一種改進(jìn)的電弧光保護(hù)裝置在電解鋁行業(yè)中的應(yīng)用

石 磊，陳亞娜

（包頭輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 自動(dòng)化學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014035）

0 引言

近年來，隨著我國(guó)電解鋁行業(yè)的大力發(fā)展，電解鋁的產(chǎn)能不斷增加。在電解過程中均采用大電流、高電壓的整流設(shè)備為其提供電流，目前大型電解鋁的整流系統(tǒng)一般是采用4～7 個(gè)機(jī)組，每個(gè)整流機(jī)組由1 臺(tái)調(diào)壓變壓器、2 臺(tái)整流變壓器、2 個(gè)整流柜組成。所有整流柜并聯(lián)連接至直流大母線，為電解系列提供直流電能。但生產(chǎn)過程中有時(shí)整流柜會(huì)發(fā)生爆炸事故，造成嚴(yán)重后果。造成整流柜爆炸的原因有：①整流元件擊穿時(shí)，會(huì)產(chǎn)生弧光，快速熔斷器不能及時(shí)的熔斷，引起弧光擴(kuò)大，使得整流柜內(nèi)正負(fù)母線短路，造成爆炸；②整流元件或絕緣件受潮，使元件表面溫度低于環(huán)境溫度至凝露點(diǎn)后，元件表面將結(jié)露，引起短路，進(jìn)而發(fā)生爆炸整流柜內(nèi)冷卻管路滲漏，也可能造成絕緣降低，引起爆炸；③絕緣件表面有灰塵積聚，絕緣被破壞。

為了減少弧光的危害性，電弧光保護(hù)逐漸被應(yīng)用到整流系統(tǒng)的保護(hù)中，配合常規(guī)保護(hù)擴(kuò)大整流系統(tǒng)的保護(hù)面，特別是電弧光保護(hù)因動(dòng)作時(shí)間短、功能強(qiáng)大、保護(hù)判選擇靈活、安裝實(shí)施簡(jiǎn)單，電解鋁廠正在逐步新增整流系統(tǒng)的弧光保護(hù)。實(shí)踐證明弧光保護(hù)能在開關(guān)柜發(fā)生弧光故障時(shí)提供最快的保護(hù)，切斷故障點(diǎn)，是常規(guī)繼電保護(hù)不能比擬的，它將弧光對(duì)設(shè)備的損害降至最低，確保故障電站對(duì)電網(wǎng)的影響最小。本文以內(nèi)蒙古某鋁廠為例，分別介紹改進(jìn)前后的弧光保護(hù)系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。

1 改進(jìn)前的系統(tǒng)

如圖1 所示，該弧光保護(hù)系統(tǒng)包括綜自系統(tǒng)、主單元、電流單元和弧光探頭；主控單元通過以太網(wǎng)和綜自系統(tǒng)連接，電流單元、弧光探頭和主單元分別連接，主單元是弧光保護(hù)系統(tǒng)的核心部件，對(duì)弧光探頭傳來的光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，負(fù)責(zé)輸入量的采集、測(cè)量、計(jì)算及邏輯判斷，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各項(xiàng)保護(hù)邏輯、與站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)通信、自檢及其它輔助功能；電流單元安裝在進(jìn)線電源開關(guān)柜中，采集電流信息，配置快速繼電器和常規(guī)繼電器，用于弧光保護(hù)系統(tǒng)就地跳閘或就近跳閘；弧光探頭安裝在整流柜內(nèi)各間隔中，作為光感應(yīng)元件，在發(fā)生弧光故障時(shí)檢測(cè)突然增加的光強(qiáng)，并通過光纖將光信號(hào)傳送給主單元。

該系統(tǒng)利用過流判據(jù)和弧光判據(jù)是否同時(shí)動(dòng)作來判斷保護(hù)系統(tǒng)是否發(fā)生動(dòng)作。即當(dāng)電流信號(hào)或弧光信號(hào)大于設(shè)定值時(shí)，主單元發(fā)出指令，斷路器跳閘。該系統(tǒng)雖然能夠起到弧光保護(hù)的作用，但存在的缺點(diǎn)是：

（1）不能有效保護(hù)整流柜。只配置了一個(gè)主單元跳閘出口，如果當(dāng)弧光保護(hù)主單元電源失電時(shí)，即使電流、弧光判據(jù)啟動(dòng)，也不能切開斷路器，有效地保護(hù)整流柜。

（2）故障發(fā)生時(shí)，由于電流變化信號(hào)采自調(diào)壓變壓器的電流傳感器，所以保護(hù)反應(yīng)不及時(shí)。

圖1 改進(jìn)前的弧光保護(hù)系統(tǒng)Fig.1 Before improved arc protection system

2 改進(jìn)后的系統(tǒng)

如圖2 所示，與改進(jìn)前的弧光保護(hù)系統(tǒng)比較，該弧光保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)包括二個(gè)跳閘出口并聯(lián)的主單元1 和主單元2，并且，主單元1 和主單元2 通過通信線纜連接，實(shí)現(xiàn)互相交換數(shù)據(jù)；主單元2 的光傳感器布置在整流柜內(nèi)，光傳感器通過光纖連接到主單元2，用于獲取整流柜內(nèi)的弧光信號(hào)；電流傳感器連接在主變壓器A、B 的初級(jí)線圈上，電流傳感器分別連接主單元1 和主單元2，用于獲取主變壓器A、B 的電流變化信號(hào)。

弧光保護(hù)主單元1 和主單元2 共配置有2 個(gè)主單元跳閘出口，電流變化信號(hào)取自兩個(gè)不同的主變壓器A 和主變壓器B，并且兩個(gè)主單元之間實(shí)現(xiàn)通訊，互相交換數(shù)據(jù)，主單元1 和主單元2 依據(jù)獲取到的弧光信號(hào)和電流變化信號(hào)進(jìn)行判斷，當(dāng)認(rèn)為整流柜產(chǎn)生弧光時(shí)，控制斷路器切斷電源，起到保護(hù)整流柜的作用。相對(duì)于改進(jìn)前的系統(tǒng)，該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：

圖2 改進(jìn)后的弧光保護(hù)系統(tǒng)Fig.2 The improved arc protection system

（1）由于將兩個(gè)主單元的跳閘出口并聯(lián)，這樣即使一個(gè)主單元不工作（如失電），另一個(gè)主單元的跳閘出口也會(huì)動(dòng)作，跳開斷路器，防止擴(kuò)大事故，有效地保護(hù)設(shè)備。

（2）對(duì)于整流柜的弧光反應(yīng)的更及時(shí)、迅速，能夠有效地切斷斷路器，保護(hù)整流柜。當(dāng)整流柜產(chǎn)生弧光時(shí)，當(dāng)整流柜產(chǎn)生弧光時(shí)，主變壓器的的電流變化大于調(diào)壓變壓器的電流變化，電流判據(jù)（電流變化信號(hào)）采自主變壓器的電流傳感器能夠更及時(shí)、迅速的反應(yīng)整流柜狀況，有效地切斷斷路器，起到保護(hù)整流柜的作用。

3 結(jié)束語

隨著電解鋁行業(yè)的不斷發(fā)展，整個(gè)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性愈發(fā)重要，因此要想保障系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，就必須對(duì)整流系統(tǒng)不斷地進(jìn)行改造和優(yōu)化，消除各種不良隱患，使得整個(gè)系統(tǒng)更加安全高效的運(yùn)行。通過針對(duì)原來弧光保護(hù)系統(tǒng)的分析，在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化改造，經(jīng)過近一年的運(yùn)行，改造后的弧光保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，在安全性能上有較大提高，達(dá)到了預(yù)期的效果。

[1]王丙亮，黃峰.電弧光保護(hù)系統(tǒng)在電解鋁行業(yè)的應(yīng)用研究[J].四川有色金屬，2011，9.

[2]劉學(xué)義.電解鋁生產(chǎn)線中供電整流改造實(shí)施方案[J].電氣應(yīng)用，2012，4.

[3]朱振國(guó)，韓明.電解鋁整流系統(tǒng)事故的預(yù)防與保護(hù)[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2009，2.