电解铝供电整流系统优化改造思路探讨

【摘要】随着科技的发展和社会的不断进步，电解铝行业发展迅速，新科技和新设备的运用使得电解铝技术的水平有了很大提高，逐渐向更大规模发展。目前电解铝的电解槽和整流设备逐渐向更高电压和更高电流的等级发展，随着电流和电压的不断增大，整流技术需要进行改进和完善，以适应系统大功率的生产要求。由于供电整流装置的技术水平已经满足不了系统形势的发展，必须要对该整流装置进行优化和改进，提高其性能。但通常在改进和创新时注重的是元件中的各个参数、快熔数量和元件增加等情况，忽视了电流和电压增大给系统带来的影响，具体包括对结构、热稳定、绝缘等问题，给系统运行增加了困难。本文主要针对电解铝供电整流系统优化改造的思路问题进行研究和探讨，并根据存在的问题提出合理化的建议和措施。

【关键词】电解铝；供电整流系统；优化改造；思路探讨；建议措施

近几年，我国的科学技术发展迅速，尤其是在电解铝行业中，为企业的发展做出了很大的贡献，提高了企业的生产效率和综合效益。但由于电解铝行业的技术较为先进，生产工艺相对复杂，在生产过程中容易出现一系列的问题和故障。调整电解铝整流设备的电压和电流时也会出现一些问题，再加上市场的恶意竞争，给整流机组带来了极大的安全隐患。为满足系统的运行需求，就需要对整流的装置设备进行改进和创新，提高整流设备的技术水平和运行效率，适应系统的环境变化。

一、设备的主要参数

某公司的电解分为两个系列，在每个系列中都会设置六台整流供电机组，在每个系列配置260台电解槽，整流机组采用5+1的方式进行，系列电流控制在300KA，其中整流机组的主要参数为：机组额定电压为1200V，机组的额定电流为2×33kA，额定容量分别为：一系列定位92460KVA，二系列的定位103196KVA，机组台数为六台，单机的组脉波数为12，六台整流机组等效脉冲波数为72，电压器和自饱的控制深度为DC90V。其中整流变压器调压采用200KV直降，二次调压使用的是79级调压开关，采用递降方式来调变接线。同时采用钟罩结构作为整流变压器的结构，一次绕组和二次绕组为同相逆并联方式连接，一次绕组为星形和角形，二次绕组为正反三角形的方式接线。

整流柜的冷却系统是采用水—水冷却系统，采用下进上出的进出线方式，其采用接线方式使用的是二极管三相桥式同相式并联法，且在每臂上设置5个二极管，并采用并联的方式连接，反峰电压控制在5000V，而电流为4680A。

二、改造供电整流系统的重要意义

在该公司的整流机组中，一系列的六台整流机组都投入使用，电解槽的数量为258台，达到了满负荷的运行状态；而二系列的六台机组投入使用，但运行的电解槽数目为88，占到三分之一，没有达到满负荷运行的状态。公司中整流柜的整体稳定性和可靠性较强，整流器中的快熔和二极管等元件都是采用先进的技术打造，配置上占据一定的优势。随着系统运行的加快，导致整流装置跟不上系统的节奏。公司中整流装置中存在很大缺陷，其中具体会表现在：1）直流母线框架出现发热；2）整流柜运行振动大；3）二次辅助的网路元器件配置较低；4）整流柜内电容漏液；5）正负汇流母线之间的间距太小；6）绝缘材料的质量较差。由于这些因素的出现导致整流机组容易引发安全事故，影响了电解生产过程，降低了生产效率，给整个系统安全造成严重威胁。所以为了提升电解铝供电整流系统优化和改进的水平，优化改进措施和改进方案，需要加大对问题和缺陷的分析和研究，制定有关措施来解决和处理问题。

三、整流机组存在的不足

（一）整流柜无隔弧的措施

近几年对整流柜爆炸事故的原因分析，多数都是因为没有完善无隔弧措施或隔弧措施，导致整流柜同相逆并相间缺少防弧隔板，顶部回流正母线跟负桥臂、汇流负母线跟正桥臂之间的距离为50mm，小于标准规定值75mm，所以会因短路发生事故。

整流柜的内部元件和快熔下侧管路间未做好防弧措施，容易导致短路事故。

（二）整流柜过电压保护装置和元件的问题

系统中电压装置和换压电压装置的电容型号和质量不过关，引起安全隐患，严重的会引起爆炸。将所有的电压装置和换向电压装置都安装在整流柜中，容易因热量太高而发生爆炸。

未考虑设计时的电阻，使得元件反向电压加大，减少了电容器的使用使命。

（三）二次线选型不合理

在高压的环境下采用普通的多股铜线作为二次线，可靠性较差。

（四）保护设计问题

没有设置反向的限过电流的保护措施，缺少逆流保护装置，当整流柜出现正负极短路时，就会导致很大逆向电路出现，使得故障机组无法修复，给母线的结构产生很大损害。并且无法在整流柜和电解槽出现故障时，迅速的将六台机组断开，消除故障源。也就说这个系统没有总停开关，降低了处理应急事故的效率和速度。

正因为没有设置离极保护，所以当出现离极事故时，过电压无法隔断，将直接损害机组，影响整体结构的稳定性和安全性。

（五）未完善综合自动化系统

智能测控装置的抗干扰能力较差，有时还会出现死机的现象，降低了通讯的传输效率，且在后台的信号过于冗杂，没有条理化的管理。

四、整流系统优化改造的内容

1.整流柜内同相逆并相桥臂之间增加隔弧板

在进行整流柜内同相逆并相桥臂间设置隔弧板时需要使用的材料为高分子的复合材料SMC，安装方式为插槽式，主要特点可以概括为机械的性能良好，且具有耐腐蚀、阻燃、耐热，介质的损耗较小等优点，所以使用较为广泛，提高了整体的结构稳定性和安全性。

2.正负汇流母线隔弧处理

在一系列的整流柜中无法采用隔弧处理，因为整流柜中正负汇流母线间的距离太小，无法满足操作要求，所以需要将所使用的硅橡胶复合材料按照原材料的形状进行压缩，然后再进行安装和配置。该材料具有很多优势，所以被使用的较多，其中涵盖了阻燃、绝缘性能好、散热快等优势。其中在温度大于40度的环境下都可以发挥很好的效果。对于二系列的隔弧处理可以分为三个部分进行，上侧的母线室、中侧的元件和桥臂室和下侧的管路室等。

图1所示为二系列整流柜的防弧隔板图示：

3.更换柜内的小线

因为在整流柜的二次小线可能会引起安全事故，影响整体运行，所以将整流柜中的交流母线跟操作过电压的连接导线更换为耐高压、耐高温、阻燃性能好等优点的高压线。

4.将过电压操作装置移位、换型

把操作过电压吸收设备转移到柜外，安装在整流柜两边，避免出现整流爆炸现象，同时将操作过电压的吸收装置改换为干式自愈式电容器。

5.换相过电压吸收装置移位

为了满足换相的吸收，将整流柜中的换相过电压吸收设备调至柜外，将其设置在整流柜的面板上，同时还可以增加散热性能，减少了机械的破坏阻力，提高了美观度。

6.保护方面

（1）避免事故的进一步增大，需要购置一台专门化的逆流保护设备，当点解系统出现故障时可以快速供电，并测试设备的运行状态。同时为保护低档位下整流变压器的灵敏度，需要增加反时限过流保护设备，避免在保护中出现漏洞。

（2）为避免离极故障导致电解槽出现爆炸现象，或者对整流柜产生巨大的元件损害和冲击，需要增加离极保护装置，能迅速切断系统中220KV侧的开关，防止事故的进一步发展。同时要增加一个总停开关，当系统出现异常和事故时，可以第一时间通过手动操作来切断电源，避免事故区域进一步扩大。

（3）为了提高整个系统运行的灵敏度和可靠性，在整流机组中需要加大弧光保护，减少大电流产生强磁场对保护程序造成的损害，因此可以通过添加电流闭锁的装置来达到保护的效果。

五、改造需要注意的问题

1.整流系统在改造前，必须要联合整流器的制造商、设计人员和技术人员等制定有效的安装方案，并对方案进行分析和优化，论证方案的有效性。同时要对整流机组进行全面消缺，保证系统机组的稳定运行，按照整流机组的情况将管理人员进行分组，打造专业的管理团队，提高管理人员的技术水平和综合素质。

2.要想保证改造过程顺利进行，加快施工进度，必须要制定科学化施工方案，严格按照方案进行安装施工，并且要安排专业人员进行监督和管理，加强对施工环节的监控，层层把关，提高施工质量，

六、结束语

随着科学技术的发展和进步，电解铝行业的技术水平也在不断发展，但现在的高电压和高电流背景下，要想满足行业的需要，保证系统运行的安全性和稳定性，就必须对整流系统技术进行改造和优化，消除不良因素，保证整个系统能够安全、快速的运行，提高运行效率，增加企业效益。

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