整流柜控制信号切换装置应用分析

张建超

（唐山三友氯碱有限责任公司，河北 唐山063305）

根据氯碱化工电解工艺对整流装置直流输出电流稳定性的要求，必须采用稳定可靠的直流稳流控制系统。作为整流装置稳流控制的核心，信号采集装置直流传感器直接关系到直流电流输出的稳定程度，对整流装置和电解设备有重要的安全影响。

1 整流装置概况

唐山三友氯碱有限责任公司采用的是离子膜法烧碱生产工艺，共计24台整流柜为24台零极距电解槽提供直流电。每台电解槽母线侧一进一出正负铜排分别装有一台直流传感器，用于直流电流的测量，测量值经过转换处理后，各自控制箱分别输出一路低压信号传输至整流控制柜数控器中，一路做为主反馈，一路做为备用反馈，用于整流控制系统的闭环调节，并且主反馈还要输出一路4～20 mA信号传送至工艺DCS，用于串级调节。

2 整流数控器存在的问题

在实际运行中发现，当主反馈信号出现问题时，作为热备用的备用反馈不能在整流控制柜数控器中进行切换，严重影响整流控制系统的稳定，甚至造成联锁停车事故。经过与整流器厂家沟通，得知整流数控器不具备反馈切换功能，且假如数控器能切换到备用反馈，整流系统虽可平稳运行，但是传送到DCS的4～20 mA信号也是错误的，影响到DCS的串级调节，对烧碱系统产生影响，公司也曾发生过因直流传感器故障导致停槽事故。

3 整流数控改进方案

随着公司对生产的安全性、稳定性要求越来越高，原有的整流装置直流信号控制手段已不能满足要求，经过多次方案论证，结合原有直流传感器使用情况，提出了新的控制方案，见图1。

图1 新的数控方案设计简图

（1）加装一台辅助传感器，采用3取2的方式，决定主用传感器是否正常。

（2）当主用传感器出现问题时，通过比较后瞬时切换到备用传感器，备用反馈信号用于整流系统的控制。

（3）主用传感器输出一路DCS用4～20 mA信号，当主用传感器切换到备用传感器时，DCS信号同时跟随一同切换，采用备用传感器输出的DCS信号作用于串级调节。

拿出具体方案后，与传感器厂家沟通由其代为开发，研制出了整流柜控制信号切换装置。其工作原理：在直流侧正极或负极铜排处加装辅助传感器一台，输出一路低压信号，与主用传感器与备用传感器的信号共同进入装置。上电后默认主用传感器接通到输出线路上，控制信号切换箱面板上同时显示主用、备用和辅助传感器的测量值。整流柜控制信号切换装置运行中比较主用、备用和辅助传感器的值，若主用、备用不一致（相互误差大于5%以上）时，采用3取2的方式，决定主用传感器是否正常。如果确认主用传感器不正常，将备用传感器信号接通到输出线路上。若现在正在使用备用传感器，当主用传感器恢复正常时，且持续10 s后，将主用传感器信号接通到输出线路上。当主用、备用或者辅助传感器出现不正常时，发出声光报警，可手动或自动消音。另设有手动切换功能。

主用传感器和备用传感器的输出信号经过控制电缆分别接入切换装置的主输入单元、主显输入单元和备输入单元、备显输入单元。信号切换装置比较判断后通过信号输出单元将正确信号输出至整流柜控制电流输入和DCS4～20 mA输入，通过显示输出单元将正确信号输出至整流柜电流显示输入，另具有至整流柜干接点输入功能。辅助传感器信号同样通过控制电缆接入切换装置。整流柜控制信号切换装置外部接线示意图见图2。

图2 整流柜控制柜信号切换装置外部接线图

整流柜控制信号切换装置主要工作原理：来自辅助传感器、主用传感器和备用传感器的3路0～5 V低压信号经过缓冲电路、再经过模拟量/数字量转换器转换后同时供给信号切换装置CPU单元，整流柜控制信号切换装置原理框图见图3。CPU单元判断切换算法如下。

图3 整流柜控制信号切换装置原理框图

（1）当主用传感器与备用传感器一致或者主用传感器与辅助传感器一致时，选用主用传感器。若当前正在使用备用传感器接入，上述一致条件持续10 s后，切换到主用传感器。

（2）当主用传感器与备用传感器不一致，且备用传感器与辅助传感器一致时，立即切换到备用传感器。

（3）当主用传感器、备用传感器和辅助传感器3个相互之间不一致时，若主用传感器测量值大于备用传感器测量值，此时立即切换至主用传感器，反之切换到备用传感器。当主用传感器和辅助传感器同时失电时，立即切换至备用传感器。当备用传感器和辅助传感器同时失电时，立即切换至主用传感器。当装置停电时，默认接通主用传感器。

（4）上述立即切换时间约为100 ms；两个测量值相互误差的绝对值小于5%为一致。

（5）CPU采用3取2的方式在主用传感器或备用传感器中选择正确的输出，输出一路0～5 V信号至整流柜显示输入，输出一路4～20 mA信号至DCS室输入，再输出一路0～5 V信号至整流柜控制用输入。另切换装置能够提供干接点输出功能，可用于其他控制功能。

4 装置运行实测效果

通过控制信号切换箱面板上同时显示的主用、备用和辅助传感器的测量值，运行人员可以准确地掌握主用和备用传感器的运行状况。此整流柜控制信号切换装置还设计有报警系统，能够准确及时地将主用和备用传感器的异常情况通过声光报警告知相关人员。

2017年7月利用单台整流系统停车的机会，对其加装了整流柜控制信号切换装置，并且在实际运行中300 A、500 A、700 A、1 000 A电流时进行了全方位的切换，发现整流控制系统无波动，DCS电流无波动，切换效果良好，实现了电流的无扰动切换。

自2018年10月起公司对其余整流装置陆续开始改造，改造后运行效果良好，截至2019年年底，公司全部整流装置完成安装。整流柜控制信号切换装置的研发成功，从根本上解决了因单台直流传感器故障导致故障停槽的问题。后续将通过整流器厂家将整流柜控制信号切换装置运行报警接入整流监控后台，方便更及时解决问题。