淺析銅電解直流干式短接開關(guān)維護(hù)

劉金泉，謝小春，魯 創(chuàng)（.江西銅業(yè)集團(tuán)公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 33544；.武漢長海電氣科技開發(fā)有限公司，湖北 武漢 430064）

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淺析銅電解直流干式短接開關(guān)維護(hù)

劉金泉1，謝小春1，魯 創(chuàng)2
（1.江西銅業(yè)集團(tuán)公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424；2.武漢長海電氣科技開發(fā)有限公司，湖北 武漢 430064）

摘要：直流干式短接開關(guān)（以下簡稱短接開關(guān)）是銅電解工藝中非常重要的工藝生產(chǎn)設(shè)備。針對貴溪冶煉廠電解車間ISA法使用國內(nèi)新式短接開關(guān)過程中出現(xiàn)的一些問題，同時(shí)結(jié)合車間短接開關(guān)多年的應(yīng)用情況，分析其檢查維護(hù)的方法。

關(guān)鍵詞：短接開關(guān)；弧系統(tǒng)；弧觸頭；主開關(guān)

1　引言

銅電解［1］直流供電系統(tǒng)由整流機(jī)組、直流刀閘、直流母線、電解槽和短接開關(guān)組成。電解系統(tǒng)是每一組槽并聯(lián)一個(gè)短接開關(guān)，通過對短接開關(guān)的操作可使電流不通過相應(yīng)的電解槽，從而對該槽進(jìn)行出、裝作業(yè)或檢修。貴溪冶煉廠ISA法電解采用短接開關(guān)是國內(nèi)仿制的短接開關(guān)［2-3］，該短接開關(guān)使用到現(xiàn)在已有7年時(shí)間。由于短接開關(guān)安裝槽面過道下方而控制箱安裝在槽底，在槽底中央地坑附近會有較大的酸霧形成，在這種環(huán)境中長期使用后，短接開關(guān)的一些故障便開始顯現(xiàn)。本文根據(jù)短接開關(guān)在生產(chǎn)工藝中的使用和維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，淺析短接開關(guān)的檢查維護(hù)方法。

2　國產(chǎn)直流大電流短接開關(guān)簡析

國內(nèi)大電流短接開關(guān)［4］（如圖1）是仿制于Ritter公司，其尺寸和安裝方式基本相似，同為電動(dòng)驅(qū)動(dòng)。主開關(guān)機(jī)構(gòu)（如圖2）動(dòng)作原理是電機(jī)驅(qū)動(dòng)六方轉(zhuǎn)動(dòng)軸，轉(zhuǎn)動(dòng)軸再驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使主觸頭進(jìn)行分、合動(dòng)作。弧系統(tǒng)機(jī)構(gòu)（如圖3）采用永磁傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，弧系統(tǒng)［5］動(dòng)作原理是合閘時(shí)永磁機(jī)構(gòu)合閘線圈得電后驅(qū)動(dòng)四連桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)使動(dòng)、靜弧觸頭閉合，閉合到位后合閘線圈失電，永磁機(jī)構(gòu)保持在弧系統(tǒng)閉合位置；分閘時(shí)，當(dāng)永磁機(jī)構(gòu)分閘線圈得電，機(jī)構(gòu)反向動(dòng)作，動(dòng)、靜弧觸頭斷開，斷開到位后分閘線圈失電，永磁機(jī)構(gòu)保持在弧系統(tǒng)分閘位置。主開關(guān)機(jī)構(gòu)和弧系統(tǒng)分合的時(shí)序動(dòng)作是通過PLC來控制。

圖1　短接開關(guān)機(jī)構(gòu)

圖3　弧系統(tǒng)機(jī)構(gòu)

3　短接開關(guān)常見故障分析及處理方法

3.1主開關(guān)和弧開關(guān)（系統(tǒng)）的分、合限位及指示故障

分、合限位故障表現(xiàn)在對短接開關(guān)進(jìn)行分、合操作，分、合狀態(tài)指示燈指示錯(cuò)誤。有以下幾種原因引起：

（1）接頭處被腐蝕造成限位開關(guān)短路。將電纜用破布擦拭干凈并對接頭處重新處理。

（2）限位開關(guān)端子排被腐蝕造成短路或是漏電。將腐蝕端子排進(jìn)行更換并清理周邊結(jié)晶。

（3）限位開關(guān)失效。用萬用表對新限位開關(guān)進(jìn)行測試其通斷是否正常，再更換上新的限位開關(guān)。

（4）限位狀態(tài)指示燈不亮。用萬用表測量指示燈兩端的電壓，如兩端電壓正常則指示燈已壞，如兩端無電壓則檢查前端供電回路是否正常。

3.2弧系統(tǒng)永磁機(jī)構(gòu)不能正常動(dòng)作

弧系統(tǒng)中永磁機(jī)構(gòu)動(dòng)作的動(dòng)力來自充電電容，電容瞬間釋放的電能使合、分線圈產(chǎn)生強(qiáng)磁場驅(qū)動(dòng)永磁機(jī)構(gòu)動(dòng)作。當(dāng)對短接開關(guān)進(jìn)行分、合操作時(shí)弧系統(tǒng)永磁機(jī)構(gòu)無動(dòng)作執(zhí)行。有以下幾種原因引起：

（1）充電電容故障。將操作電源送上（或已經(jīng)進(jìn)行了一次分、合操作）后等待10s左右，用萬用表測量電容兩端的電壓，查看電壓是否在正常值范圍內(nèi)，如電壓異常則說明電容損壞。

（2）線圈故障。將線圈兩端的連接電纜拆除，用萬用表測量線圈的阻值，如線圈阻值超過兆歐級說明線圈肯定損壞。

（3）按鈕故障。打開操作箱觀察按鈕觸點(diǎn)是否有腐蝕或是接入點(diǎn)電纜端子松動(dòng)、脫落現(xiàn)象，出現(xiàn)上述現(xiàn)象直接更換新觸點(diǎn)和重新緊固電纜端子。用萬用表對按鈕兩觸點(diǎn)進(jìn)行通、斷測量，同時(shí)我們也可以通過PLC中兩個(gè)按鈕的輸入點(diǎn)指示燈進(jìn)行觀察，如在按下或是釋放按鈕都無變化則按鈕損壞。

（4）線路故障。如上述三種情況均未出現(xiàn)則有可能是線路故障，我們可以對該支路進(jìn)行逐級排除。檢查PLC的輸入輸出點(diǎn)端子、線圈接入點(diǎn)端子是否有松動(dòng)或腐蝕現(xiàn)象。

3.3主開關(guān)分、合動(dòng)作異常

主開關(guān)的分、合動(dòng)作是電機(jī)驅(qū)動(dòng)六方轉(zhuǎn)動(dòng)軸，轉(zhuǎn)動(dòng)軸再驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使主觸頭進(jìn)行分、合動(dòng)作。弧系統(tǒng)動(dòng)作后主開關(guān)合出現(xiàn)超時(shí)現(xiàn)象。有以下幾種原因引起：

（1）驅(qū)動(dòng)線路故障。用萬用表測量電機(jī)的輸入電壓，如輸入端無電壓則對該線路進(jìn)行逐級排除。檢查線路各端子、接入點(diǎn)是否有松動(dòng)或腐蝕現(xiàn)象。

（2）驅(qū)動(dòng)電機(jī)故障。將電機(jī)輸入端電纜拆除用搖表對電機(jī)進(jìn)行絕緣測試，如絕緣阻值很小說明電機(jī)接地。用萬用表測量電機(jī)線圈阻值，如阻值過大說明線圈損壞。

（3）減速機(jī)故障。用專用搖柄來回?fù)u電機(jī)軸尾部，減速機(jī)沒有動(dòng)作或是動(dòng)作到一定幅度后無法再搖動(dòng)。將減速機(jī)同開關(guān)軸脫離再用同樣的方法進(jìn)行操作，如以上面結(jié)果一樣則可以判斷減速機(jī)內(nèi)部齒輪卡死。

（4）開關(guān)軸偏向輪及傳動(dòng)桿故障。如果沒有上述三種故障出現(xiàn)主開關(guān)仍然無法動(dòng)作，這時(shí)我們要檢查軸、偏向輪和傳動(dòng)桿。軸和傳動(dòng)桿是否被其他部件卡死或是變形，偏向輪和軸承是否被腐蝕。

3.4測量槽壓電壓表指示異常

槽壓電壓表是指針式電壓表，用于檢測槽體是否通電以及槽內(nèi)電壓，其電壓值的大小可以用來判斷電解槽槽壓是否正常及槽內(nèi)導(dǎo)電性是否良好。

在日常檢查中如發(fā)現(xiàn)電壓表指示異常，有以下幾種情況：

（1）短接開關(guān)分時(shí)電壓表指示沒有電壓。首先要觀察操作盤上指示燈所顯示的當(dāng)前分、合狀態(tài)；如果狀態(tài)顯示為分，這時(shí)檢查主開關(guān)的機(jī)械指示是否也在分狀態(tài)。控制箱狀態(tài)顯示與主開關(guān)機(jī)械指示一致時(shí)，我們再用萬用表對電壓表的兩端進(jìn)行電壓測量，如果測量后兩端有電壓則說明電壓表損壞；如測量兩端依然沒有電壓，這時(shí)我們就要對電壓表的外部線路進(jìn)行檢查確認(rèn)，這種情況大部分原因在于電纜與短接開關(guān)的測量點(diǎn)端子，端子的松動(dòng)或腐蝕導(dǎo)致接觸不良造成電壓表無電壓顯示。

（2）短接開關(guān)合時(shí)電壓表指示有電壓。首先要觀察操作盤上指示燈所顯示分、合狀態(tài)；如果顯示當(dāng)前狀態(tài)為合，這時(shí)檢查主開關(guān)的機(jī)械指示是否也在合狀態(tài)。控制箱狀態(tài)顯示與主開關(guān)機(jī)械指示一致，此時(shí)電壓表不應(yīng)該有電壓，這說明電壓表損壞。

4　短接開關(guān)日常維護(hù)

4.1電氣控制箱維護(hù)

控制箱中含有PLC［6］、接觸器、電容等電氣原件，如果元器件受到腐蝕就有可能造成電氣故障，導(dǎo)致短接開關(guān)不能正常使用。

（1）電氣控制箱雖然采用防腐和絕緣等級較高的材料，但是其長期處于酸性環(huán)境中，會有一定的酸霧進(jìn)入箱體內(nèi)部。我們需要定期打開控制箱檢查內(nèi)部是否出現(xiàn)結(jié)晶現(xiàn)象，如果發(fā)現(xiàn)有箱體內(nèi)出現(xiàn)結(jié)晶，這時(shí)（在斷電情況下）我們先要將結(jié)晶用酒精清洗干凈，之后再用塑料薄膜將箱體包裹防止酸霧的再次進(jìn)入。

（2）在控制箱上增加一個(gè)蓋板，防止其他不明情況下腐蝕性液體從頂部滲入到控制箱內(nèi)造成元件腐蝕。

4.2弧系統(tǒng)維護(hù)

短接開關(guān)的分、合過程中，觸點(diǎn)的接觸、分?jǐn)喈a(chǎn)生的電能量是通過弧系統(tǒng)中的弧觸頭來承擔(dān)。弧觸頭獨(dú)立承擔(dān)電流的時(shí)間有嚴(yán)格的控制，如長時(shí)間過大的電能量在弧觸頭上停留就會造成弧系統(tǒng)燒毀的現(xiàn)象，所以弧系統(tǒng)中各個(gè)機(jī)構(gòu)流暢配合和各部件完好情況是非常重要的。

4.2.1弧系統(tǒng)弧觸頭維護(hù)

弧觸頭在短接開關(guān)分、合的過程形成拉弧，隨著使用次數(shù)的增加弧觸頭的動(dòng)、靜觸頭不斷消耗，這樣它們的接觸面積就會越來越小。在短接開關(guān)進(jìn)行分、合時(shí)就有可能造成主觸頭拉弧和弧系統(tǒng)燒毀現(xiàn)象。

（1）對弧觸頭定期進(jìn)行檢查，按照開關(guān)分、合10次為一個(gè)檢查周期，發(fā)現(xiàn)弧觸頭拉弧到一定程度（目視檢查觸頭，觸頭磨損大于1.5mm）時(shí)就必須進(jìn)行更換。

（2）更換弧觸頭時(shí)兩對動(dòng)、靜觸頭都必須同時(shí)更換。

4.2.2弧系統(tǒng)副觸頭維護(hù)

副觸頭動(dòng)作處于是弧觸頭的后一級，在分、合的瞬間是不承擔(dān)電流的，如果發(fā)現(xiàn)副觸頭接觸面出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，則說明弧觸頭接觸面偏小不能完全承載瞬間電流，進(jìn)而有可能造成主觸頭出現(xiàn)拉弧的現(xiàn)象。

（1）副觸頭同弧觸頭一樣定期進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)副觸頭拉弧時(shí)對其進(jìn)行更換。并進(jìn)一步檢查主觸頭、弧觸頭的使用情況。

（2）更換副觸頭時(shí)兩對動(dòng)、靜觸頭需同時(shí)更換。

4.2.3弧系統(tǒng)弧觸頭軟連接維護(hù)

軟連接是用于連接弧觸頭的動(dòng)觸頭，動(dòng)觸頭動(dòng)作次數(shù)多就有可能導(dǎo)致外層軟連接折斷，如軟連接的折斷片數(shù)過多，會使其無法承受當(dāng)前電流進(jìn)而造成燒毀現(xiàn)象。

（1）軟連接同弧觸頭一樣定期進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)有折斷的軟連接要及時(shí)將該片 取下，防止其在動(dòng)作過程中觸碰到其他部位造成其他事故。

（2）如果一根軟連接的折斷片數(shù)超過5片時(shí)，則必須對該軟連接進(jìn)行更換。

4.2.4弧系統(tǒng)電纜端子維護(hù)

弧系統(tǒng)在動(dòng)作的過程中有較大的震動(dòng)產(chǎn)生，各電纜端子在長期的震動(dòng)后有可能出現(xiàn)松動(dòng)，進(jìn)而造成其他電氣故障產(chǎn)生。

（1）對電纜端子每半年緊固一次。

（2）電纜端子有結(jié)晶或腐蝕現(xiàn)象時(shí)，及時(shí)清除結(jié)晶或是重新制作接線端子。

4.3主開關(guān)系統(tǒng)維護(hù)

4.3.1主開關(guān)軸承維護(hù)

主開關(guān)的六方傳動(dòng)軸兩端安裝有密封軸承，軸承長時(shí)間暴露在酸性環(huán)境中，會使酸性物滲入到軸承內(nèi)部造成軸承卡死現(xiàn)象，這樣就會增加減速機(jī)的運(yùn)行阻力造成減速機(jī)齒輪磨損。

（1）在軸承上下涂抹鈣鈉基潤滑油脂，防止酸性物滲入。

（2）對涂抹的油質(zhì)每半年進(jìn)行更換，防止油質(zhì)結(jié)死失效。

4.3.2主開關(guān)主觸頭橡膠套密封維護(hù)

觸頭橡膠套密封是嵌在動(dòng)、靜觸頭上用于保護(hù)主觸頭，防止粉塵和其他腐蝕性物質(zhì)進(jìn)入。橡膠套在酸性環(huán)境更容易會出現(xiàn)老化、龜裂或破損等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象的產(chǎn)生有可能造成主觸頭污染，嚴(yán)重的就會造成主觸頭拉弧導(dǎo)致短接開關(guān)不能使用。

（1）同弧觸頭一樣定期對橡膠套進(jìn)行檢查。

（2）對出現(xiàn)龜裂或破損的橡膠套用耐酸橡膠條進(jìn)行重新包裹密封。

5　結(jié)語

通過對短接開關(guān)原理及故障原因的分析，為今后短接開關(guān)的檢查和維護(hù)提供方法，進(jìn)而有效減少類似故障的發(fā)生，提高短接開關(guān)的使用壽命，減少其維護(hù)成本。

參考文獻(xiàn)：

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Analysis on the Maintenance of DC Dry Shorting Switch in Copper Electrolysis Process

LIU Jin-quan1，XIE Xiao-chun1，LU Chuang2
（1.Guixi Smelter，Jiangxi Copper Corporation，Guixi 335424，Jiangxi，China； 2.Wuhan Changhai Electric Technology Development Co.，Ltd ，Wuhan 430064，Hubei，China）

Abstract:DC dry shorting switch is very important equipment in copper electrolysis process.For the problems which occurred in the ISA electrolysis workshop production of Guixi Smelter with the DC dry shorting switch，combined with the application situation of shorting switch for years，we propose some methods of inspection and maintenance.

Keywords:DC dry shorting switch；arc system；arc contact；the main switch

中圖分類號：TM564

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C

文章編號：1009-3842（2016）02-0084-04

收稿日期：2015-12-28

作者簡介：劉金泉（1985-），男，江西吉安人，主要從事設(shè)備管理工作。E-mail:283167676@qq.com