磁通对其它整流桥臂和框架的影响也小。但常常受到绝缘强度的约束，尤其是较大系列的电解生产规模，系列电压高达一千多伏。制造厂设计的同相逆并联两整流臂中间的直线间距往往不超过20mm，可以得到较好的同相逆并联磁场平衡的结果。但在实际应用中，存在下面隐患:

两臂中间的连接构造为确保有充足的机械强度，以抗拒电动排斥力的冲击，让振动噪声减少，确保设备整体性，采用双头螺杆加绝缘套管和垫片把酚醛绝缘板和整流桥臂固定成一体。但由于整流桥臂非常重，是和整流柜的框架用绝缘材料固定在一起的，以防止在运行过程中的振动松动。所以就使得二桥臂中的酚醛绝缘板的固定较为困难，并且在整流柜的运行中其振动较大，如果固定不牢固，会产生很强的噪声，其振动还容易破坏螺丝外面的绝缘层，使其失去绝缘的作用。经过查阅国内外相同产品的运行资料，通过反复论证，改变了安装办法，在整流桥臂之间的酚醛绝缘板的两侧各增加一块强度较高的橡胶绝缘块，减少其振动，降低绝缘板因长期振动可能对绝缘性能的破坏。如图1所示。

3.2 逆流保护措施

在整流柜中引进逆流保护装置。当整流元器件故障，发生交、直流短路或整流柜内直流正、负母线之间短路时，其它正常运行的桥臂和机组会向故障点馈送电流。逆流保护装置即可以检测出相反方向的电流，能在检测出有逆流电流时，发出报警信号和变压器速断的跳闸信号。其具体措施是:在每个整流元器件上、每个直流桥臂上和每个整流柜的直流输出线母线上安装容量匹配又合适的逆流检测装置，当检测到有相反方向电流流过时，可以直接向主控室给出整流柜机组跳闸信号和报警信号。断开整流机组开关，停止向变压器供电，防止事故扩大。

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

在整流供电的自动化智能通信管理中，由于设备的更新换代，使得14口CEIEC-1280智能通信管理器在自动化管理中无法满足整流设备的快速发展。而PMC-1380是基于成熟的嵌入式通信软硬件平台，其实时性、可靠性较高。可以满足供电系统的各类智能设备的通讯连接与数据的转发，实现对配电所内断路器、开关等设备的远程控制、整定、监视和其通讯状态和信息的传输。确保数据链传送的连续性、系统的可靠性。通信管理机PMC-1380背板上的串口，支持RS-485/232/422几种串口模式选择，即每个串口都能够设置为RS-485串口、RS-232串口或RS-422串口，实施通信。这一功能解决了整流所内现场监控设备通信接口不统一的弊端，甩掉了所有的已淘汰了的，或是无法满足整流所操作、监控、通信的管理器，使通信构造简单明了，并大大减少了故障发生的几率，确保了整流所的供电稳定性。

4 结语

电解铝目前正朝着大电流、高电压、大系列方向发展，这就要求整流技术的发展要与之相适应。但由于电力技术的特殊性，在满足电解直流供电要求方面，需要更加慎重和科学。应立足于现在的技术和装备条件下，需要所有的技术人员，充分挖掘潜力，做好设备的升级改造，消除不安全因素，努力提高电解整流供电的安全和效率，增加企业效益。

参考文献:

[1]刘学义.电解铝生产线中供电整流改造实施方案[J].电气应用, 2012(4):297-299.

[2]杨运川.电解铝工艺中钠冰晶石电解体系的影响因素[J].湿法冶金,2012(2):614-616.