鋁電解整流供電綜合系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

1、鋁電解整流供電綜合系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析【摘要】采用技術(shù)先進的鋁電解整流綜合自動化系統(tǒng)是我國鋁電解工業(yè)的迫切需暮，對促進我國鋁電解工業(yè)的發(fā)展和進步有著重要意義。本文在介紹鋁電解工藝及供電系統(tǒng)基礎(chǔ)上，分析了鋁電解生產(chǎn)供電系統(tǒng)自動化發(fā)展情況，提出了大型鋁電解整流供電綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)【關(guān)鍵詞】電解鋁，整流電源，綜合自動化系統(tǒng)伴隨著鋁電解廠生產(chǎn)規(guī)模的日益擴大和計算機技本信息網(wǎng)絡(luò)技的高速發(fā)展，鋁電解供電系統(tǒng)綜合自動化系統(tǒng)技術(shù)也日趨成熟，應用也越來越廣泛。采用技術(shù)先進的鋁電解整流綜合自動化系統(tǒng)是我國鋁電解工業(yè)的迫切需要，對促進我國鋁電解工業(yè)的發(fā)展和進步有著重要意義1,2。整流供電綜合自動化系統(tǒng)是指應用

2、自動控制技術(shù)、微型機及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，采用單元模塊化結(jié)構(gòu)，以智能繼電保護裝置和監(jiān)控裝置為核心，以分散安裝或集中組合方式，集數(shù)據(jù)采集、測量、監(jiān)控、保護、運行操作管理、信息遠傳為一體的特殊計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，具有統(tǒng)一規(guī)劃、整體管理、功能綜合、結(jié)構(gòu)模塊化、操作監(jiān)視屏幕化、運行管理智能化等特征。本文就如何選擇和構(gòu)建高性能并且穩(wěn)定的，能夠滿足鋁電解生產(chǎn)工藝要求的整流綜合自動化系統(tǒng)進行相關(guān)技術(shù)分析。1鋁電解工藝及供電自動化生產(chǎn)特點電解是通過直流電的作用，使金屬在電源陰極析出的一種金屬冶煉方法。鋁電解過程具有如下特點:電解鋁生產(chǎn)耗電量大，每噸鋁耗電近15000度電;電解質(zhì)的電阻影響槽電壓，電解質(zhì)的電壓降占槽電壓的

3、36%40%;電解質(zhì)的密度影響金屬鋁與電解質(zhì)的分離;電解質(zhì)的勤度影響電解過程。薪度過大，陽極氣泡不易溢出，加入電解質(zhì)內(nèi)的氧化鋁不易沉降而成懸浮狀態(tài):薪度過低，電解質(zhì)循環(huán)加快，加速鋁滴和溶解了鋁的轉(zhuǎn)移，影響了電流效率;電流強度和電流效率影響鋁電解生產(chǎn)的產(chǎn)量。目前國內(nèi)電解鋁供電整流系統(tǒng)均采用1I0KV(或220KV)直降整流機組，均采用同相逆并聯(lián)結(jié)構(gòu)型式，每臺直降機組帶兩臺整流柜，按照N+1的方式配置機組。其穩(wěn)流裝置采用飽和電抗器與有載分接開關(guān)聯(lián)合調(diào)壓方式。 2鋁電解整流供電綜合自動化系統(tǒng)技術(shù)分析電解鋁整流所微機綜合自動化系統(tǒng)集中了變電整流所的所有功能，應用自動控制技術(shù)、計算機數(shù)字信號技術(shù)處理和數(shù)

4、字化信息通信技術(shù)，將變電所相互有關(guān)聯(lián)的各部分連接為一個有機的整體，完成變電所繼電保護、安全監(jiān)視、開關(guān)操作、穩(wěn)流生產(chǎn)過程控制、數(shù)據(jù)存儲和處理等全部功能;同時，應用INTERNET網(wǎng)絡(luò)和TCP/IP技術(shù)，實現(xiàn)了變電站的遙測、遙控、遙調(diào)、遙信等功能，為變電站的無人值守打下了基礎(chǔ)。采用先進的自動穩(wěn)流技術(shù)，是電解鋁整流供電系統(tǒng)的一個關(guān)鍵要素。按生產(chǎn)過程類別分，鋁電解屬熔鹽電解。它依靠不斷供給電解槽以直流電能，在1000左右將含有氧化鋁的電解質(zhì)進行加熱和電解，生成的熔融鋁并沉積于電解槽底部，連續(xù)不斷地輸入直流電方能保持電解槽正常生產(chǎn)所需的槽溫。電能消耗在鋁電解企業(yè)產(chǎn)品制造成本中占有很大的比例，最高可達45

5、%左右?？梢姡阡X電解生產(chǎn)直流供電系統(tǒng)中采用自動穩(wěn)流技術(shù)對提高產(chǎn)量、節(jié)能降耗是一項重要的技改措施。3大型鋁電解整流供電綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)分析供電綜合自動化系統(tǒng)取代常規(guī)的儀表盤、柜及一些中央信號裝置，集測量、保護、控制、遠傳等功能于一體，與整流所和電解系列的工藝過程直接聯(lián)系在一起，它的故障將直接影響被控對象的正常運行。因此，在進行系統(tǒng)設(shè)計時，都必須圍繞系統(tǒng)可靠性和設(shè)備安全性這一原則，這里的可靠性是指系統(tǒng)長期、穩(wěn)定進行工作的能力。為了保證系統(tǒng)的可靠性，關(guān)鍵系統(tǒng)和控制單元采用雙機熱備份的冗余方式，同時，盡量避免所有的功能都集中在一起，采用分層的方式將功能分散。整流供電綜合自動化系統(tǒng)有如下技術(shù)

6、特點，保護和監(jiān)控系統(tǒng)相對獨立設(shè)置，監(jiān)控微機集中統(tǒng)一管理變電站綜合自動化系統(tǒng)中保護的可靠性是第一重要的，獨立設(shè)置保護有利于全系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行；分層、分散、系列化、多配置，滿足不同用戶需要；系統(tǒng)簡單可靠、綜合造價低；PML監(jiān)控和SEL保護具有獨特的分析記錄和邏輯可編程功能；系統(tǒng)軟件及特殊功能監(jiān)控裝置性能價格比高。此整流供電系統(tǒng)以帶遠程通信接口的單元式SEL微機保護裝置和PML監(jiān)控裝置為核心，采用分層分布、面向?qū)ο笤O(shè)計概念，將主控層、通信管理層、現(xiàn)場控制層單獨設(shè)計，具有保護、監(jiān)控完全分開的技術(shù)特點，可靠、完全地實現(xiàn)了就地監(jiān)控。系統(tǒng)采用上位機直接通過兩個獨立的通信網(wǎng)絡(luò)管理保護、監(jiān)控及PLC單元的系統(tǒng)

7、軟件，取消了通信管理的可靠性瓶頸，完全實現(xiàn)了真正的雙監(jiān)控微機雙通信網(wǎng)的分散式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在系統(tǒng)中，間隔層保護裝置、監(jiān)控裝置、PLC都通過完全不同的通信網(wǎng)絡(luò)與兩臺微機獨立連接，網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控微機不僅是雙冗余的，而且是完全對等的，任何一個通路出現(xiàn)故障，或者任何一臺微機出現(xiàn)故障，均不影響系統(tǒng)的可靠運行，系統(tǒng)的可靠性得到極大的提高。為了提高系統(tǒng)的可靠性，系統(tǒng)采用了工程上常用的冗余技術(shù)。這種冗余方式簡稱為N+l，即N個設(shè)備增加一個冗余備用。統(tǒng)設(shè)計為分層分布式雙網(wǎng)雙機冗余局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主要有三部分組成，第一層為現(xiàn)場控制層，第二層為通信管理層；第三部分為最上層的主控層。下面具體分析某大型鋁電解整流供電綜合系統(tǒng)的

8、具體裝置配置情況。其中，該系統(tǒng)選擇SEL-587作為電流差動保護裝置，這是一種較為可靠的電流差動繼電保護裝置，可提供電流差動保護以及兩組完整的過電流保護，主要應用于雙繞組變壓器、電抗器、發(fā)電機、大型電動機以及其它雙端設(shè)備的電流差動保護，適應各種連接方式的電力變壓器。該系統(tǒng)選擇SEL一351A作為保護測控裝置，該繼電器是一種集保護、監(jiān)視、控制和故障定位于一體的保護裝置。它的保護功能包括過電流、低電壓/過電壓、低頻率/過頻率，另外還有相、接地、中性點保護以及方向元件。其中還有完整的一套增強型自動化功能。在該系統(tǒng)中我們選擇了SEL-551作為整流變繼電保護裝置,該繼電器是一種集保護、測量、監(jiān)視、控制

9、、邏輯功能于一體的過電流重合閘綜合保護測控裝置。它包括各種繼電器元件，可實現(xiàn)過電流保護和重合閘控制，其相、接地、中性點保護元件可以完全獨立整定。另外，選擇該系統(tǒng)選擇SEL-2030作為系統(tǒng)的智能通訊處理器，它是美國SEL公司推出的微機型智能通信處理器。SEL一2030通信處理器是對變電所通信和綜合自動化技術(shù)的一個突破。它將多端口通信、數(shù)據(jù)庫處理、非易失存儲器、時間保持和同步、報警監(jiān)視及輔助控制集成在一個便攜的、功能強大的、經(jīng)濟的、使用方便的、堅固的通信處理設(shè)備中。該系統(tǒng)選擇7700ION作為系統(tǒng)監(jiān)控、測量裝置裝置，該裝置是加拿大戶。Power Measurement Ltd.公司研制的高檔電量

10、動態(tài)監(jiān)視、記錄、事故分析和智能控制裝置，它以多CPU、高性能、大容量記憶內(nèi)存、一路交流、42路I/O、多數(shù)據(jù)通信口為主要特征，具有高速采樣捕捉電量瞬變、電量波動、電量越限、高次諧波分析、長時間故障錄波、不平衡度、負序和零序分量測量、永久性數(shù)據(jù)存貯、可編程邏輯控制等強大實用的功能，適用于各種規(guī)模和電壓等級的變電站、發(fā)電廠和電力系統(tǒng)電網(wǎng)調(diào)度中心。濾波裝置的監(jiān)控，系統(tǒng)選用73301ON智能監(jiān)控單元，它具有獨立AI、DI和DO，雙通信接口，具有PLC邏輯編程功能，直接安裝在開關(guān)柜上，通過通信網(wǎng)絡(luò)直接與兩臺監(jiān)控微機通信。SEL-501是美國SEL公司推出的微機型雙通用過電流保護裝置。網(wǎng)絡(luò)通信介質(zhì)主要有金屬性通信電纜和光纜，價格都越來越低。通信介質(zhì)因為需要遠距離敷設(shè)，故障概率也比較高。通信介質(zhì)的接口連接處也比較容易出現(xiàn)問題。為了提高系統(tǒng)的可靠性，系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)應該實行冗余配置。根據(jù)技術(shù)要求，通信連接可全部采用屏蔽雙絞線，也可以采用屏蔽雙絞線與光纖相結(jié)合的方式。綜合考慮可靠性和經(jīng)濟性要求，通信介質(zhì)的選擇如下:主控室內(nèi)、各個6kV配電所內(nèi)采用屏蔽雙絞線，而在各個6kV配電所與主控室之間采用光纖連接。4結(jié)語鋁電解是高能耗工業(yè)，隨著電價的不斷提高，電費已占噸鋁成本的40%以上，嚴重威脅和制約著鋁工業(yè)的發(fā)展。如何改善鋁電解槽的運行工況，努力降低電耗和提