對電解鋁整流系統(tǒng)的研究與改造綜述

1、中國金屬通報技術(shù)交流對電解鋁整流系統(tǒng)的研究與改造石曉亮姬九軍概論：通過對ZHWF 4 2 0 0 0 / 6 5 0大型整流器主電路和穩(wěn)流系統(tǒng)的研 究與改進，合理的運行參數(shù)的調(diào)整，主回路的結(jié)構(gòu)更加合理，穩(wěn)流系統(tǒng)的運行更 加穩(wěn)定，大大提高了整流柜運行的效率和安全性。關(guān)鍵詞：主回路結(jié)構(gòu)穩(wěn)流系統(tǒng)運行參數(shù)效率和安全性概述1、我公司10萬噸電解鋁改擴建項目全部采用兩臂之間的連接結(jié)構(gòu)為保證有足夠的機械強度，以抗拒電動排斥力的沖擊，減少 振動噪聲，保證設(shè)備整體性。采用的裝夾方法是用雙頭螺桿將元件、散熱器、整 流橋臂固定成一體，螺桿兩頭用彈墊作為微調(diào)。但由于彈墊在微調(diào)過程中差異較 大，不可能使得在各負荷段內(nèi)均

2、保持較穩(wěn)定壓接力度。而且當整流柜在運行中振 動較大時，易破壞螺絲中間的絕緣層，造成正負母線短路，導(dǎo)致整流柜爆炸（同 行業(yè)中出現(xiàn)過此類情況）。通過查閱國內(nèi)外同類產(chǎn)品的運行資料，為避免出現(xiàn)上述事故，我公司經(jīng)過反復(fù)論 證并征求廠家意見，改變了裝夾方法，整流橋臂采用對頭螺桿，將正負母線元 件、散熱器分別固定。這樣使得無論在什么負荷情況下，均能消除熱變形，又能 保持元件的接觸壓力基本不變，從而維持了均流的穩(wěn)定和設(shè)備的安全運行。如圖所示：2 4 0 KA大型預(yù)焙陽極電解槽，自2 0 0 3年本項目開始投產(chǎn)以來，我們就針對目前使用的ZHWF 4 2 0 0 0 / 6 5 0整流器在運行中 出現(xiàn)的問題，以二

3、極管整流方式為主攻課題，對二極管整流方式作了一些技術(shù)改 造，使整流器的結(jié)構(gòu)更加合理，運行更加可靠，從而保證了在電解鋁生產(chǎn)中平穩(wěn) 供電，提高了電解電流效率，并在實際生產(chǎn)應(yīng)用當中取得明顯經(jīng)濟效益。對整流柜主電路的研究改造2、整流柜主電路采用同相逆并聯(lián)同軸對稱結(jié)構(gòu)，使變壓器閥側(cè)至整流器的電流在任 何瞬間都大小相等，方向相反，使各自所產(chǎn)生的交流磁通相互抵消，克服了交變 磁場在分布電感上產(chǎn)生的附加感應(yīng)電勢對電流分配的影響，從而大大減少各部分 線路的電抗；并增加相間、臂間阻抗的對稱性，從根本上解決了大電流交變磁通 所引起的渦流損耗與框架發(fā)熱問題，改善了并聯(lián)元件的均流度，可以提高整流系 統(tǒng)的效率和功率因數(shù)。

4、在應(yīng)用同相逆并聯(lián)技術(shù)的過程中，存在著一個不易處理的矛盾，即：同相逆并聯(lián) 的兩個整流臂之間距離越小越好，但往往受到絕緣強度要求的限制，特別是高電 壓，大功率整流器，問題尤為突出，制造廠采取了相關(guān)措施。一是同相逆并聯(lián)兩 整流臂之間的直線距離不超過2 0 mm,能夠獲得非常理想的同相逆并聯(lián)效果。 二是二者之間的絕緣用酚醛絕緣板隔開，最短的爬電距離不小于5 0mm,具有 足夠的絕緣強度。但在使用過程中，存在如下隱患：圖1 (改造前)圖2 (改造后)2 5第1 4期技術(shù)交流對穩(wěn)流系統(tǒng)的研究改造3、該整流機采用良好的閉環(huán)穩(wěn)流控制系統(tǒng)，配以0. 2級的直流電流傳感器，設(shè)計 特點為：(1)設(shè)置交流反饋和直流反

5、饋互為備用電路，可靠性高。(2)采用大電感量平波電抗器，可阻飽和電抗器反向電壓對控制回路的干擾。(3)設(shè)置三機組一四機組按比例自動給定電路，可極大的方便機組的投入和退 出。在使用中出現(xiàn)的問題為：(1)電流波動頻繁而且波動幅度大，對電解生產(chǎn)影響大。(2)控制回路元件經(jīng)常損壞，造成單臺機組電流突然增大過流跳機組，給公司 生產(chǎn)帶來很大損失。為此我們積極查找有關(guān)資料，分析原因，提出各種方案進行試驗和論證，最后確 立了一套最佳方案。(1)先對PLC程序進行了修改，由原來的單柜高電流反饋改為兩柜平均電流 反饋，避免了兩柜電流不平衡對總電流的影響，這樣可以大大減小電流的波動范 圍，由原先的±1 2

6、 0 0 A降為±4 5 0 A。(2)對控制柜加裝了散熱風扇，以提高散熱性能，降低電阻的燒毀率，提高了 設(shè)備的運行可靠性。(3)運行方式也改為停送電時將穩(wěn)流系統(tǒng)退出運行的辦法，這樣可以大大減少 操作過電壓對穩(wěn)流系統(tǒng)的破壞。通過以上改造大大提高了穩(wěn)流系統(tǒng)運行的可靠性，實現(xiàn)了控制精度高，線性度 好，質(zhì)量穩(wěn)定，半年多運行正常，沒有出現(xiàn)一次電流波動和元件損壞事故，保證 了電解系列電流的正常平穩(wěn)。采用經(jīng)濟的運行、檢修規(guī)程4、(1)大功率元件及高分斷能力熔斷器的更換要求中國金屬通報行全面嚴格的檢查測試，包括：電老化、熱老化試驗，正向峰值壓降的測試，重 復(fù)峰值電流的測試，選配正向伏安特性曲線接近

7、一致性和穩(wěn)定性，可以有效提高 整流柜的均流系數(shù)。元件排、快熔排、匯流排全部采用擠壓成形的無氧紫銅結(jié)構(gòu)，所有導(dǎo)電接觸面均 用銃床進行精細加工，光潔度在6. 3以上；所有電連接全部采用壓接結(jié)構(gòu)， 采用壓力扳手按照規(guī)定壓力進行緊固，降低接觸電阻，可以提高整流效率和使用 壽命。(2 )雙水路冷卻系統(tǒng)為了盡可能減緩電化學腐蝕的危害，在各支路匯流連接時，將接到各母線上的水 管，按正進正出，負進負出分別匯流，使之處于同一電位，可以有效地減緩了整 流柜的電損失，這在檢修過程中必須嚴格遵守。另外，努力提高水質(zhì)的電阻率， 保證達到1 5 0 0 k Q. c m以上。產(chǎn)生的經(jīng)濟效益5、2 0 0 4年1 6月共發(fā)

8、生停電事故9次，給電解造成經(jīng)濟損失達4 0多萬元。2 0 0 5年1 6月整流機組運行平穩(wěn)，連續(xù)實現(xiàn)安全 運行6個月，未發(fā)生一起停電和電流波動事故。2 0 0 4年1月2月3月4月5月6月整流效率2 004年7月8月9月1 0月1 1月1 2月整流效率 2005年1月2月3月4月5月6月整流效率96. 0895. 8495. 3995. 3996. 0895. 3995. 7595. 7896. 6796. 6796. 6996. 9697. 1 4 6 9 7. 32797. 6 0 0 9 8. 1 7 9 8. 0298. 012 0 0 5年1 6月平均整流效率97. 712%比200

9、4年96. 05 %提 高1. 6 6 %,按月電量9 0 0 0 0 0 0 0 kWh計算，每月節(jié)約電量1 494000 kWh,按1度電0 . 3 4元計算月可節(jié)約電費為5 07 9 6 0元，保守計算年可節(jié)約電費為6 0 0萬元，效益明顯。結(jié)論6、從以上改造分析可以看出，通過挖掘二極管整流設(shè)備的優(yōu)勢和潛力，安全效益和 經(jīng)濟效益非常明顯。國內(nèi)整流器使用廠家，應(yīng)在現(xiàn)階段廠家制造的基礎(chǔ)上，吸取國內(nèi)外先進運行經(jīng) 驗，改進存在的問題和不先進性、經(jīng)濟性上下功夫，使之日臻完足，在可靠性、 善，以提高電解鋁生產(chǎn)企業(yè)的效益。4英寸整流元件的使用，減少了并聯(lián)支路數(shù)及母線長度，提高了均流系數(shù)，減少了損耗。同時，快速熔斷器采用高分斷能力熔斷器 （分斷能力2 0 0 KA）,決不會因為故障時熔斷器分不斷而引起爆炸事故。通過元