新型不停电停、开槽技术在铝电解生产中的应用实践

李景慧，高艳军，冯志波

（内蒙古霍煤鸿骏铝电公司，内蒙古 霍林郭勒 029200）

大型铝电解系列电流大、槽台数多，当其中1台电解槽需要技改维修停槽或开槽时，传统的方法是系列停电或大幅度降低负荷进行操作，这样均会使电流出现大幅度波动，不仅造成铝产量减少、电流效率降低、电能消耗增加，还会使正常生产槽热平衡遭到破坏、CO2等有害气体及有害废弃物排放量增加、电解槽寿命缩短及供电设备故障率升高，可谓是牵一发而动全身。2020年，霍煤鸿骏铝电公司采用了新型不停电停、开槽技术，实现了在系列全电流状态下进行停、开电解槽操作，因停、开槽导致系列降负荷减少为零。此技术的成功应用，公司每个电解系列每年可减少因技改电解槽造成的系列降负荷60～100次，经济效益和社会效益十分显著。

新型不停电停、开槽技术经过长期的使用，其先进性特别是安全、可靠性得到了充分的验证，将在今后的电解生产中得到充分的应用。本文结合我公司的应用情况对新型不停电停、开槽技术予以论述。

1 新型不停电停、开槽技术的原理和实现的功能

1.1 技术原理

新型不停电停开槽技术是通过多台开关安装在电解槽的立柱和短路块之间（或电解槽的阴、阳极之间），建立与预停（或开）电解槽并联的分流回路，在其分流作用下，使电解槽电压降低到国家标准规定的安全范围内（＜0.8V），然后连通或断开短路块与立柱的连接，实现单台电解槽的停槽或开槽。一般开关的数量等于电解槽立柱的数量，并由同一台控制柜控制其同步分断或闭合。不停电停开槽的原理见图1。

图1 不停电停开槽原理图

1.2 基本功能

（1）分流功能：整套设备与电解槽并联运行，利用其良好的导电性能，可分流电解槽电流80%以上，使槽电压稳定保持0.8V以下的安全操作范围。

（2）带载通断大电流功能：可承担系列电流的接通和断开。

（3）同步动作功能：多台开关接入电解槽母线系统后，承担较大的电流。为防止电流偏向某一台开关造成设备过载，多台开关需同步动作，同步误差一般小于20mS。

（4）灭弧功能：开关内部采用多点逐级灭弧技术，并设置了独立的灭弧机构，使电流平稳过渡，保护主触头不受损伤。

（5）全面的安全保护功能：包括同步动作检测与控制、通流时间管理和报警、异常电压检测等。

1.3 主要结构

整套装置主要包括6台开关和1台控制柜，开关的结构见图2。

图2 开关结构示意图

控制系统采用PLC控制技术和触摸屏技术，能够同时控制多台开关同步分、合闸或单台开关分、合闸操作，可方便地观察分、合闸电压、线路故障状态、开关开、合状态等。还可以通过画面管理系统，查询历史记录，分、合闸次数等，以便对产品进行保养和定期的维护。

控制系统由控制单元、变压整流单元、充放电单元、检测单元、执行机构等组成，可同时输出6路控制信号和控制电源，可同时控制6台开关同步动作。

控制柜的结构见图3。

图3 控制柜外部结构示意图

2 新型不停电停、开槽装置的应用

霍煤鸿骏铝电公司于2020年11月首次应用新型不停电停开槽装置进行了400kA电解槽的通电操作，通电槽采用焦粒焙烧方式，安装铜质分流片。现不停电开槽装置暂时只应用于电解槽通电操作，以下主要简述不降负荷开槽作业应用。

3.1 新型不停电停开槽装置的安装

3.1.1 压接面的处理

开关与电解槽立柱的连接位置用角磨机磨去表面的氧化层，打平表面凸出不平处，用压缩空气吹干净短路块表面及压接面的灰尘。

3.1.2 开关的安装

把开关吊运到电解槽立柱旁，适当调整位置，使外连接分别与电解槽立柱及短路块压接面接触并对齐，用夹具把软连接分别紧固在立柱和短路块对应位置。注意夹具要顶紧，不能有松动，否则会使压接部位出现高温，甚至出现电弧。

把控制柜放置在离电解槽端头3米以外的地方，用专用的控制电缆把控制柜和开关连接。控制柜要有专职操作人员看护，至拆除前严禁任何物体碰撞，除专职操作人员外，其他人员严禁操作。

3.2 通电槽分流片的选择和安装

通电焙烧槽采用焦粒焙烧法，具有时间短、效率高、升温均匀、保护阴极延长电解槽寿命的优点。为避免焙烧槽升温过快，需要安装分流片，在焙烧初期阶段，有一部分电流被分流，通过拆除分流片，控制焙烧槽电压。使用不停电开槽装置，通电时不需要降负荷，为了控制冲击电压和通电后电压升幅，要对安装分流片的数量进行核定。公司400kA系列采用截面为200mm×4mm的铜质分流片，采用“阳极大母线-立柱母线”和“阳极大母线-阴极母线”方式安装，为保证通电瞬间冲击电压低于5V、通电后电压升幅小于3.5V，要选择合适的分流片数量，并且保证分流片安装质量。400kA系列使用不停电开槽装置开槽电解槽分流片安装数量和电压情况见表1。

表1 使用不停电开槽装置开槽电解槽

通过上表数据对比，使用不停电开槽装置开槽，分流片安装数量应不少于30片，以保证电解槽通电安全。

3.3 不停电开槽操作

首先确认电解槽阴、阳极之间已通过焦粒连通，分流片、软连接安装正常，并确保电解槽在瞬间通入全部电流后，槽电压不高于开关的最高工作电压（15V）。

把开关和控制柜按要求安装到位，控制柜接通电源，把转换开关切换到充电位对控制单元进行充电，待分、合闸按钮指示灯点亮时按下合闸按钮，使6台开关同步闭合，此时开关上的触头分、合闸指示灯由红变绿，表示开关闭合到位。以上确认无误后，松开短路口螺栓，向外拉开短路块使其与立柱脱离并保持10mm左右的间隙，在此间隙中插入临时绝缘插板，6处短路口均按此操作完成并确认无误后，按下控制柜上的分闸按钮，6台开关同步分闸，此时电解槽开槽通电完成。

3.4 操作时的注意事项

由于短路口是在带电状态下打开的，操作不当可能会产生火花，操作时要戴好面罩及其它保护用品保护好脸部、手部等身体裸露的部位，在打开短路口的瞬间，脸部不要正对短路口。

短路口全部断开并插入绝缘板后，应检测短路口螺栓与立柱之间的绝缘，不符合要求时，应立即进行处理。需要长时间处理时，应把短路口重新合上，处理好后再次断开短路口。

3 应用效果

400kA系列已应用新型不停电停开槽技术成功停、开电解槽7台，均在系列全电流状态下完成操作，未出现系列电流波动现象，短路口操作安全、有序，达到了预期效果。电解槽通电冲击电压最高2.91V，通电后运行中，电解槽电压升幅最高3.41V，均在规程规定的安全范围内，操作时短路块无明显打火现象，技术的安全性和可靠性得到了充分的验证。

新型不停电停开槽技术全面应用后，按技改槽启动数量200台/年计算，每年可减少系列停电或大幅度降低负荷200余次，避免系列降负荷100小时左右，仅此可多产原铝1万多吨，还能够避免因降负荷导致常槽电流效率降低和效应系数增加，提高电解槽及供电设备运行的平稳性，延长电解槽寿命，对企业节能增效具有重大意义。