電氣自動化技術在鋁電解過程中的運用范文

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摘要：隨著電氣自動化控制技術的提高和鋁電解產能的增大，因此對控制鋁電解過程的變電整流電氣自動化系統產生更深層次的要求。本文綜合多年來市面上鋁電解廠的電氣自動化系統的配置方案和規范，并應用更加可靠的技術，從電氣自動化系統的結構和配置等方面提出并給出了更加先進的變電整流電氣自動化系統的方案。

關鍵詞：電氣自動化；系統；鋁電解；設計

在最近幾年，電解鋁的工藝得到了很大程度的提升，使得電解槽大型化，產能逐漸增加，并使電解鋁向著大電流和高電壓的方向發展。現在的鋁電解廠里有一個電壓為220kV開關站，開關站的作用是為了向整流機組的動力變壓器直接供電；并存放一個電壓為10kV的配電所，其作用是為了向全鋁電解廠的動力設備提供電力。電壓為10kV的配電所所使用的是單母線分段帶母聯接線系統[1-3]。在現在的大部分鋁電解廠里很大程度上為一級負荷，因此設計可靠的變電整流電氣自動化系統就非常重要。

1系統結構

電氣自動化系統分為分布式、分層式和集中式的結構。

1.1分開式結構

電氣自動化的分布式結構能監視鋁電解場中鎖定的目標，并將所監視的目標給到其他控制設備中（計算機），這些控制設備并且能連接鋁電解廠的局域網絡上，實現資源共享和處理，如圖1所示[4]。在現實中電氣自動化分布式系統為一種較為理想化的系統結構，但是電氣自動化分布式系統在實際應用上有很多實際問題是不能解決的，比如干擾信號和信息傳輸及可靠性等方面都存在不可忽略的問題。

1.2集中式結構

集中式電氣自動化系統結構的作用是可以將處理數據的儲存設備和處理數據設備集中和分配，集中式系統結構包括前置機和后臺機組成，并由前置機和后臺機將電氣自動化集中式系統的數據輸出和保護，其后臺設備的主要作用是數據通信，并通過數據通訊與前置機設備相聯系。但是在在電氣自動化的集中式系統結構下會存在如下缺點：（1）電氣自動化系統由前置設備的任務眾多，所需電纜較多，傳輸信號相互影響；（2）設備間的傳輸比較繁瑣，使用的可靠性比較低；（3）整個系統需要大量電纜連接涉筆，開支較大，集中式結構。

1.3分層式結構

電氣自動化的分層分布式結構由中間層、管理層和終端層組成，并由中間層、管理層和終端層控制鋁電解變電站的層次和對象。包括中間層、管理層和終端層的分層式電氣自動化系統結構的優點有一下幾點：（1）具有非常好的可靠性，如果系統中的任何一個設備出現故障，故障區域只保持局部；（2）擴張空間比較大，非常有利于設備升級；（3）大大減少設備需要電纜，維護力度小，開支少。由此可見，鋁電解廠的變電整流電氣自動化系統應該使用分層分布式系統結構為最好的選擇。整體的電氣自動化分層分布式結構包括間隔層、通信管理層和站控層，分層分布式結構能實現如下功能包括:建立與維護數據、數據的采集、運行管理、報電能。

2繼電保護及安全自動裝置

鋁電解廠的開關站有電壓為10kV的配電所和補償裝置組成，開關站的所有設備具有計算機控制和傳輸數據，下文是從配置原則上的方面上提出方案設計。

2.1保護配置原則

配置原則包括相互獨立和不同原理，從這兩個原則設置主保護為雙重化配置，并將雙重化配置的主屏設置為獨立組屏，規則如下：（1）使用保護設備，為了滿足主要設備和后補設備數據一體化，保護要求滿足雙回線路同桿架設，設計接線的原則為一一對應原則。（2）每套保護設備統一具有選相功能，實現分相跳閘和三相跳閘功能；（3）保護配置的安裝啟動斷路器，作用實在設備突然失效時，起到失靈保護的功能。（4）保護配置設置具有跨區域跳閘功能，目的是為了不影響其他區域設備的正常運行。（5）在電氣自動化系統中的每一套保護配置務必安裝電壓切換箱。母線差動保護的配置原則包括相互獨立和不同原理，從這兩個原則設置母線差動保護為雙重化配置，并將雙重化配置的母線差動保護設置為獨立組屏，按照如下規則配置：（1）接線為一一對應的方式安裝雙重保護的跳閘。（2）將斷路器失靈保護安裝在母線保護中，防止母線突然失效。（3）在母線保護作用消失時，護配置復合電壓閉鎖的作用。關于母聯和母線RT間隔的注意的事項，主要有一下幾點：（1）必須裝配具有獨立充電保護功能的母聯斷路器，作用為防止瞬間跳閘。（2）必須裝配具有限電流功能的電壓閉鎖，作用為防止過流保護。（3）必須裝配具有一套獨立電壓裝置。（4）必須裝配具有失靈保護功能的啟動器，作用為防止電器自動化系統失效。電解鋁廠裝配電壓為10KV的配電所的配置有如下要求：（1）在設置線路間隔時，需要裝配限電流速斷保護，以達到短延時過電流保護的功能和有效達到延時保護的功能。（2）電壓為10KV的配電所所需的母聯間隔設置必須具有電流速斷保護的功能裝置。（3）母線RT間隔設置為并列的RT裝置。

2.2組屏方法

保護測控裝置是鋁電解廠的開關站的重要組成部分，該裝置采取分屏和分開的排列組合方式來進行布置，然后在開關站的主控室中安置組屏。

3五防模擬屏

在運行過程中，整個電氣自動化系統的變電整流電氣系統需要被實時監控，一旦后臺機設備出現突發故障時，可以通過手動控制的方式切斷電路，停止其運行，也可以通過手動控制的方式調節整流機組設備。在電器自動化系統的變電整流電氣系統中的模擬控制屏上安裝控制按鈕、交流表計、直流表計、位置顯示器、開關和總調分按鈕等。但是在實際操作時，操作失誤無法避免，為了最大限度地降低操作失誤帶來的損失，在系統設置防護保護系統中，需要設置電編碼鎖和機械編碼鎖。

4綜自屏接地

在鋁電解過程中，為保證電氣自動化系統以及綜自設備正常工作，工作接地銅排和保護接地銅排是必不可少的，它們在每面綜自屏中都發揮著重要的作用。在安裝過程中，需要注意的是工作接地銅排絕緣性能的保證，工作接地與保護接地是不可以混接的，在每面綜自屏的工作接地中，單芯電纜需要與絕緣接地環網相連接，單芯電纜的橫截面街不得小于50mm2。絕緣接地環網再通過2根截面不小于100mm2的單芯電纜與整流區域的主接地網連接。最后通過焊接方式將扁鋼與電纜夾層內的支架相連接。

5結語

通過對變電整流電氣自動化系統的改善，鋁電解廠的運行水平得到了顯著提升，其運行以及維護成本大幅度地下降，鋁電解廠的效益得到了改觀，供電方面的安全性也得到了提高。參考文獻：

[1]國家電力調度通信中心.國家電網公司十八項電網重大反事故措施(試行):繼電保護專業重點實施要求[M].北京:中國電力出版社，2008

[2]黃成玉，張全柱.新型礦井供電自動化遠程監測監控系統的設計與實現[J].電氣應用，2012，9(4):84-88.

[3]張瑩.大功率電解電源及其監控系統研究與設計[D].中南大學，2008.

[4]華東電力設計院.GB/T14285-2006繼電保護和安全自動裝置技術規程[S].北京:中國標準出版社,2008:16-25.

作者：姚簫簫 單位：遼寧理工學院