合理调整稳流深度确保电解系统平稳经济节能运行

【摘要】铝电解是高能耗工业，随着电价的不断提高，电费已占吨铝成本的45%以上，严重威胁和制约着铝工业的发展。如何改善铝电解槽的运行工况，努力降低电耗已是铝工业面临的急需解决的课题。本文就从系列电流波动对铝电解生产的影响来谈谈在电解铝厂整流所采用自动稳流装置的必要性，并结合某铝厂整流所的改造工程来说明铝厂整流供电电源自动稳流方案的优化选择。

【关键词】电解铝;稳流控制系统;电能质量;电流效率

引言

降低电耗的措施是多种多样的，从供电方面来讲，改善铝电解生产的电能质量，保持电解系列电流的平稳，这对电解生产指标的改善，特别是降低电耗有着十分重要的意义。电流波动对铝电解生产的影响由于铝电解槽的阳极效应及供电系统的电压波动，引起电解系列电流不同程度的波动。在没有自动稳流的系列里，电流将在额定值的5%～15%甚至更大范围内波动。采用有载调压变压器加二极管整流器方式，虽然可以基本满足电解铝工艺的技术要求，但其调节性能差，由于原自动稳流控制系统安全性较差、控制精度精度低，所以运行中系列电流很不稳定，吨铝电耗、电流效率、阳极效应次数等指标落后。为此采取优化措施根据有关我公司铝电解的生产自动稳流装置改造优化并取得了一定经济效益和安全性能提高。

华圣铝业设计年产能22万吨，2006年3月份启动逐步投入运行。供电车间安装整流变6台，型号：ZHSFPTB-84600/220，生产厂家：西安西电变压器有限责任公司。整流柜12台，型号：ZHWF-32000/1200，同相逆并联，下进上出，生产厂家：西安西电电力整流器有限责任公司。稳流控制系统采用自动闭环负反馈调节原理。饱和电抗器电流控制均采用可控硅触发的相控技术，通过控制可控硅的触发角以改变电抗器的控制电流，其触发、移相、同步和脉冲放大环节采用模拟电子式的大板结构，电流闭环的PID调节采用PLC的软指令控制。

一、实施背景

在近年的设备运行过程中出现过如下问题：

1.可控硅控制变压器一次侧电压，多次发生控制变压器与偏移变压器烧毁。

2.可控硅、控制偏移电路板工作性能不可靠及受外部条件影响较大。

3.A、B柜稳流精度不高（A、B柜直流电流最大时相差3000-5000A），严重时造成单台整流柜瞬间过负荷。

4.小闭环运行时，稳流系统响应速度过慢约60秒钟，进而影响电解电流平稳程度，不利于电解效应的调整。

5.A、B柜控制电流回路为同一控制电路。

6.稳流系统采用负反馈，在五台机组运行期间，有一台机组故障保护启动跳闸，将会造成其它四台整流变、整流柜瞬间过负荷保护动作开关跳闸，使电解系列停电。

7.有载开关正常运行期间在71或72档（其最高档位为79档），已接近最高档位，在六台滤波装置运行正常情况下，进线的功率因数为0.92左右。

针对整流机组目前存在不足，借鉴国内安普瑞智能数字稳流系统，在公司和电解厂的大力支持下对原有稳流系统进行改造，着力提高稳流系统响应速度，将原A、B柜控制电流回路为同一控制电路改单独控制，使A、B柜电流输出误差在100A以内，去掉原控制偏移电路板改由数字信号直接控制，合理调整稳流系统参数，尽量减少系统无功分量，消除整流柜安全隐患，合理调整控制电流深度提高220KV系统功率因数，确保电解系统平稳供电。

二、内涵和做法

为了进一步提高稳流系统的运行稳定性、可靠性，在改造前提出如下要求：

（1）稳流精度

单机组稳流精度：0.5%

系列稳流精度：0.2%

（2）稳流系统反应速度：2～3S

（3）整流机组平衡控制误差

同机组两台柜之间电流偏差≤100A

整流机组与机组之间电流偏差≤100A

（4）稳流控制接受上位机的系列电流设定，与电解系列直流电流进行比较，经PID计算，改变各机组电流设定值，进行系列电流的精确控制。并根据各机组的饱和电抗器的工作状态进行综合判断，适时发出有载开关的升降命令或升降档报警提示，使电解系列电压在整流柜额定电压范围之内波动情况下，均能保持电流平稳。

（5）在运行过程中监视到四台机组运行时，将稳流系统切换到小闭环控制。

（6）利用PLC逻辑限定每台整流柜最大输出电流在31.5KA，不论在任何情况下，确保整流柜在额定范围之内运行。

三、实施效果

（1）在稳流系统改造后，提高了稳流系统的响应速度，保证了电解电流的运行稳定性。

（2）将稳流系统控制电流调在5―6A左右，有载开关运行在66―67档，整流机组无功损耗得到降低，即每小时减少无功电量36万KAR左右，我公司231与232两条进线功率因数由原来0.92提高至0.95以上，公司每月用电量为275220000KWH，每度电价为0.4146元/KWH，每月应交电费为1.14106212亿元。根据电力系统关于功率因数考核方面要求，因我公司220KV线路功率因数提高，电费返还利率将由原来0.3%提高到0.75%，电费返还利率提高了0.45%，每月可为我公司节约513478元左右电费支出，每年可为我公司节约6161735元左右电费支出，运行三个月后将收回本次项目改造成本（115万），极大的提高了公司的经济效益。

四、结语

通过改造后采用数字化自动稳流技术的改进，减少了机组停电次数，平稳了电解供电，可减轻电解工人劳动强度，减少铝电解的阳极效应，节约了交流电量，电解铝增产可观，达到了节能降耗，提高经济效益的目的。

参考文献

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[4]邱竺贤.铝电解原理及应用[M].中国矿业大学出版社，1998：160-162.

作者简介：韩伟（1980―），男，山西朔州人，大学本科，山西华圣铝业有限公司助力工程师。