KES大容量整流裝置在電解中的應用

徐建林

(新疆五鑫銅業(yè)有限責任公司 阜康 831500)

KES大容量整流裝置在電解中的應用

徐建林

(新疆五鑫銅業(yè)有限責任公司 阜康 831500)

新疆五鑫銅業(yè)有限公司銅電解車間電解整流系統使用的是力源KES大功率整流設備，安裝后進入試運行階段。在運行中通常存在一些問題。本文介紹了力源整流設備的特點及在運行中發(fā)生問題后的一些想法建議，便于在今后的同行業(yè)投資建設中有建設性引導作用。

整流系統 優(yōu)化設計 控制 應用

1 概述

新疆五鑫銅業(yè)有限公司在進行電解設備選型的過程中，經過多家冶金生產線考察，了解了系統的設備特點，經過認真仔細的分析研究，以及設備的性價比的對照，選用了九江歷源整流設備有限公司生產的KES大功率整流設備。

2 KES大功率整流設備的特點

2.1 系統的硬件特點

KES整流控制柜是針對電解、電化學等行業(yè)大容量整流裝置的使用特點而研發(fā)可控硅觸發(fā)和穩(wěn)流控制的新一代控制系統。以高性能的機組PLC及觸摸屏人機界面為自動化監(jiān)控核心，采用完全獨立的全數字化雙通道穩(wěn)流觸發(fā)控制器-數控器LY-KD6，構成雙機冗余熱備用系統，穩(wěn)流精度高、可靠性好。可完成可控硅整流裝置的操作和實時監(jiān)控，集控制、保護、數據測量、數據記錄、外擴遠程終端功能于一體，實現整流裝置和DCS系統的綜合自動化。

2.2 系統的軟件特點

計算機控制系統以工業(yè)PC機及操作系統為平臺，加載DCS系統軟件、可編程控制器(PLC)以及通過現場總線連接各種現場設備，組成基于現場總線的先進控制系統。

支持 Profibus、MPI、DH485、DH+、DeviveNet、Modbus、Ethernet及光纖通信等。

支持系統自診斷、數字化參數在線修改、在線更換數控器、遠程下載程序和修改系統參數、遠程診斷維護等功能。

2.3 系統結構特點

柜體采用全密封式結構設計，加熱及散熱自動控制，抗電磁干擾設計，極大地提高了設備的安全運行水平。

2.4 整流變壓器特點

整流變壓器采用銅導線，繞組分為移相繞組、網側高壓繞組、調壓繞組、整變高壓繞組、低壓繞組、帶補償的補償繞組，內附裝置還有平衡電抗器和電抗器繞組。鐵芯采用優(yōu)質硅鋼片。箱體由優(yōu)質鋼板焊接而成，閥側出線采用半鐘罩式側面出線減少渦流損耗。調壓器采用無勵磁調壓開關。冷卻方式采用油、風冷形式，強制循環(huán)冷卻。

3 電解車間KES大功率整流設備系統配置

3.1 電源配置

主電源：整流變壓器網側額定電壓10 kV，閥側額定電壓180 V,額定直流電壓185 V。

控制電源：雙電源供電，一路AC 380 V 5%，3PH，50Hz5%、一路AC 220 VUPS電源。當發(fā)生故障或停電時，另一路AC 220 VUPS電源可以繼續(xù)為PLC等控制回路提供電源，保證停電后PLC的數據保存。

同步電源信號：來自網側PT，三相AC 100V。

交流電流信號：來自整變一次側電流互感器，三相0～200 A/0～5A。

直流電流信號:來自直流傳感器,0～35 kA/0～5 V。

3.2 控制系統硬件配置

3.2.1 穩(wěn)流控制系統

由2套可控硅數控器LY-KD構成完全獨立的全數字化的雙通道冗余熱備用穩(wěn)流控制觸發(fā)系統，每套穩(wěn)流控制觸發(fā)系統主要由2個數控器LY-KD（1塊主控制器、1塊備控制器構成雙機熱備用）、1個脈沖功放單元、1個交流反饋單元組成。

3.2.2 PLC監(jiān)控系統

選用國際知名品牌德國SIEMENS的S7-200系列的PLC。由PLC CPU主單元模塊、開關量輸入輸出模塊、模擬量采集模塊、網絡通信模塊組成，人機界面選用臺灣WEINVIEW的觸摸屏MT6100iV2。實現對單機組的所有狀態(tài)數據采集和自動化操作監(jiān)控功能。

3.3 控制系統特點

重要回路冗余，穩(wěn)流精度高，易于使用、便于維修。

3.4 操作監(jiān)控系統結構

硬件組成：操作監(jiān)控系統的硬件由后臺微機、整流機組PLC、整流控制柜的POD、可控硅數控器LY-KD組成。

通訊方式：后臺微機與整流機組PLC之間采用Profibus通訊。

操作方式：可以在后臺微機、整流控制柜的POD兩個終端設備之間選擇其中一種，操作方式分別為［本地］、［遠程］。無論選擇何種操作方式，均可以在兩個終端設備上進行實時監(jiān)控。

3.5 數控器系統特點

數控器LY-KD，即數字調節(jié)與數字觸發(fā)控制器，是整流控制系統的核心部件。本數控器以工業(yè)級高抗干擾能力的16位單片機為控制核心，具有完備的保護功能。采用“數字+數字”，一路處于運行狀態(tài)，另一路處于熱備用狀態(tài)，一旦運行中的一路出現故障，處于熱備用狀態(tài)的另一路實現在線無擾動切換，并在控制板顯示兩路的工作狀態(tài)，以提示工作人員安排換板檢修。穩(wěn)流精度優(yōu)于±0.3%。

3.6 PLC監(jiān)控系統特點

與上位機通訊：所有控制轉換均由PLC進行控制,通過通訊接口由上位計算機進行監(jiān)控。

運行操作:能完成開機/關機(即觸發(fā)脈沖合閘/分閘)、有載開關升檔/降檔、有載開關自動/手動切換、本地/遠程操作切換、數控器的主備切換、封鎖脈沖、緊急停車等。

故障檢測、報警和保護:對整流變壓器、整流柜、整流控制柜、油水冷卻器、純水冷卻器等裝置出現的全部故障進行聲光報警,并根據故障類型進行相應保護處理。

數據采集:利用PLC的I/O端口對數據進行采集、提供機組運行基礎數據。

I/O端口冗余:PLC模擬量、開關量的輸入輸出端子有10%～15%預留。

數據量采集:開關量檢測,模擬量檢測,開關量輸出。

POD監(jiān)控功能:圖形界面顯示,事件及故障聲光報警,系統操作安全管理。

3.7 保護系統特點

過電壓保護：由于可控硅等半導體器件的介質應力很高，而電時間常數又很小，很短時間的瞬時過電壓就可能造成其永久性破壞，因此必須考慮專門的過電壓保護措施，保護整流裝置免受可能出現的各種過電壓之害而安全工作。

操作過電壓保護：高壓斷路器在閉合和關斷的過程中產生的過電壓。在整流柜交流進線處(也即整流變壓器的閥側)，設置低功耗的高能氧化鋅壓敏電阻，合理選用壓敏電阻的參數，并且就近安裝，減小連接電線所產生的感抗，對過電壓進行充分吸收。在過電壓吸收回路中串聯保護用熔斷器，熔斷器具有動作輸出接點(接點容量5 A)，當熔斷器分斷時，熔斷器的指示件迅速彈出，撞擊熔斷器上的微動開關，微動開關上的常開觸點閉合，通過整流控制柜PLC輸出報警信號，至整流控制柜觸摸屏主控制室的后臺監(jiān)控微機進行故障報警監(jiān)控。

換向過電壓保護：可控硅在關斷的過程中產生的過電壓。在可控硅元件兩端并聯一組阻容吸收裝置，通過計算，合理選用電阻和電容的參數。并且就近安裝，減小連接電線所產生的感抗，對換向過電壓進行充分吸收。在換向過電壓吸收回路中串聯保護用熔斷器，熔斷器具有動作輸出接點(接點容量5A)，當熔斷器分斷時，熔斷器的指示件迅速彈出，撞擊熔斷器上的微動開關，微動開關上的常開觸點閉合，通過整流控制柜PLC輸出報警信號，至整流控制柜觸摸屏和主控制室的后臺監(jiān)控微機進行故障報警監(jiān)控。

水壓過低保護：在整流柜的進水管端口處安裝防磁的壓力變送器，水壓0～0.4MPa對應4～20mA模擬量輸出給整流控制柜PLC。對水壓低位設置參數值0.12MPa，當水壓低于設定值時，發(fā)出［水壓過低］報警，且延時10 s后水壓仍未恢復到正常時，發(fā)出封鎖脈沖和跳閘信號，進行封鎖觸發(fā)脈沖和斷開高壓斷路器。

水溫過高保護:在整流柜的出水管端口處安裝一體化熱電阻變送器，水溫0～100℃對應4～20mA模擬量輸出整流控制柜PLC。對水溫高位設置參數值45℃，當水溫高于設定值時，發(fā)出［水溫過高］報警。

橋臂過熱保護:在整流橋臂母排上安裝了一個溫度繼電器，當水冷母排的溫度達到設定值(一般為60℃)時，常開觸點閉合，信號傳送給整流控制柜PLC，在整流控制柜觸摸屏和主控制室的后臺監(jiān)控微機進行故障報警監(jiān)控，可以顯示橋臂故障報警的具體位置。橋臂過熱報警延時5 s后元件橋臂水冷母排的溫度仍未恢復到正常時，發(fā)出封鎖脈沖和跳閘信號，進行封鎖觸發(fā)脈沖和斷開高壓斷路器。

單快熔熔斷和多快熔熔斷保護:當可控硅因各種原因擊穿發(fā)生閥側短路時，串聯在該支路的快速熔斷器立即分斷并隔離該支路，防止故障擴大。快熔具有動作輸出接點(接點容量5 A)，當快熔分斷時，信號傳送給整流控制柜PLC，在整流控制柜觸摸屏和主控制室的后臺監(jiān)控微機進行故障報警監(jiān)控，可以顯示快熔故障報警的具體位置。

直流過載保護:當輸出電流≥110%IdN時，延時3 s后發(fā)出［直流輕過載］報警信號；當輸出電流≥125%IdN時，延時3 s后發(fā)出［直流重過載］報警信號及封鎖脈沖和跳閘信號，進行封鎖觸發(fā)脈沖和斷開高壓斷路器。

4 結束語

KES大容量整流裝置是一種將三相工頻交流電轉換成電壓可調的直流電的裝置。在電解銅試生產期間運行良好使用方便。故障預報的顯示對處理問題快捷有效，是一款典型的自動化系統控制設備。

在實際運行中，整流變壓器總共設計了19個檔位，且是有載調壓控制，有載調壓是控制負荷初調的，在初定的檔位根據大功率可控硅的導通角調節(jié)導通電流大小達到所需電流，導通角＞95°升檔，導通角＜115°降檔，來調節(jié)所需要的額定電流。導通角的大小是決定經濟運行狀態(tài)的參數，目前由于是試生產階段，最大生產能力達到92槽，而設計滿產為468槽，95槽的生產顯示導通角90°，這就提醒我們的電解系統在今后設計運行參數時，應該滿足的最低電壓標準應該是額定電壓的10%，這樣才能更好的滿足生產工藝需求。隨著生產系統生產能力的大小隨之改變，降低變壓器自身的鐵損和銅損及短網損失。實現經濟運行狀態(tài)。再者，實際使用的檔位有些基本沒有用到，產生浪費。

總之設計應根據工藝生產特點選擇不同的生產容量，進線變壓器檔位選擇，做到功率利用最大化，變壓器運行經濟合理化。

收稿：2014-01-13