某電解鋁廠的無(wú)功補(bǔ)償及諧波治理

1、電解鋁廠的無(wú)功補(bǔ)償及諧波治理沈陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院 宋廣孚 電解鋁廠整流電源需要較大無(wú)功率和產(chǎn)生大量的高次諧波，隨著整流電源容量的增大，特征諧波和非特征諧波含量也都在增加，幾乎都嚴(yán)重超標(biāo)。這些超標(biāo)的諧波和較大的無(wú)功需求，如果不治理或治理的不到位，將影響供電的電能質(zhì)量和安全運(yùn)行，同時(shí)也影響鋁廠的經(jīng)濟(jì)效益和用電系統(tǒng)的安全運(yùn)行。1 電解鋁廠的供電系統(tǒng)電解系列一旦非計(jì)劃停電，將造成重大經(jīng)濟(jì)損失。因此電解鋁廠為一級(jí)用電負(fù)荷。對(duì)于一級(jí)負(fù)荷要求有兩個(gè)獨(dú)立電源供電。目前，電解鋁廠直供電壓可以作到220kV、110kV。如果電網(wǎng)這個(gè)電壓等級(jí)容量滿足鋁廠需求，就可以采用二回來(lái)自不同電源的線路，直接送到鋁廠整流所的雙母

2、線上，再向整流機(jī)組送電；如果電網(wǎng)這個(gè)電壓等級(jí)的容量不滿足鋁廠的容量需求，則需要電網(wǎng)上一級(jí)電壓等級(jí)的二回來(lái)自不同電源的線路。如330kV、550kV等經(jīng)電解鋁廠整流所的降壓變壓器降壓至220kV或110kV，再向整流機(jī)組送電。電解鋁廠供電系統(tǒng)要求，任一個(gè)電源均能滿足全廠的用電負(fù)荷要求，這就形成：（1）不同的供電電源，系統(tǒng)的短路容量不同。（2）兩個(gè)電源有并聯(lián)供電的可能，系統(tǒng)的短路容量也改變。因此，在諧波計(jì)算，濾波器結(jié)構(gòu)和諧波器元件參數(shù)選擇應(yīng)充分考慮這一點(diǎn)。例如，某種供電方式，公共連接點(diǎn)處短路容量增加。系統(tǒng)阻抗(ZS)下降，因此不管是從母線看出去的(Zm)，還是從諧波源看出去的等效阻抗(Z)均下降。

3、根據(jù)Vm(h)=Z(h)*l(h)，因此母線處的諧波畸變率下降，公共連接點(diǎn)處的諧波畸變也下降。另外，濾波裝置中的電容與系統(tǒng)中的電感相互產(chǎn)生的諧振次數(shù)，等于系統(tǒng)短路容量與電容比值的平方根值。因此，短路容量增加，諧波次數(shù)的諧振點(diǎn)也向高值移動(dòng)。 式中：SD：公共連接點(diǎn)的短路容量。QC：電容器組容量。短路容量增加，輸入系統(tǒng)的諧波畸變率降低是好事，但諧振點(diǎn)向高頻率方向移動(dòng)，比如7次，就使事情變得復(fù)雜一些。因此，濾波器設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分考慮這個(gè)因素，可以用一個(gè)短路容量為基礎(chǔ)。用其他可能出現(xiàn)的短路容量作校驗(yàn)，逐步接近可行值。電力系統(tǒng)發(fā)展很快，濾波器設(shè)計(jì)應(yīng)能適應(yīng)五年左右的系統(tǒng)參數(shù)變化。某鋁廠的濾波裝置，投運(yùn)初期

4、很正常，三年后發(fā)現(xiàn)濾波裝置過(guò)載，電容器損壞增多，系統(tǒng)參數(shù)改變是一個(gè)原因之一。2 電解鋁廠的整流電源冶煉鋁用的電解槽是幾百個(gè)串聯(lián)在直流回路中，單槽電壓4V多一點(diǎn)，系列電壓1300V以上。系列電流可達(dá)400kA以上，目前單臺(tái)整流器大多作到10kA左右。采用多臺(tái)整流器并聯(lián)來(lái)滿足系列電流的要求。常采用N+1的原則。即用N臺(tái)整流器并聯(lián)滿足電解系列額定電流的要求，加一個(gè)備用。正常時(shí)，N+1組同時(shí)運(yùn)行。某臺(tái)故障退出運(yùn)行后，N臺(tái)仍能滿足電解系列的要求。電解整流器，大都采用2個(gè)6脈波，即二個(gè)相差30°的三相橋整流電路。形成單臺(tái)整流機(jī)組為12脈波的整流器。如N+1臺(tái)整流機(jī)組數(shù)為6臺(tái)。則移相后為等效72相

5、。電解槽一次焙燒啟動(dòng)24臺(tái)，焙燒57天，然后再焙燒啟動(dòng)24臺(tái)，一個(gè)電解系列，啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)半年之久。電解槽啟動(dòng)初期，電壓很低，直流側(cè)只有20V左右，需要提供大量的無(wú)功功率。這時(shí)，需要兼有無(wú)功補(bǔ)償功能的濾波裝置，部分通道或全部通道投入運(yùn)行，用來(lái)保護(hù)母線電壓保持在適當(dāng)水平。電解系列啟動(dòng)初期，事故較多，經(jīng)濟(jì)停電，排除事故再投，這就要求，濾波裝置在整流機(jī)組分?jǐn)嗪?，也立即切除，以免造成無(wú)功反傾，電壓過(guò)高，造成更大的事故。電解系列完全啟動(dòng)后，系列電壓波動(dòng)很小，從幾十伏到一百伏左右，電壓波動(dòng)超過(guò)100V以上的機(jī)率很小，通常采取保證電流不變而調(diào)整電壓的穩(wěn)流辦法。濾波器設(shè)計(jì)和元件參數(shù)計(jì)算應(yīng)能滿足這種需求。目前整流

6、機(jī)組有兩種形式。一種是二極管整流電路，有載開(kāi)關(guān)粗調(diào)壓和飽和電抗器細(xì)調(diào)壓的方式。第二種是晶閘管整流電路，改變其導(dǎo)通角調(diào)整電壓。晶閘管整流電路起步較晚，但其發(fā)展，應(yīng)用的也越來(lái)越多。如果整流機(jī)組是晶閘整流機(jī)組，啟動(dòng)初期電壓是用導(dǎo)通角深控來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此，除了需要大量的無(wú)功外，此時(shí)在諧波發(fā)生量也是最大，因此，必須投入濾波裝置，來(lái)吸收諧波和補(bǔ)償無(wú)功。否則整流機(jī)組將產(chǎn)生噪音和振動(dòng)，無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行。兩種整流形式的整流器在額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，其諧波發(fā)生量是一樣的。因此在進(jìn)行諧波計(jì)算，濾波器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，元件參數(shù)選擇時(shí)都應(yīng)有針對(duì)性的，適應(yīng)工程實(shí)際的需求。有的鋁廠，當(dāng)?shù)仉姌I(yè)部門按用電容量加電度量收費(fèi)。為了節(jié)省電費(fèi)，鋁廠往往

7、不采用N+1設(shè)計(jì)原則運(yùn)行，而是采取減一臺(tái)，即5臺(tái)運(yùn)行，6臺(tái)為等效72相，而5臺(tái)就是非等效60相，此時(shí)的諧波將有改變，5臺(tái)運(yùn)行時(shí)，其中一臺(tái)故障，另4臺(tái)也過(guò)載跳閘，切除故障后，把備用臺(tái)投入重新啟動(dòng)。如果備用臺(tái)也在病態(tài)中，為了使電解槽鋁液不冷固，被迫采取4臺(tái)機(jī)組降電流保溫運(yùn)行。濾波裝置設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能滿足這種要求，至少在這種情況下，不發(fā)生諧振。3 電解鋁廠的諧波3.1 電解鋁廠的諧波特點(diǎn)前面已經(jīng)提到，電解鋁廠整流器，都是采用兩個(gè)6脈波，即兩個(gè)相差30°的三相橋整流電路，形成單臺(tái)整流機(jī)組為12脈波的整流器，幾個(gè)12脈波整流器并聯(lián)組成整流系列。如：24、36、48、60、72相整流系列。其特征諧波

8、次數(shù)為：n=pn±1，n=1,2,3。而6脈波的特征諧波為：5，7，11，13，17，19。12脈波的特征諧波為：11，13，23，25，35，37。三相6脈波整流器諧波電流的典型頻譜如表1。表16脈波整流器諧波電流頻譜HDLh%10020.014.39.17.75.95.328.45%表212脈波整流器諧波電流頻譜h%1001.81.66.65.40.330.3h232529313537THDLh%1.51.30.250.20.80.49.14%從表1，2中看出，以6脈波組成的鋁廠整流器，其諧波含量符合ln1/h，由于換相的平波作

9、用,實(shí)際值會(huì)比上述值小。由于供電系統(tǒng)參數(shù)的不對(duì)稱,或整流機(jī)組各元件參數(shù)的不對(duì)稱性,實(shí)際諧波含量與上述值將有所不同。因此,鋁廠整流機(jī)組的諧波含量,最好經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試。如果沒(méi)有實(shí)測(cè)條件,也應(yīng)在設(shè)計(jì)上留有可能出現(xiàn)的偏差。3.2 電解鋁廠濾波裝置的接入點(diǎn)電解鋁廠濾波裝置的接入點(diǎn),有兩種。第一種是接入整流變壓器的第三繞組上。這一接入點(diǎn)符合諧波在那產(chǎn)生,就在那治理的原則。其對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的損耗和影響最小。另外,大容量整流變壓器高、低壓側(cè)電壓差很大,一般需要設(shè)置過(guò)渡繞組。如果不接濾波裝置,該繞組的端線不引出整流變壓器的外殼。單機(jī)組12脈波整流器的特征諧波為:5,7.11,13次,比多機(jī)組組成的12的倍數(shù)整流器的合

10、成特征諧波次數(shù)低。其總的補(bǔ)償容量較大。另一種就是多機(jī)組組成12的倍數(shù)整流器的合成,直接接在公共連接點(diǎn)的母線上,其特征諧波次數(shù)較高,充分利用多相制的優(yōu)點(diǎn),總的補(bǔ)償容量略低。比較而言,接在第三繞組的濾波器,電壓較低,可以是35kV級(jí)，10kV級(jí)等,占地小,可以利用整流器室樓上的空間，缺點(diǎn)是濾波裝置的安全運(yùn)行直接影響整流變壓器的安全運(yùn)行,在整流機(jī)組第三繞組濾波裝置投入運(yùn)行時(shí)，可能對(duì)正在運(yùn)行的濾波裝置造成相互影響。這在濾波裝置計(jì)算時(shí)特別注意。而接至公共連接點(diǎn)的濾波裝置,電壓等級(jí)可作到110kV,或22OkV以上。濾波器可以留有,因負(fù)載或系統(tǒng)發(fā)展變化而需改變或增加濾波通道的擴(kuò)建空間。缺點(diǎn)是占地面積較大,

11、諧波電流在被濾波裝置吸收前,己經(jīng)流過(guò)部分電氣設(shè)備,產(chǎn)生一定的損耗。3.3 電解鋁廠濾波裝置的通道設(shè)置電解鋁廠濾波裝置的通道設(shè)置一般由一組或數(shù)組單調(diào)諧濾波器組成,有時(shí)再加一組高通濾波器。也有僅設(shè)一組高通濾波器的實(shí)例,在具體的工程中可靈活多變?，F(xiàn)在,電抗器的制作水平大大提高,為了便于電容器組采用中性點(diǎn)差流或平衡保護(hù),一般將電容器接到中性點(diǎn)側(cè)。為了降低濾波裝置本身的基波損耗,在供電系統(tǒng)有電壓和無(wú)功功率調(diào)整的需求時(shí),可以采用C型濾波器。但C型濾波器對(duì)工頻偏差及元件參數(shù)變化較敏感。隨著電力電子裝置制造業(yè)的快速發(fā)展，電解鋁廠的無(wú)功補(bǔ)償及諧波治理，也將朝著更安全，更可靠，更節(jié)能的方向發(fā)展。1.整流變壓器為什

12、么不設(shè)差動(dòng)保護(hù)？無(wú)法接。 差動(dòng)保護(hù)，是通過(guò)比較兩側(cè)流入和流出電流的大小和相位，判斷電流是否有“損失”或“畸變”這一原理進(jìn)行保護(hù)的。整流變一側(cè)是交流，另一側(cè)是直流，大小和相位無(wú)法比較，故不能用差動(dòng)保護(hù)。 2.整流變壓器的作用?整流變壓器是整流的一部分，整流還需整流二極管，整流變壓器的作用是為二極管提供適合的電壓 .3.整流變壓器是一個(gè)特種變壓器，它是變壓器+整流電路的組合。用于將從電網(wǎng)獲得的交流電變成需要的電壓并整成直流。用于需要直流電的場(chǎng)合。  *整流變采用有載調(diào)壓，主調(diào)合一。整流器采用晶閘管三相全控橋，用有載開(kāi)關(guān)粗調(diào) + 可控硅細(xì)調(diào)調(diào)壓。并設(shè)自動(dòng)穩(wěn)流系統(tǒng)，對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載電阻變

13、化而引起的負(fù)載電流變化進(jìn)行自動(dòng)穩(wěn)流。兩個(gè)系列經(jīng)整流變網(wǎng)側(cè)移項(xiàng)后組成等效（12、24、36、48等）脈波（常見(jiàn)24、36脈波），有效地控制諧波；觸發(fā)系統(tǒng)采用“數(shù)-?！眱商着渲?。故障情況下另一套自動(dòng)投運(yùn)，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。冷卻系統(tǒng):整流變壓器為強(qiáng)迫油循環(huán)“油-水”散熱方式；整流器采用“水-純水”冷卻方式。整套系統(tǒng)設(shè)相應(yīng)故障報(bào)帶信號(hào)，并通過(guò)主控室DCS系統(tǒng)反應(yīng)。整流裝置的保護(hù)：整流變壓器網(wǎng)側(cè)設(shè)速斷保護(hù)、定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)、輕重瓦斯及油溫保護(hù)，閥側(cè)設(shè)過(guò)電壓吸收裝置。整流設(shè)備高壓斷路器及有載分接開(kāi)關(guān)的操作設(shè)在主控室的變壓器控制屏上或操作臺(tái)上，電流調(diào)節(jié)在主控室的整流器控制屏上或操作臺(tái)上完成。整流裝置的電流

14、及電壓指示、事故及預(yù)告信號(hào)等送人DCS系統(tǒng)顯示和報(bào)警。整流與電解設(shè)主要聯(lián)鎖有:儀表氣源中斷；抓氣壓力異常上升；氫氣壓力異常上升；陽(yáng)極液泵故障或陽(yáng)極液總管壓力異常降低；陰極液泵故障或陰極液總管壓力異常降低；電解槽陽(yáng)極室和陰極室的壓差超限；電解槽零點(diǎn)電位差超限；電解槽電流過(guò)大；整流器過(guò)負(fù)荷；意外情況下，緊急手動(dòng)；當(dāng)發(fā)生上述異常情況時(shí)，整流設(shè)備立即聯(lián)鎖停電。電解鋁行業(yè)大容量整流電源保護(hù)簡(jiǎn)介大容量整流電源通常由變壓器、整流柜及用于整流柜、變壓器冷卻的泵、風(fēng)機(jī)等輔機(jī)部分組成。大容量整流電源在冶金行業(yè)，特別在鋁電解行業(yè)具有舉足輕重的地位，其正常運(yùn)行直接關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)系列的安全穩(wěn)定，一個(gè)年產(chǎn)15萬(wàn)噸的電解系

15、列，停電5個(gè)小時(shí)其損失可達(dá)幾千萬(wàn)元，因此，要采取一切可能的措施保證整流電源的正常運(yùn)行，完善、可靠的保護(hù)設(shè)置可以及早發(fā)現(xiàn)機(jī)組異常情況，及時(shí)切除故障，防止事故擴(kuò)大，對(duì)保證系統(tǒng)安全運(yùn)行具有重要意義，下面對(duì)大容量整流電源所需設(shè)置的保護(hù)作具體介紹：一、電壓保護(hù) 1. 單/雙快熔斷：采用氧化鋅壓敏電阻、快熔組成過(guò)壓吸收回路，吸收電網(wǎng)過(guò)電壓、操作過(guò)電壓以及雷電過(guò)電壓，由快熔所帶的微動(dòng)開(kāi)關(guān)發(fā)出故障信號(hào)。2. 一/二元件損壞：對(duì)于元件采用阻容吸收，吸收換相過(guò)電壓。當(dāng)整流元件一元件損壞時(shí)，將導(dǎo)致快熔熔斷，安裝在快熔上的微動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，發(fā)出“一元件損壞”信號(hào)；當(dāng)同一橋臂兩元件壞時(shí)，跳閘接點(diǎn)閉合，斷開(kāi)整流機(jī)組高壓側(cè)斷路

16、器。一元件壞、兩元件壞往往采用PT單元進(jìn)行檢測(cè)，在實(shí)際使用過(guò)程中，由于震動(dòng)等原因，PT單元容易誤發(fā)信號(hào)，這是由于PT單元所使用電壓較低，所采用接點(diǎn)又為常閉點(diǎn)，由于震動(dòng)造成的接觸不良往往使回路電壓升高，造成誤動(dòng)作。應(yīng)適當(dāng)提高PT單元電壓，并采用鍍金接點(diǎn)微動(dòng)開(kāi)關(guān)，并且微動(dòng)開(kāi)關(guān)的壓力應(yīng)能防止震動(dòng)造成的接觸不良。沒(méi)有延時(shí)嗎？可以的話增加一個(gè)延時(shí)動(dòng)作繼電器或接入微機(jī)保護(hù)實(shí)現(xiàn)跳閘。二、超溫保護(hù)1. 橋臂超溫保護(hù)：整流橋臂一般采用水冷，水中的氣體積聚在橋臂內(nèi)，造成橋臂通水孔堵塞、循環(huán)水水溫過(guò)高等，均會(huì)造成母線超溫。如不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，會(huì)使元件結(jié)溫過(guò)高而損壞。在每個(gè)橋臂上設(shè)置一個(gè)測(cè)溫元件，橋臂溫度在6065時(shí)動(dòng)作

17、，發(fā)出跳閘信號(hào)。2. 循環(huán)水水溫高保護(hù)：在循環(huán)水的總進(jìn)、出口水管處各設(shè)置一個(gè)熱電阻，經(jīng)溫度變送器單元變換為420mA信號(hào)后送入PLC。當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，由主控室上位機(jī)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。在每個(gè)整流柜的進(jìn)、出口水管處各設(shè)置一個(gè)電接點(diǎn)溫度表，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定的報(bào)警值時(shí)，報(bào)警接電接通，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。3. 直流刀閘溫度高保護(hù)：直流刀閘通過(guò)電流可達(dá)幾十KA，容易發(fā)熱，每個(gè)直流刀閘上需安裝一個(gè)測(cè)溫元件。在直流刀閘溫度達(dá)到6065時(shí)報(bào)警。三、PLC失電保護(hù)1）由于整流柜內(nèi)保護(hù)信號(hào)，冷卻水泵、風(fēng)機(jī)的運(yùn)行和故障信號(hào)，穩(wěn)流系統(tǒng)的控制等均通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)。因此，PLC失電或故障時(shí)，應(yīng)跳開(kāi)機(jī)組高壓斷路器。2）機(jī)組輔助電

18、源失電時(shí)，冷卻系統(tǒng)停止運(yùn)行，此時(shí)也應(yīng)跳開(kāi)機(jī)組斷路器。實(shí)現(xiàn)此種保護(hù)的一個(gè)方法是編程使PLC的一個(gè)輸出接點(diǎn)上電即閉合，使用此節(jié)點(diǎn)去啟動(dòng)一個(gè)中間繼電器，再使用中間繼電器常閉點(diǎn)作為跳閘信號(hào)輸入。但采用中間繼電器常閉點(diǎn)作為跳閘接點(diǎn)，當(dāng)系統(tǒng)電壓突然降低時(shí)，容易誤動(dòng)作，引起電解系列全停電事故，因此此接點(diǎn)要先送入微機(jī)保護(hù)裝置，或啟動(dòng)時(shí)間繼電器，經(jīng)2S延時(shí)，若2S內(nèi)故障未恢復(fù)，則跳開(kāi)機(jī)組斷路器。四、冷卻系統(tǒng)故障（水壓失常保護(hù)、油風(fēng)冷全停保護(hù)）由于整流器一般采用水冷方式，水壓低或斷流將造成元件結(jié)溫升高而損壞，因此要設(shè)置水壓失常保護(hù)，水壓失常保護(hù)應(yīng)能檢測(cè)到水管脫落故障。整流柜內(nèi)水循環(huán)系統(tǒng)一般設(shè)置兩臺(tái)水泵，兩臺(tái)水泵一

19、用一備，一臺(tái)泵故障時(shí)，另一臺(tái)泵能自動(dòng)投入運(yùn)行，當(dāng)兩臺(tái)水泵均停止運(yùn)行時(shí)，屬于一種故障狀態(tài)，需延時(shí)跳閘。變壓器采用強(qiáng)油循環(huán)冷卻方式。一般規(guī)定至少有13組油風(fēng)冷卻器投入運(yùn)行，若油風(fēng)冷全停，變壓器散熱條件惡化，油停止循環(huán)，會(huì)使變壓器溫度升高，并可能造成變壓器局部溫度過(guò)高而引發(fā)事故，因此油風(fēng)冷全停時(shí)，首先應(yīng)發(fā)出信號(hào)，并根據(jù)變壓器可以承受的溫升情況，延時(shí)跳閘。五、瓦斯保護(hù)瓦斯保護(hù)作為變壓器的主保護(hù)，保護(hù)變壓器內(nèi)部繞組相間短路和匝間、層間短路，重瓦斯啟動(dòng)出口繼電器跳閘，輕瓦斯報(bào)警。有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)瓦斯保護(hù)動(dòng)作于跳閘。壓力釋放保護(hù)在油箱內(nèi)壓力異常升高時(shí)動(dòng)作，可作用于信號(hào)。六、接地保護(hù)1. 變壓器單獨(dú)設(shè)置接地，并檢

20、測(cè)接地電流，當(dāng)接地電流達(dá)到定值時(shí)跳閘。2. 設(shè)置整流柜絕緣監(jiān)測(cè)裝置（也叫框架保護(hù)），當(dāng)整流柜外殼接地或絕緣降低時(shí)，發(fā)出信號(hào)。說(shuō)明：對(duì)于自撐式結(jié)構(gòu)的整流柜，由于沒(méi)有外殼，因此不設(shè)柜殼絕緣監(jiān)視裝置。3. 設(shè)置直流母線監(jiān)視裝置，當(dāng)直流母線接地時(shí)報(bào)警，并可根據(jù)絕緣監(jiān)視電壓，計(jì)算出接地的大致位置。七、逆流保護(hù)當(dāng)整流元件故障，發(fā)生直流短路或整流柜內(nèi)直流正負(fù)母線之間短路時(shí)，其它正常機(jī)組會(huì)向故障點(diǎn)饋送電流，此時(shí)機(jī)組直流母線中會(huì)流過(guò)相反方向的電流，逆流保護(hù)就是檢測(cè)相反方向的電流。在每個(gè)整流柜直流出線母線上安裝一個(gè)逆流檢測(cè)裝置，當(dāng)檢測(cè)到有相反方向電流流過(guò)時(shí)，節(jié)點(diǎn)閉合，并通過(guò)快速型中間繼電器跳開(kāi)所有整流機(jī)組斷路器，

21、防止事故擴(kuò)大。為了加快跳閘速度，也可要求逆流保護(hù)裝置輸出多個(gè)跳閘節(jié)點(diǎn)，直接接入各機(jī)組的跳閘回路，以最快的速度使各斷路器跳閘，把損失降低到最小的程度。八、機(jī)組連鎖跳閘整流電源的配置采用N1方式，因此跳開(kāi)一臺(tái)機(jī)組時(shí)，剩余N臺(tái)機(jī)組仍可正常運(yùn)行，但兩臺(tái)及兩臺(tái)以上的機(jī)組跳閘后，將造成剩余機(jī)組過(guò)流，因此設(shè)置機(jī)組連鎖跳閘保護(hù)，在兩臺(tái)以上機(jī)組跳開(kāi)時(shí)，向正在運(yùn)行的其它機(jī)組發(fā)出跳閘指令。九、機(jī)組退出總調(diào)保護(hù)當(dāng)某機(jī)組檢修或處于故障狀態(tài)時(shí)，本機(jī)組退出總調(diào)。在進(jìn)行總升、總降有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)時(shí)，本機(jī)組有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)退出。十、機(jī)組控制、偏移回路故障保護(hù)在機(jī)組控制繞組和偏移繞組的共同作用下，飽和電抗器工作于不同的工作點(diǎn)，從而起到調(diào)

22、節(jié)電流的作用，當(dāng)機(jī)組控制或偏移回路故障時(shí)，如控制或偏移回路快熔熔斷、接觸器跳開(kāi)等，整流機(jī)組的穩(wěn)流系統(tǒng)將失去作用，造成機(jī)組電流失控，因此出現(xiàn)故障時(shí)要報(bào)警，以便退出機(jī)組，進(jìn)行有計(jì)劃的檢修。十一、機(jī)組反饋掉線保護(hù)機(jī)組的穩(wěn)流系統(tǒng)正常工作時(shí)，取本整流柜直流電流互感器輸出電壓信號(hào)經(jīng)隔離變送器變換為420mA信號(hào)作為反饋信號(hào)，一旦反饋信號(hào)丟失，必然造成機(jī)組過(guò)流，因此應(yīng)取兩路信號(hào)作為反饋信號(hào)，第二組反饋信號(hào)可取自整流變壓器一次繞組電流互感器輸出電流，并經(jīng)電流變送器變換為420mA信號(hào)作為反饋信號(hào)，在編PLC程序時(shí)，將此反饋信號(hào)適當(dāng)縮小，在直流反饋信號(hào)正常時(shí)，采用直流反饋信號(hào)；當(dāng)直流反饋信號(hào)消失時(shí)，交流反饋信號(hào)

23、自動(dòng)投入，防止機(jī)組過(guò)流，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，及時(shí)進(jìn)行檢修。十二、機(jī)組水質(zhì)低保護(hù)當(dāng)整流機(jī)組水質(zhì)低時(shí)，整流器水路部分的水嘴將受到嚴(yán)重腐蝕，縮短水嘴的使用壽命，引起水路滲漏，甚至引起水管脫落，發(fā)生事故。因此，水阻至少要達(dá)到200K以上，對(duì)于高電壓、大電流的整流器水阻宜保持在2M左右。當(dāng)?shù)陀谝蟮乃钑r(shí)應(yīng)能發(fā)出報(bào)警信號(hào)。十三、弧光保護(hù)隨著近年來(lái)整流系統(tǒng)事故的增多，為了防止直流正、負(fù)母線之間或者交、直流母線之間短路等惡性事故的發(fā)生，越來(lái)越多的整流系統(tǒng)采用了弧光保護(hù)裝置。所謂弧光保護(hù)即是感光元件（光纖或探頭）將接收到的光信號(hào)傳導(dǎo)到光信號(hào)處理單元，當(dāng)接收到的光信號(hào)超過(guò)設(shè)定強(qiáng)度后，裝置即輸出跳閘信號(hào)，由于采用了快

24、速器件，從產(chǎn)生弧光到裝置動(dòng)作、跳閘節(jié)點(diǎn)閉合，其總時(shí)間可以做到不超過(guò)1毫秒，這么快的反應(yīng)速度，在以電流、電壓作為輸入信號(hào)的繼電保護(hù)裝置中是不可能達(dá)到的，從快速性方面講弧光保護(hù)具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。至于跳閘方式的選擇，即跳本機(jī)組或是跳系列，可以是否裝有逆流保護(hù)來(lái)確定，如未裝逆流保護(hù)，為防止其它健全機(jī)組向故障機(jī)組供電，應(yīng)跳系列；如裝有逆流保護(hù)，則可考慮只跳本機(jī)組，以減少不必要的跳閘，減少電解系列不必要的全停電。由于弧光保護(hù)接收的是光信號(hào)，因此要進(jìn)行光源的管理，并采取防止外界強(qiáng)光進(jìn)入的措施。十四、離極保護(hù)正常生產(chǎn)過(guò)程中，電解槽陽(yáng)極與陰極脫開(kāi)或連接母線開(kāi)路即稱為離極，離極將造成斷口間強(qiáng)烈弧光，引起著火、爆

25、炸，引發(fā)重大人身或設(shè)備事故。雖然電解槽槽控機(jī)一般均設(shè)置多重保護(hù)，防止陽(yáng)極持續(xù)提升，一般不會(huì)因?yàn)椴劭貦C(jī)失控造成離極，但在電解槽漏槽、冒槽，母線接觸不良，陽(yáng)極碳?jí)K全部脫落以及不正確的手動(dòng)持續(xù)提升陽(yáng)極等情況下，仍存在離極的可能性。因此整流所應(yīng)設(shè)置離極保護(hù)，以電流和電壓變化作為判據(jù)，當(dāng)電流下降至額定值的75，電壓升高到規(guī)定值時(shí)，即判斷為離極，跳開(kāi)所有機(jī)組斷路器。十五、電流保護(hù)由于整流變壓器閥側(cè)繞組為多繞組，大電流，很難對(duì)變壓器內(nèi)部故障實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)，其電流保護(hù)一般設(shè)置瞬動(dòng)過(guò)流保護(hù)、帶時(shí)限過(guò)流保護(hù)或延時(shí)投入瞬動(dòng)過(guò)流保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)。除以上交流電流保護(hù)，還有取自直流電流互感器直流信號(hào)的直流過(guò)流保護(hù)和取自第三

26、繞組電流互感器電流信號(hào)的過(guò)流保護(hù)。1.      瞬動(dòng)過(guò)流保護(hù)瞬動(dòng)過(guò)流保護(hù)電流信號(hào)取自110KV配電裝置整流機(jī)組間隔電流互感器，其動(dòng)作電流不同于一般的電力變壓器電流速斷保護(hù)定值計(jì)算方法，其動(dòng)作值遠(yuǎn)小于額定狀態(tài)下變壓器二次側(cè)短路時(shí)的短路電流，通常情況下瞬動(dòng)電流的整定值按照躲開(kāi)變壓器的勵(lì)磁涌流，取變壓器額定電流的1.53倍整定即可。2.      帶時(shí)限過(guò)流保護(hù)或延時(shí)投入瞬動(dòng)過(guò)流保護(hù)此保護(hù)的電流信號(hào)需取自調(diào)壓變壓器的二次側(cè)即整流變壓器的一次側(cè)，電流互感器安裝在變壓器的油箱內(nèi)，通常有兩組，即一個(gè)整流變

27、一組。其整定值取整流變壓器額定電流的1.11.5倍整定。隨著近年系統(tǒng)容量的增大和變壓器容量的大幅度增加，整流柜內(nèi)部短路或整流變壓器閥側(cè)短路時(shí)，巨大的短路電流往往造成爆炸、火災(zāi)、母線嚴(yán)重變形、變壓器繞組損壞等嚴(yán)重故障，因此要求保護(hù)有足夠的靈敏度和快速性。由于變壓器采用有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)調(diào)壓，并且規(guī)定有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)在最低檔位時(shí)才允許變壓器投入，變壓器投入時(shí)的整流變壓器一次側(cè)電流較小，變壓器投入時(shí)一般達(dá)不到此套保護(hù)的啟動(dòng)值，可將延時(shí)取消，同樣設(shè)置為瞬動(dòng)過(guò)流保護(hù)。如果使用中發(fā)現(xiàn)不能躲過(guò)啟動(dòng)時(shí)的勵(lì)磁涌流，則需設(shè)定一個(gè)0.30.5S的時(shí)限，在高壓斷路器合閘0.30.5S后，將此保護(hù)投入，仍為瞬時(shí)動(dòng)作。通過(guò)以上措施

28、，保證短路發(fā)生時(shí)快速、可靠地切除故障。3.      過(guò)負(fù)荷保護(hù)避免變壓器長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行于過(guò)負(fù)荷狀態(tài)下，過(guò)負(fù)荷保護(hù)延時(shí)動(dòng)作于信號(hào)或機(jī)組斷路器跳閘。4.      直流過(guò)流保護(hù)整流柜單柜直流電流信號(hào)送入機(jī)組PLC，在PLC中設(shè)定直流電流超過(guò)1.2倍直流額定電流時(shí)報(bào)警，設(shè)定直流電流超過(guò)1.5倍直流額定電流時(shí)跳閘。5.      第三繞組過(guò)流保護(hù)由于整流變壓器較多采用飽和電抗器調(diào)壓，整個(gè)整流變電系統(tǒng)功率因數(shù)較低，諧波量較大，因此常常采用在變壓器第三繞組進(jìn)行

29、電源無(wú)功補(bǔ)償及諧波治理的方法。由于濾波裝置斷路器距離變壓器一般均有20米左右，變壓器與濾波裝置斷路器之間即是濾波裝置斷路器保護(hù)死區(qū)，第三繞組容量相對(duì)較小，在保護(hù)死區(qū)中存在短路故障時(shí)，變壓器保護(hù)定值不能快速啟動(dòng)，極易造成變壓器嚴(yán)重故障，擴(kuò)大事故，甚至造成變壓器返廠檢修，因此濾波裝置電流速斷保護(hù)應(yīng)按能可靠保護(hù)第三繞組出線短路的原則整定，并應(yīng)無(wú)延時(shí)跳開(kāi)變壓器一次側(cè)高壓斷路器和濾波裝置斷路器。大容量整流電源的保護(hù)是保證整流機(jī)組正常運(yùn)行的重要措施，需要在實(shí)際使用過(guò)程中，根據(jù)實(shí)際使用的效果，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn)，不斷完善、發(fā)展，使保護(hù)真正具有可靠性、快速性、靈敏性、選擇性的基本要求，切實(shí)起到保護(hù)整流電源的作

30、用，使安全、平穩(wěn)供電得到有效保證。十六、以下是牽引變中只留部分的保護(hù)要求1） di/dt保護(hù)      直流饋線開(kāi)關(guān)設(shè)置有di/dt保護(hù)，即電流變化率保護(hù)。開(kāi)關(guān)合閘后，測(cè)量裝置不斷檢測(cè)開(kāi)關(guān)主電路中電流的變化率di/dt，當(dāng)di/dt24 A/ms時(shí)發(fā)出報(bào)警，di/dt40 A/ms時(shí)觸發(fā)DPU96產(chǎn)生中斷。在30 ms內(nèi)如果電流變化率仍高于40 A/ms則30 ms后DPU96保護(hù)分閘；如果30ms內(nèi)電流變化率低于40 A/ms，則di/dt復(fù)零，中斷退出。2） I保護(hù)      直流饋線開(kāi)關(guān)設(shè)

31、置I保護(hù)，即電流增量保護(hù)。在di/dt被觸發(fā)后（di/dt40 A/ms）持續(xù)1 ms，I達(dá)到整定值4 000 A(饋線開(kāi)關(guān))，經(jīng)過(guò)延時(shí)(1 ms)，I動(dòng)作，DPU96保護(hù)分閘。di/dt保護(hù)和I 保護(hù)是直流接觸網(wǎng)末端短路的主保護(hù)。3）接觸網(wǎng)熱過(guò)負(fù)荷保護(hù)      直流饋線開(kāi)關(guān)設(shè)置有接觸網(wǎng)熱過(guò)負(fù)荷保護(hù)。由于1500V的直流供電系統(tǒng)的電流較大，如果供電導(dǎo)體長(zhǎng)時(shí)間通過(guò)大電流，可能會(huì)因供電導(dǎo)體的機(jī)械強(qiáng)度降低而導(dǎo)致故障發(fā)生。DPU96通過(guò)連續(xù)檢測(cè)開(kāi)關(guān)主電路中電流的大小和時(shí)間計(jì)算，判斷結(jié)果后發(fā)出報(bào)警，如果電流持續(xù)增大則DPU96保護(hù)分閘并閉鎖，經(jīng)過(guò)設(shè)定的

32、冷卻時(shí)間后才可以重新合閘。4）反向電流保護(hù)      直流進(jìn)線開(kāi)關(guān)設(shè)置有反向電流保護(hù)。對(duì)于進(jìn)線開(kāi)關(guān)，在其S7 （控制器）中檢測(cè)進(jìn)線電流的方向及大小，一旦進(jìn)線電流出現(xiàn)反向(即流入整流器方向)且大于所設(shè)定飄移值，則DPU96保護(hù)分閘，同時(shí)DPU96控制輸出，通過(guò)硬線觸點(diǎn)聯(lián)跳33kV整流變進(jìn)線開(kāi)關(guān)及另外一臺(tái)1500V進(jìn)線開(kāi)關(guān)。因此當(dāng)一臺(tái)1500V直流進(jìn)線開(kāi)關(guān)發(fā)生反向電流保護(hù)時(shí)，整個(gè)牽引所會(huì)退出運(yùn)行。從運(yùn)營(yíng)安全的角度出發(fā)，可以考慮在運(yùn)營(yíng)前甩開(kāi)對(duì)另外一臺(tái)1500V進(jìn)線開(kāi)關(guān)的聯(lián)跳線路，減少故障影響范圍。5）二極管逆流保護(hù)   

33、   廣州地鐵2號(hào)線1500V采用24脈波全波整流系統(tǒng)，在二極管整流器上裝設(shè)有逆流保護(hù)。其原理為：在整流器的每一個(gè)整流橋臂上都裝有1個(gè)穿心式電流互感器，如果整流橋臂內(nèi)的某個(gè)二極管反向擊穿，則在這個(gè)二極管支路的熔斷器開(kāi)始熔斷的弧前時(shí)間和燃弧時(shí)間內(nèi)，將有故障電流流經(jīng)這個(gè)橋臂，接在電流互感器二次側(cè)的逆流保護(hù)單元就有信號(hào)輸出，向整流機(jī)組33kV進(jìn)線開(kāi)關(guān)保護(hù)裝置發(fā)出跳閘信號(hào)，33kV開(kāi)關(guān)保護(hù)分閘，同時(shí)33kV保護(hù)控制輸出向1500V進(jìn)線開(kāi)關(guān)DPU96發(fā)跳閘信號(hào)，DPU96再保護(hù)分閘1500V進(jìn)線開(kāi)關(guān)。6）框架保護(hù)      直流開(kāi)關(guān)柜

34、、整流器柜、回流柜設(shè)置有框架保護(hù)?？蚣鼙Ｗo(hù)分為電流型框架保護(hù)和電壓型框架保護(hù)。其原理為：負(fù)極柜的S7 （控制器）檢測(cè)框架與大地之間的電流和框架對(duì)負(fù)極的電壓，達(dá)到整定值則S7輸出控制，通過(guò)硬線觸點(diǎn)向本所所有1500V直流開(kāi)關(guān)及鄰所相鄰 1500V直流開(kāi)關(guān)發(fā)出聯(lián)跳信號(hào)(脈沖寬度大于500ms)，每個(gè)直流開(kāi)關(guān)的DPU96或S7收到信號(hào)后保護(hù)分閘同時(shí)閉鎖自動(dòng)重合閘程序。十七、陽(yáng)極效應(yīng)鋁電解槽陽(yáng)極效應(yīng)（AE）自動(dòng)報(bào)警。 陽(yáng)極效應(yīng)是溶鹽電解所固有的一種特征現(xiàn)象。當(dāng)其發(fā)生時(shí)，在陽(yáng)極與電解質(zhì)接觸的周邊上，出現(xiàn)許多細(xì)小的電弧，發(fā)出輕微的噼啪聲，電解質(zhì)沸騰停止，此時(shí)槽電壓已從正常值（例如4伏）升高到數(shù)十

35、伏，并聯(lián)在電壓表上的指示信號(hào)燈也亮了起來(lái)。這就是工廠里所說(shuō)的陽(yáng)極效應(yīng)。陽(yáng)極效應(yīng)可以看做是一種“阻塞效應(yīng)”。它在很大程度上阻礙陽(yáng)極與熔體之間電流傳遞。     實(shí)踐證明，產(chǎn)生這種現(xiàn)解的主要原因是電解質(zhì)中缺乏氧化鋁。在其它條件不變時(shí)，電解質(zhì)中氧化鋁降低到一定程度，就發(fā)生陽(yáng)極效應(yīng)。當(dāng)加入新的氧化鋁后，在陽(yáng)極上又析出氧，氧與炭粉反應(yīng)，逐漸使陽(yáng)極表面清靜，電阻減小，電解過(guò)程又趨于正常。生產(chǎn)中當(dāng)陽(yáng)極效應(yīng)發(fā)生時(shí)，電解質(zhì)的溫度急劇升高，由正常值的940955，急速升高到980990，爐幫熔化變薄，增加了側(cè)部炭塊被侵蝕的可能性。電壓急劇升高，使系列電流波動(dòng)，影響電解槽的產(chǎn)

36、量，電耗增加。生產(chǎn)中陽(yáng)極效應(yīng)的熄滅方法是：1）將效應(yīng)棒（大約23米，直徑24cm的樹(shù)枝）插入鋁液中使木棒燃燒排除陽(yáng)極底掌的氣體薄膜，清潔陽(yáng)極底部，實(shí)際是在燃燒鋁液，整個(gè)過(guò)程大約持續(xù)35分鐘。而此時(shí)電解的電化學(xué)過(guò)程是停止的，這也就是“效應(yīng)時(shí)間不產(chǎn)鋁，而且還要跑電耗”的原因。造成鋁液的嚴(yán)重?fù)p失。以300KA中間下料預(yù)焙槽為例：效應(yīng)系數(shù)0.3次/槽日，效應(yīng)時(shí)間5min,電流效率93%，一個(gè)陽(yáng)極效應(yīng)少產(chǎn)原鋁：300×0.3355×5÷60=8.4kg,噸鋁電耗增加158kwh。這種能量在生產(chǎn)中大多轉(zhuǎn)化為熱能，使電解槽極距間溫度急劇升高，進(jìn)而向陽(yáng)極四周傳導(dǎo)，使的電解槽溫度升高，引起電解質(zhì)中氟化鋁的大量揮發(fā)。以我公司電解槽為例：一個(gè)效應(yīng)時(shí)間5min,分子比平均上升0.1。氟化鋁大約損失1020kg。2）降低陽(yáng)極，增加氧化鋁的下料量，達(dá)到熄滅陽(yáng)極效應(yīng)的目的。傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為：利用陽(yáng)極效應(yīng)可以分離炭渣，清潔電解質(zhì)，補(bǔ)充電解槽熱量的不足，化沉淀。但是隨著陽(yáng)極質(zhì)量的提高以及智能模糊控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和點(diǎn)式下料技術(shù)的應(yīng)用，陽(yáng)極效應(yīng)優(yōu)點(diǎn)愈來(lái)愈變得渺小，因此傳統(tǒng)的這種觀點(diǎn)已不能適應(yīng)當(dāng)今現(xiàn)代電解槽生產(chǎn)。同時(shí)，陽(yáng)極效應(yīng)還伴隨產(chǎn)生對(duì)大氣臭氧層有破壞性的PFCs(CF4C2F6)氣體。鋁電解生產(chǎn)主要是通過(guò)控制電解槽槽電壓來(lái)保持較好的生產(chǎn)技術(shù)條件（計(jì)算機(jī)控制稱槽電阻控制）。正常控制時(shí)，槽