浅析铜电解直流干式短接开关维护

刘金泉，谢小春，鲁 创（.江西铜业集团公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 33544；.武汉长海电气科技开发有限公司，湖北 武汉 430064）



浅析铜电解直流干式短接开关维护

刘金泉1，谢小春1，鲁 创2
（1.江西铜业集团公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424；2.武汉长海电气科技开发有限公司，湖北 武汉 430064）

摘要：直流干式短接开关（以下简称短接开关）是铜电解工艺中非常重要的工艺生产设备。针对贵溪冶炼厂电解车间ISA法使用国内新式短接开关过程中出现的一些问题，同时结合车间短接开关多年的应用情况，分析其检查维护的方法。

关键词：短接开关；弧系统；弧触头；主开关

1　引言

铜电解［1］直流供电系统由整流机组、直流刀闸、直流母线、电解槽和短接开关组成。电解系统是每一组槽并联一个短接开关，通过对短接开关的操作可使电流不通过相应的电解槽，从而对该槽进行出、装作业或检修。贵溪冶炼厂ISA法电解采用短接开关是国内仿制的短接开关［2-3］，该短接开关使用到现在已有7年时间。由于短接开关安装槽面过道下方而控制箱安装在槽底，在槽底中央地坑附近会有较大的酸雾形成，在这种环境中长期使用后，短接开关的一些故障便开始显现。本文根据短接开关在生产工艺中的使用和维护经验，浅析短接开关的检查维护方法。

2　国产直流大电流短接开关简析

国内大电流短接开关［4］（如图1）是仿制于Ritter公司，其尺寸和安装方式基本相似，同为电动驱动。主开关机构（如图2）动作原理是电机驱动六方转动轴，转动轴再驱动传动机构使主触头进行分、合动作。弧系统机构（如图3）采用永磁传动机构，弧系统［5］动作原理是合闸时永磁机构合闸线圈得电后驱动四连杆机构转动使动、静弧触头闭合，闭合到位后合闸线圈失电，永磁机构保持在弧系统闭合位置；分闸时，当永磁机构分闸线圈得电，机构反向动作，动、静弧触头断开，断开到位后分闸线圈失电，永磁机构保持在弧系统分闸位置。主开关机构和弧系统分合的时序动作是通过PLC来控制。

图1　短接开关机构

图3　弧系统机构

3　短接开关常见故障分析及处理方法

3.1主开关和弧开关（系统）的分、合限位及指示故障

分、合限位故障表现在对短接开关进行分、合操作，分、合状态指示灯指示错误。有以下几种原因引起：

（1）接头处被腐蚀造成限位开关短路。将电缆用破布擦拭干净并对接头处重新处理。

（2）限位开关端子排被腐蚀造成短路或是漏电。将腐蚀端子排进行更换并清理周边结晶。

（3）限位开关失效。用万用表对新限位开关进行测试其通断是否正常，再更换上新的限位开关。

（4）限位状态指示灯不亮。用万用表测量指示灯两端的电压，如两端电压正常则指示灯已坏，如两端无电压则检查前端供电回路是否正常。

3.2弧系统永磁机构不能正常动作

弧系统中永磁机构动作的动力来自充电电容，电容瞬间释放的电能使合、分线圈产生强磁场驱动永磁机构动作。当对短接开关进行分、合操作时弧系统永磁机构无动作执行。有以下几种原因引起：

（1）充电电容故障。将操作电源送上（或已经进行了一次分、合操作）后等待10s左右，用万用表测量电容两端的电压，查看电压是否在正常值范围内，如电压异常则说明电容损坏。

（2）线圈故障。将线圈两端的连接电缆拆除，用万用表测量线圈的阻值，如线圈阻值超过兆欧级说明线圈肯定损坏。

（3）按钮故障。打开操作箱观察按钮触点是否有腐蚀或是接入点电缆端子松动、脱落现象，出现上述现象直接更换新触点和重新紧固电缆端子。用万用表对按钮两触点进行通、断测量，同时我们也可以通过PLC中两个按钮的输入点指示灯进行观察，如在按下或是释放按钮都无变化则按钮损坏。

（4）线路故障。如上述三种情况均未出现则有可能是线路故障，我们可以对该支路进行逐级排除。检查PLC的输入输出点端子、线圈接入点端子是否有松动或腐蚀现象。

3.3主开关分、合动作异常

主开关的分、合动作是电机驱动六方转动轴，转动轴再驱动传动机构使主触头进行分、合动作。弧系统动作后主开关合出现超时现象。有以下几种原因引起：

（1）驱动线路故障。用万用表测量电机的输入电压，如输入端无电压则对该线路进行逐级排除。检查线路各端子、接入点是否有松动或腐蚀现象。

（2）驱动电机故障。将电机输入端电缆拆除用摇表对电机进行绝缘测试，如绝缘阻值很小说明电机接地。用万用表测量电机线圈阻值，如阻值过大说明线圈损坏。

（3）减速机故障。用专用摇柄来回摇电机轴尾部，减速机没有动作或是动作到一定幅度后无法再摇动。将减速机同开关轴脱离再用同样的方法进行操作，如以上面结果一样则可以判断减速机内部齿轮卡死。

（4）开关轴偏向轮及传动杆故障。如果没有上述三种故障出现主开关仍然无法动作，这时我们要检查轴、偏向轮和传动杆。轴和传动杆是否被其他部件卡死或是变形，偏向轮和轴承是否被腐蚀。

3.4测量槽压电压表指示异常

槽压电压表是指针式电压表，用于检测槽体是否通电以及槽内电压，其电压值的大小可以用来判断电解槽槽压是否正常及槽内导电性是否良好。

在日常检查中如发现电压表指示异常，有以下几种情况：

（1）短接开关分时电压表指示没有电压。首先要观察操作盘上指示灯所显示的当前分、合状态；如果状态显示为分，这时检查主开关的机械指示是否也在分状态。控制箱状态显示与主开关机械指示一致时，我们再用万用表对电压表的两端进行电压测量，如果测量后两端有电压则说明电压表损坏；如测量两端依然没有电压，这时我们就要对电压表的外部线路进行检查确认，这种情况大部分原因在于电缆与短接开关的测量点端子，端子的松动或腐蚀导致接触不良造成电压表无电压显示。

（2）短接开关合时电压表指示有电压。首先要观察操作盘上指示灯所显示分、合状态；如果显示当前状态为合，这时检查主开关的机械指示是否也在合状态。控制箱状态显示与主开关机械指示一致，此时电压表不应该有电压，这说明电压表损坏。

4　短接开关日常维护

4.1电气控制箱维护

控制箱中含有PLC［6］、接触器、电容等电气原件，如果元器件受到腐蚀就有可能造成电气故障，导致短接开关不能正常使用。

（1）电气控制箱虽然采用防腐和绝缘等级较高的材料，但是其长期处于酸性环境中，会有一定的酸雾进入箱体内部。我们需要定期打开控制箱检查内部是否出现结晶现象，如果发现有箱体内出现结晶，这时（在断电情况下）我们先要将结晶用酒精清洗干净，之后再用塑料薄膜将箱体包裹防止酸雾的再次进入。

（2）在控制箱上增加一个盖板，防止其他不明情况下腐蚀性液体从顶部渗入到控制箱内造成元件腐蚀。

4.2弧系统维护

短接开关的分、合过程中，触点的接触、分断产生的电能量是通过弧系统中的弧触头来承担。弧触头独立承担电流的时间有严格的控制，如长时间过大的电能量在弧触头上停留就会造成弧系统烧毁的现象，所以弧系统中各个机构流畅配合和各部件完好情况是非常重要的。

4.2.1弧系统弧触头维护

弧触头在短接开关分、合的过程形成拉弧，随着使用次数的增加弧触头的动、静触头不断消耗，这样它们的接触面积就会越来越小。在短接开关进行分、合时就有可能造成主触头拉弧和弧系统烧毁现象。

（1）对弧触头定期进行检查，按照开关分、合10次为一个检查周期，发现弧触头拉弧到一定程度（目视检查触头，触头磨损大于1.5mm）时就必须进行更换。

（2）更换弧触头时两对动、静触头都必须同时更换。

4.2.2弧系统副触头维护

副触头动作处于是弧触头的后一级，在分、合的瞬间是不承担电流的，如果发现副触头接触面出现拉弧现象，则说明弧触头接触面偏小不能完全承载瞬间电流，进而有可能造成主触头出现拉弧的现象。

（1）副触头同弧触头一样定期进行检查，发现副触头拉弧时对其进行更换。并进一步检查主触头、弧触头的使用情况。

（2）更换副触头时两对动、静触头需同时更换。

4.2.3弧系统弧触头软连接维护

软连接是用于连接弧触头的动触头，动触头动作次数多就有可能导致外层软连接折断，如软连接的折断片数过多，会使其无法承受当前电流进而造成烧毁现象。

（1）软连接同弧触头一样定期进行检查，发现有折断的软连接要及时将该片 取下，防止其在动作过程中触碰到其他部位造成其他事故。

（2）如果一根软连接的折断片数超过5片时，则必须对该软连接进行更换。

4.2.4弧系统电缆端子维护

弧系统在动作的过程中有较大的震动产生，各电缆端子在长期的震动后有可能出现松动，进而造成其他电气故障产生。

（1）对电缆端子每半年紧固一次。

（2）电缆端子有结晶或腐蚀现象时，及时清除结晶或是重新制作接线端子。

4.3主开关系统维护

4.3.1主开关轴承维护

主开关的六方传动轴两端安装有密封轴承，轴承长时间暴露在酸性环境中，会使酸性物渗入到轴承内部造成轴承卡死现象，这样就会增加减速机的运行阻力造成减速机齿轮磨损。

（1）在轴承上下涂抹钙钠基润滑油脂，防止酸性物渗入。

（2）对涂抹的油质每半年进行更换，防止油质结死失效。

4.3.2主开关主触头橡胶套密封维护

触头橡胶套密封是嵌在动、静触头上用于保护主触头，防止粉尘和其他腐蚀性物质进入。橡胶套在酸性环境更容易会出现老化、龟裂或破损等现象，这些现象的产生有可能造成主触头污染，严重的就会造成主触头拉弧导致短接开关不能使用。

（1）同弧触头一样定期对橡胶套进行检查。

（2）对出现龟裂或破损的橡胶套用耐酸橡胶条进行重新包裹密封。

5　结语

通过对短接开关原理及故障原因的分析，为今后短接开关的检查和维护提供方法，进而有效减少类似故障的发生，提高短接开关的使用寿命，减少其维护成本。

参考文献：

［1］毛允正.国内外铜电解工艺技术与装备综述［J］.资源再生，2012（6）:50-52.

［2］张俊，谢迎松.直流母线短接开关更新实践［J］.中国有色冶金，2011（6）:41-44.

［3］卢鹏.铜电解直流大电流短接开关的应用［J］.安徽科技，2014（1）:49-51.

［4］谢迎松，张俊，翟晶.国产新型悬挂式短接开关在铜电解中的应用［C］//有色金属工业科学发展—中国有色金属学会第八届学术年会论文集，2010（9）:496-498.

［5］郝德清，曹鹏飞.铜电解用短接开关弧系统研究［J］.机械制造，2013（6）:32-34.

［6］李世学，赵喜军.基于PLC控制的铜电解用短接开关监控系统［J］.自动化信息与工程，2009（3）:43-45.

Analysis on the Maintenance of DC Dry Shorting Switch in Copper Electrolysis Process

LIU Jin-quan1，XIE Xiao-chun1，LU Chuang2
（1.Guixi Smelter，Jiangxi Copper Corporation，Guixi 335424，Jiangxi，China； 2.Wuhan Changhai Electric Technology Development Co.，Ltd ，Wuhan 430064，Hubei，China）

Abstract:DC dry shorting switch is very important equipment in copper electrolysis process.For the problems which occurred in the ISA electrolysis workshop production of Guixi Smelter with the DC dry shorting switch，combined with the application situation of shorting switch for years，we propose some methods of inspection and maintenance.

Keywords:DC dry shorting switch；arc system；arc contact；the main switch

中图分类号：TM564

文献标识码：C

文章编号：1009-3842（2016）02-0084-04

收稿日期：2015-12-28

作者简介：刘金泉（1985-），男，江西吉安人，主要从事设备管理工作。E-mail:283167676@qq.com