离子膜法烧碱整流系统的运行及维护

李久旺

（山东茌平信发华兴化工有限公司，山东 聊城252100）

茌平信发华兴化工有限公司（以下简称“华兴化工”） 离子膜法烧碱整流系统由10 台整流变压器和20 台整流柜组成。 主要设备包括整流变压器、整流主柜、稳流控制柜、整流冷却器、大电流传感器、大电流直流刀开关，整流计算机监控系统和通讯网络等。根据多年的运行经验， 本着离子膜法烧碱整流系统安全操作运行及环境保护的原则， 现将华兴化工在此方面的经验总结如下。

1 整流系统的组成

华兴化工离子膜法烧碱整流系统整流电路采用三相全控桥式整流同相逆并联接线， 每台整流变带2 台整流柜机组形成12 脉波，整流系统形成“一拖二”的结构。

整流变压器的冷却方式为油水冷却系统，因此，变压器运行时公共冷却循环水必须低温运行， 以保证变压器有效散热。

通信网络采用了冗余设计，现场控制柜通过2 路现场通信光纤总线同时与计算机监控系统的2 台上位PC 机通信， 极大提高了计算机监控系统的可靠性。 计算机监控系统由2 台DELL 计算机通过工业以太网独立双网结构组成。 整流系统监控软件由力控Forcecontrol 通用组态软件二次开发而成。

2 整流变压器组成与运行维护

2.1 整流变压器概况

本系统采用有载自耦调压整流变压器， 额定容量为28 000 kVA， 额定电压一次电压为110 000 V，二次电压为361.7~633.1 V； 额定电流一次电流为88.6~393.1 A，二次电流为2X16 500 A。 采用27 级HM 型有载分接开关进行有载调压。 为抑制网侧交流电流的谐波分量， 各变压器阀侧各相电压作移相处理。

2.2 整流变压器的检查

（1）检查变压器的瓦斯继电器有无气体报警，如有气体，须排查故障原因并作消除排气处理。

（2）检查变压器油温是否正常。该油温不能超过65 ℃（本系统设置65 ℃报警，85 ℃联锁脉冲停整流器）；如油温较高，应及时开全厂冷却风机降循环水水温。

（3）检查变压器油位是否正常，如油位较低，应及时排查原因并消除和补油处理。

（4）检查变压器档位是否合理，及时调整变压器在合理档位，保证运行时的控制角为5°~15°，确保整流装置产生最小的谐波电流， 平均自然功率因数≥0.92。

（5）检查变压器油水冷却器的工作情况，同时测量运行油泵温度及其三相电流，保证正常运行。

（6）检查变压器输出阀侧软连接处是否渗漏油，如果泄漏严重，应停车并联系变压器厂家进行处理。

（7）检查变压器干燥剂的颜色是否正常，如果显示的不是正常的白色或蓝色， 应及时更换或处理干燥剂。

（8）整流变无功补偿装置及隔离开关柜运行是否正常，如不正常应及时停车检查处理。

3 整流柜组成及运行维护

本整流系统整流柜的整流形式为同相逆并联的三相桥式整流。每个整流臂由3 个晶闸管并联构成，每个晶闸管有1 个单体快速熔断器串联（以下简称“快熔”）保护。

整流主柜内部共包含36 个晶闸管和36 个快熔； 晶闸管的冷却由水腔及导电水冷铜母排共同完成， 快熔和直流汇流母排的冷却由导电水冷铜母排完成。 运行人员要特别关注冷却水的运行压力和整流柜出口水温的变化， 保证整流系统的运行安全。

3.1 整流主柜水系统的检查

（1）检查整流主柜的各个水路是否畅通和渗漏水，正常启动对应的纯水冷却器， 将水压控制到0.10~0.15 MPa。

（2）检查各个水支路是否有水流通过并检查各接头是否渗漏水。 如发现漏水，应及时紧固处理。

（3）检查纯水冷进水水压表显示值（正常水压为0.10~0.25 MPa）和出水温度显示值（正常水温为15~35 ℃），如不正常，及时调节控制。

3.2 整流主柜的快熔和晶闸管的检查

（1）用万用表直流电压20 V 档测量主柜KR1、KR2 端子是否有1 V 以上电压。

（2）检查主柜脉冲变压器板上快熔指示灯（故障时橘黄色）是否点亮。

（3）检查快熔微动开关是否弹出。

以上检查确定快熔是否损坏， 如损坏则需停车更换对应快熔并检查晶闸管元件是否损坏。

3.3 操作过电压保护检查和换相过电压检查

（1）检查换相过电压保护用的交流电容是否漏油和“胀肚”。 如有，必须更换。 有条件也可以对各个电容器进行容量测试。

（2）检查换相过电压保护用的电阻是否完好，有无外观损坏；用万用表对应测试其阻值，是否与标准值相同。 与标准值偏离太大时，需更换。

（3）检查操作过电压保护用的吸能式压敏电阻，查看其外观是否完好，发现问题及时处理。

（4）检查保护的线路接线是否完好。 如有断线，保护不起作用，将直接危及晶闸管的工作安全，致使整流主柜损坏。 所以， 必须保证保护线路的接线完好，动作灵敏可靠。

4 整流就地控制柜

该公司整流系统的关键是整流控制柜的主要电气元件，由西门子S7-200 系列PLC 和由HFC-1型控制板及电源变压器组成的数字调节触发控制器等构成。 控制系统由2 组数字调节触发控制器、1 组双通道热备用控制器组成。 整个设计体现了硬件标准化的设计理念，方便了维护。

由于硬件采用同一厂家的产品， 在开发工具和技术上也得到了充分支持。实现了“硬件标准化和软件面向用户的个性化”设计理念。

在数据通信方面， 采用了工业以太网的通信基础，使得通信更可靠，也更开放。 在UPS 电源正常时，对稳流控制器HFC-1 进行上电检查。

当系统工作在自动稳流方式时，CPU 对电流给定信号和反馈信号相比较， 将其偏差作PI 调节运算。 当电网电压或负载大小发生变化时， 输出电流Id 随之波动，电流反馈信号IF 跟着变化，经PI 调节运算输出一个相应的移相控制量Uk 给触发器，使触发器输出脉冲的相位（α 角）相应地改变，从而达到调整直流输出电流，实现闭环自动稳流的目的。稳流过程可简述为：

Id↑→IF↑→Uk↓→α 角↑→Id↓

手动工作（开环）方式时，CPU 直接根据给定信号计算出触发脉冲控制角。

手动/自动的切换是通过程序控制无扰动切换的。 切换时，通过人机界面（OP-05 操作器、触摸屏、上位机） 对CPU 发出切换指令，CPU 将工作方式从手动切换到自动或相反， 并根据切换前的电流值反推算出切换后的各变量的大小，保持输出电流不变，从而保证切换过程无扰动。

通过触摸屏HMI 的显示， 检查整流系统的水压、水温、油温、档位、直流电压、直流电流控制角和阀侧电压等是否正常显示； 检查整流系统是否有其他的故障和报警。如有部分参数显示异常，可由运行人员及时对应检查排除故障。

5 整流上位机监控系统

5.1 整流上位机系统介绍

整流上位机系统中的监控系统由2 台PC 计算机、工业以太网和力控Forcecontrol 工业组态件和为用户开发的应用件组成。 由于应用件运行可靠和稳定，且力控Forcecontrol 工业组态件开放性好，开发方便，为二次开发奠定了基础。

5.2 计算机操作件开车前的安全检查

启动计算机中的力控组态软件， 计算机进入整流监控操作系统。

当整流监控操作系统软件正常运行时， 会显示各种参数数值和系统信息。 操作人员通过各种按键获取运行参数和信息， 并以此判断整个整流监控系统的运行情况。

在检查中发现，有“虚的显示”情况，说明对应的以太网络出现故障或对应的PLC 停电而停止运行。在网路检查过程中， 工程技术人员可以到以太网交换机旁，观察各个网络线接口对应的LED 灯是否闪亮，如果熄灭，则此路有故障，可以排除；所有灯都闪亮，说明网路通信正常。

6 整流柜的水冷却系统及其他辅助系统

6.1 整流柜的水冷却系统

各台整流柜均由一个单独的纯水冷却器进行供水冷却，因此，要特别对此系统进行检查和维护，以免造成整个整流系统的停车事故。

对照纯水冷却器的运行手册， 检查纯水冷却器运行的各项运行指标， 检查是否漏水或管道是否阻塞， 并检查各个阀门的位置是否正确、 开度是否合适，如有异常，应及时处理。

6.2 整流设备其他辅助系统

整流设备其他辅助系统包括： 直流刀开关和大电流直流传感器等。 整流设备的辅助系统开车前安全检查。

（1）检查直流刀开关是否闭合到位

对准备运行的直流刀开关进行检查， 检查触点是否完全闭合到位，位置行程开关是否动作正常，以此避免误操作给设备带来的损失。 采用红外测温仪测量直流刀开关，控制温度低于75 ℃。

（2）检查大电流传感器

检查大电流传感器显示是否正常， 用万用表检查其输出信号是否正常， 检查各个连线连接是否牢固。 并且，在检查大电流传感器时，一定要注意安装的电流流入方向以及输出的信号极性。

7 离子膜法烧碱整流系统控制指标

整流系统控制指标见表1，其中的指标均为C类。

表1 整流系统控制指标

8 整流异常事故处理

（1）一面汇报调度，一面将电流降为零。

（2）断开整流变断路器，停掉整流变压器等候处理。

（3）事故情况下引起脉冲封锁时，应将远控台上给定为0，手动投联锁，等候处理。

（4）及时汇报领导，并详细记录故障的现象、处理过程中发现的问题。

9 结语

离子膜法烧碱整流系统在氯碱化工安全生产运行中起着至关重要的作用，运行中一旦发生故障，直流电中断，极易造成全厂停车。要想科学而规范化地管理整流设备的运行， 保证安全生产， 提高企业效益，就要确保整流设备安全操作运行的质量，严格控制工艺指标，提高日常巡回检查的管理水平，提前做好对事故的防范工作，做好相关事故预案，从而防止事故扩大，避免次生事故的发生，保证整流装置安全满负荷稳定运行，为企业安全生产保驾护航。