大型鋁電解系列不停電技術及成套裝置研制項目課件

國家重大產業(yè)技術裝備研制和重大產業(yè)技術開發(fā)專項

“300kA級鋁電解槽生產綜合節(jié)能技術開發(fā)”

大型鋁電解系列不停電(全電流)

技術及成套裝置研制項目匯報

河南中孚實業(yè)股份有限公司華中科技大學鄭州中實賽爾科技有限公司國家重大產業(yè)技術裝備研制和重大產業(yè)技術開發(fā)專項

“300kA1一、項目簡介一、項目簡介21、項目背景電解鋁是一種重要的基礎原材料，是僅次于鋼鐵的第二大金屬鋁電解槽大容量、大系列已成當今世界鋁電解工業(yè)的技術主流“鋁電合一”形成的大系列、小電網(wǎng)運行模式成為電解鋁工業(yè)發(fā)展的突出特點，電網(wǎng)適應電流波動的能力薄弱系列中電解槽停槽檢修、新槽啟動、大修槽陰極鋼棒焊接而沿用的系列停電或大幅度降負荷的操作模式對于鋁電解系列而言，好比正在行軍的部隊，因為一個士兵的原因，整個部隊要停下來等待；造成的不良影響日益突出而又無法避免，成為長期困擾鋁電解行業(yè)的技術難題1、項目背景電解鋁是一種重要的基礎原材料，是僅次于鋼鐵的第二32、項目來源本項目是國家重大產業(yè)技術裝備研制和重大產業(yè)技術開發(fā)專項“300kA級鋁電解槽生產綜合節(jié)能技術開發(fā)”項目（豫發(fā)改高技[2005]1005號和發(fā)改辦高技[1255號]）課題之一

本項目由河南中孚實業(yè)股份有限公司承擔，華中科技大學、鄭州中實賽爾科技有限公司共同實施2、項目來源本項目是國家重大產業(yè)技術裝備研制和重大產業(yè)技術開43、項目主要內容研究鋁電解槽停、開槽電流轉移過程的規(guī)律及控制方法，研究鋁電解槽大修陰極鋼棒各區(qū)磁場分布與母線電流的關系及調整方法研制鋁電解槽不停電（全電流）停、開槽，及大修焊接的方法和裝置推廣應用以上方法和裝置，從而徹底解決鋁電解槽大修停電的技術難題3、項目主要內容研究鋁電解槽停、開槽電流轉移過程的規(guī)律及控制54、項目主要研發(fā)過程早在1995年12月，我國280kA大型鋁電解試驗槽開動前首次進行短路試驗時，沒有停電操作，結果造成了短路口“放炮”，短路母線遭到嚴重損壞，使整個試驗槽啟動計劃推遲了3天

然而經過對許多電氣專家和電器設備廠的咨詢，當時形成的結論開發(fā)這樣的裝置幾乎是不可能的

1997年9月，課題組成員之一的梁學民同志聯(lián)合時任湖北超高壓輸變電局總工程師的李國興教授（國家?guī)щ娮鳂I(yè)專家委員會成員），所在單位提交了“開發(fā)鋁電解不停電短路裝置的申請報告”和初步設想，經專家討論，結論也是否定的4、項目主要研發(fā)過程早在1995年12月，我國280kA大型6最早提出本項目研發(fā)的文件一九九七年提出的項目申請報告研究人員就項目合作簽訂的技術協(xié)議最早提出本項目研發(fā)的文件一九九七年提出的項目申請報告研究人員74、項目主要研發(fā)過程本項目于1996年開始構思，并進行前期調研和數(shù)據(jù)收集；2002年開始申報國家經貿委技術創(chuàng)新項目；由于政府換屆未能立項；2004年6月企業(yè)自籌資金啟動。根據(jù)課題組顧問李國興教授和孫立錦教授的建議開始與國外某著名大電流開關制造企業(yè)（產品最大電流60kA）合作開發(fā)該技術。

與此同時再次以“300kA級大型鋁電解槽綜合節(jié)能技術開發(fā)”課題（本課題為六項分課題之一）開始申報國家發(fā)改委“國家重大技術裝備及重大產業(yè)技術開發(fā)專項”資金計劃，經過多次評審論證，并于2004年9月30日在北京鐵道大廈通過了最后一次專家評審。2005年6月25日國家發(fā)改委正式批準立項（發(fā)改辦高技[1255號]）。4、項目主要研發(fā)過程本項目于1996年開始構思，并進行前期調84、項目主要研發(fā)過程其間課題組在中孚實業(yè)320kA電解槽上模擬大電流分流短路試驗條件進行了大電流轉移試驗取得了成功，證明了大電流短路分流方法的可行性

經過歷時一年多時間的合作開發(fā)，通過不斷的技術研究和方案修改，兩次現(xiàn)場考察和四次技術談判。2005年6月12日課題組與國外合作單位在西安就電解槽不停電停開槽專用大電流開關組的開發(fā)方案達成一致，并簽訂了技術合作協(xié)議，約定于2005年7月初正式簽訂商務合同。但是一個多月后外方通過代理商轉告課題組“對項目沒有把握，擔心影響其產品聲譽”。至此，課題組開發(fā)工作陷入困境。4、項目主要研發(fā)過程其間課題組在中孚實業(yè)320kA電解槽上模94、項目主要研發(fā)過程課題組根據(jù)李國興教授的建議，決定聯(lián)合華中科技大學按照課題組最早提出的開發(fā)方案，由國內自主開發(fā)試驗。

本項目歷經十多年的理論研究和資料收集，經過數(shù)十次的試驗室試驗和十余次現(xiàn)場試驗，于2006年9月，終獲成功。經過對技術及裝置的進一步完善，形成了成熟的不停電（全電流）停、開槽和大修焊接技術，制造并應用了成套的裝置。目前，河南中孚實業(yè)股份有限公司已應用該技術及裝置成功停、開320kA電解槽79臺次，大修焊接電解槽10余臺次，申報國家專利7項4、項目主要研發(fā)過程課題組根據(jù)李國興教授的建議，決定聯(lián)合華中104、項目主要研發(fā)過程理論研究現(xiàn)場測試方案設計設備研制實驗測試現(xiàn)場試驗改進試驗樣機改進型樣機改進改進改進專利申報成套裝置專利技術專利產品4、項目主要研發(fā)過程理論研究現(xiàn)場測試方案設計設備研制實驗測試11二、項目開發(fā)研制大型鋁電解系列不停電技術及成套裝置研制項目課件121、鋁電解不停電技術研究與試驗

鋁電解槽停、開槽過程計算與分析鋁電解槽不停電停、開槽研究思路大電流轉移試驗與分析全電流條件下大修槽陰極鋼棒焊接技術研究與試驗1、鋁電解不停電技術研究與試驗鋁電解槽停、開槽過程計算與分13鋁電解槽停、開槽過程計算與分析鋁電解系列的特點系列有幾十臺到數(shù)百臺電解槽串聯(lián)而成，單臺槽具有大電流（達直流300kA以上）、低電壓（直流4V左右）的特點，整個系列具有大電流、高電壓（達1300V以上）的特點。系列中任一臺電解槽停槽或開槽操作，都將涉及系列主回路，并承受巨大的電流轉移。電解槽的?；蜷_槽是通過操作短路口的閉合和斷開來實現(xiàn)的。

鋁電解槽停、開槽過程計算與分析鋁電解系列的特點14單臺電解槽電路原理單臺電解槽電路原理15電解槽短路口斷開過程中，短路母線分流量及槽電壓變化量如右表。短路口閉合過程與此相反。停、開槽計算電解槽短路口斷開過程中，短路母線分流量及槽電壓變化量如右表。16停、開槽分析無論是停槽還是開槽，都是電流從一個回路轉移到另一個回路的過程，這個過程是動態(tài)的非線性變化電解槽停槽時帶電閉合第一塊短路塊，開槽時帶電斷開最后一塊短路塊，電流轉移的能量最大只要短路塊接觸面之間有電位差，在閉合或斷開短路塊時，都會產生氣體放電現(xiàn)象，即所謂的“打火”或“放炮”現(xiàn)象“打火”的能量取決于打火的電流、電壓（槽電壓）和維持時間逐個斷開和閉合短路塊的最大電流轉移量近200kA，直接操作短路塊是不可行的停、開槽分析無論是停槽還是開槽，都是電流從一個回路轉移到另一17鋁電解槽停、開槽過程電流、電壓動態(tài)變化曲線鋁電解槽停、開槽過程電流、電壓動態(tài)變化曲線18不停電停、開槽過程研究的關鍵問題電流轉移動態(tài)過程的監(jiān)測與控制無論停槽還是開槽，閉合或打開每一片短路塊，電流轉移量及電壓變化量都是不同的，對過程中的每一個步驟都要有相應的控制策略和措施，以避免形成電弧；回路電阻的控制與平衡電流轉移過程中，所有電接觸部位及導體的電阻都必須限制到很低的數(shù)值，否則由電發(fā)熱引起的溫升可能造成接觸部位金屬熔融，形成熔焊。不停電停、開槽過程研究的關鍵問題電流轉移動態(tài)過程的監(jiān)測與控制19鋁電解槽不停電停、開槽研究思路及方案總體思路

不停電停、開電解槽的關健是在全電流條件下安全打開或閉合短路塊。安全打開或閉合短路塊的前提是電流轉移的能量要小，即產生火花的能量小降低電流轉移的能量的途徑是，降低短路口兩端的電壓（等于槽電壓）、減小短路口通過的電流經過研究提出了采用短路口分流技術技術路線。鋁電解槽不停電停、開槽研究思路及方案總體思路20短路口分流技術（方案一）采用一種電阻足夠小并帶有大電流開、合功能的裝置。在停槽時，把處于斷開狀態(tài)的裝置接入電路，然后讓裝置閉合，形成短路口的分流，然后閉合短路口，再斷開并聯(lián)回路，即實現(xiàn)停槽；開槽時，反之。此法稱之為“分流短路法”電解槽短路口電解槽電阻短路分流裝置短路口分流技術（方案一）采用一種電阻足夠小21短路口分流技術（方案二）

電解槽開槽前，在短路口兩端并聯(lián)上一組電阻足夠小的分流電阻，然后在此分流電阻的分流保護下，斷開所有的短路塊，隨后電阻阻值迅速增大，使分流量逐漸減少，通過電解槽的電流逐漸增大，最終使電流全部轉移到電解槽上，實現(xiàn)電解槽的開動。反之，用于停槽。此法稱之為“過渡電阻分流法”電解槽短路口可變電阻短路口分流技術（方案二）電解槽開槽前，在22其它方案研究過程中，項目組專家還提出了如“液態(tài)電阻調壓法”、“超導分流調壓法”等研究方案，經研究和試驗分析論證后，選擇了前述的兩種方法開展進一步的研究開發(fā)。其它方案研究過程中，項目組專家還提出了如“液態(tài)電阻調壓法”、23不停電大修陰極鋼棒焊接技術現(xiàn)象電解槽大修時，需要把陰極鋼棒與外部的母線焊接連通，這一操作必須在電解廠房完成陰極鋼棒焊接部位處于上、下游電解槽及自身母線電流產生的強磁場中，鋼棒頭磁性較強，焊接時偏弧和飛濺嚴重，無法進行常規(guī)焊接。不停電大修陰極鋼棒焊接技術現(xiàn)象24目前采用的方法一是槽殼內磁屏蔽焊接法二是系列停電焊接法三是鋼棒頭壓接法四本項目電、磁平衡調整法目前采用的方法25電磁平衡調整法通過對中孚320kA鋁電解槽進行研究和試驗，經過現(xiàn)場測量、槽母線配置分析及電、磁計算后，將電解槽劃分為幾個區(qū)域，采用電流平衡和電磁補償措施分別調整各施焊區(qū)域的磁感應強度，使區(qū)域內的磁場數(shù)值降低到能夠順利焊接的范圍，從而保證鋼棒能夠很好地進行焊接。同理，分步調整各區(qū)的磁場強度，最終實現(xiàn)全部焊接。2005年10月25日，對1024#大修槽采用該技術進行焊接試驗，取得了成功。此后，中孚實業(yè)320kA系列所有的大修槽全部采用這種方法進行不停電焊接。2006年該技術實現(xiàn)了技術轉讓（見附件）。電磁平衡調整法通過對中孚320kA鋁電解槽進行研究和試驗，經262、不停電停、開槽裝置研制大型鋁電解系列全電流條件下停、開槽裝置研制涉及電、磁、熱、材料及機械等學科。涉及電解槽停、開槽大電流轉換過程電流、電壓以及能量轉移等動態(tài)過程控制裝置應具備的最基本的功能有三個：一是具備大電流（數(shù)十萬安培）有載接通和分斷能力二是具有較大的通流能力三是體積小、重量輕、無磁性，能夠符合現(xiàn)場的使用要求。主要技術難點：大電流轉移過程中電弧熄滅及大電流發(fā)熱問題；多點操動機構的同步問題；現(xiàn)場裝置的安裝與操作問題2、不停電停、開槽裝置研制大型鋁電解系列全電流條件下停、開槽27

“大電流分流有載短路”裝置試驗樣機的研制

試驗樣機用于本項目原理性試驗，裝置技術指標及性能的測試，為實用樣機提供技術參數(shù)。試驗樣機一臺。

技術要求額定斷口電壓DC10V額定工作電流DC70kA帶電部位對地最高耐壓DC1400V額定通流情況下壓降≤150mV瞬間耐受沖擊電流DC350kA環(huán)境溫度≤80℃外觀尺寸500×700×1000mm內“大電流分流有載短路”裝置試驗樣機的研制28單觸電結構設計方案

驅動機構板式框架安裝外罩彈性推桿斷口單觸電結構設計方案驅動機構板式框架彈性推桿斷口29設計制造方案設計。確定樣機的基本結構：板式框架多觸頭，多驅動，快速動作方案論證。觸頭形式論證，驅動機構選擇論證，導電材料論證，控制方式論證設計計算。通流能力計算，電動力計算，電氣發(fā)熱計算，結構力學計算，驅動力計算設計。結構設計、電氣設計、控制設計、安裝方式設計、配套工具設計材料選擇、機構匹配。無磁性材料，磁動力驅動，分級絕緣設計樣機制造設計制造方案設計。確定樣機的基本結構：板式框架多觸頭，多驅動30樣機試驗熱穩(wěn)定試驗接通樣機20分鐘，測量分流量和導電部件溫度，測量導體電壓降動穩(wěn)定試驗閉合、斷開樣機數(shù)次，觀察閉合、斷開過程，觀察機械應變情況試驗樣機首次試驗照片樣機試驗熱穩(wěn)定試驗試驗樣機首次試驗照片31試驗結果樣機閉合順利，閉合后槽電壓由原來的4.2V降到了1V以下，裝置通流量59kA，穩(wěn)定通流20分鐘，測量裝置內部導電體溫均能不高于80℃，總電阻不大于10μΩ。樣機斷開時，觀察到個別觸頭有較強火花，并伴隨有爆鳴聲，產生火花的觸頭表面被燒蝕。經過測量分析，造成以上現(xiàn)象的原因是滅弧裝置導流量小，因此在改進型樣機試驗中采取了新的滅弧措施。試驗結果32改進型樣機制造與試驗

改進型樣機共五臺（針對中孚320kA電解槽設計）組成，由電氣智能控制系統(tǒng)完成整套裝置整體操動。技術要求額定斷口電壓DC10V額定工作電流DC350kA帶電部位對地最高耐壓DC1400V額定通流情況下本體壓降≤150mV五臺不同步時間≤0.02s環(huán)境溫度≤80℃改進型樣機制造與試驗改進型樣機共五臺（針33改進型樣機的特點采用超大截面斷口及高導流導電系統(tǒng)，單斷口通流能力達10kA，通流率高，發(fā)熱量??；導電分流系統(tǒng)采用扁平結構，增加表面散熱，在電流密度比試驗樣機增大一倍的情況下，導電體溫升并沒有增大；創(chuàng)新設計并應用了板式框架結構，整個框架只有三塊鋼板和數(shù)根連接桿件組成，體積小巧，安裝方便，重量比第一代樣機降低了60%；驅動機構采用近幾年來開關行業(yè)最新技術——磁動力操動機構，創(chuàng)新應用多組磁動力機構驅動單臺設備技術和多組磁動力機構同步聯(lián)動技術；傳動部分研制并應用了聯(lián)臂杠桿機構和強彈力推動機構，使各斷口的同步性達到毫秒級，并使斷口之間形成強力彈性壓接，單個斷口壓力可達200kg以上；改進型樣機的特點采用超大截面斷口及高導流導電系統(tǒng)，單斷口通流34改進型樣機的特點6.

創(chuàng)新應用了斷口自適應平面接觸裝置，使斷口電接觸率高，壓接效果好，單斷口電阻降低到10μΩ以下；7.

研制應用了二次滅弧裝置，可使電弧集中到預定的滅弧觸頭上，并在滅弧觸頭上被熄滅；8.

簡化了外部連接結構，通過軟母排直接壓接到立柱與短路塊之間，軟母排總長度不到1米，開發(fā)了專用壓接卡具，安裝方便，總安裝時間不到30分鐘；9.

研制了“多路磁力機構智能控制裝置”，實現(xiàn)了多達數(shù)十臺磁力操動機構的智能同步動作，同步動作誤差小于20mS，解決了多臺同步動作的技術難題；10.

主體結構采用非磁性材料制造，能夠在強磁場環(huán)境下安全運行；11.

采用三級電氣絕緣，保證使用時的電氣安全。改進型樣機的特點6.創(chuàng)新應用了斷口自適應平面接觸裝置，35多路磁力機構智能控制系統(tǒng)結構組成

此裝置主要由控制單元、調壓整流單元和儲能放電單元三個部分組成?？刂茊卧捎肞LC控制器，通過編制程序來控制裝置的分、合閘操作以及儲能電容器的自動充電；調壓整流單元根據(jù)現(xiàn)場不同的電源形式來調整整流側的輸入電壓，從而得到符合要求的整流輸出電壓；儲能電容主要是用來給磁力機構提供大電流脈沖。多路磁力機構智能控制系統(tǒng)36技術參數(shù)輸入電壓AC380V

充電電壓DC0—400V可調充電時間10—65S手動放電時間20S

合閘電流200A

分閘電流150A合閘脈沖寬度10—300mS分閘脈沖寬度10—200mS動作精度誤差＜3%輸出回路數(shù)30個通訊接口RS232口技術參數(shù)37成套裝置應用試驗

由五臺改進型樣機組成的具有超大電流通、斷能力的短路分流裝置及“多路磁力機構智能控制裝置”組成的成套裝置于2006年8月完成試制，9月完成調試和性能測試。10月4日，進行了工業(yè)生產實用試驗。試驗在中孚實業(yè)320kA系列1036#槽上進行。320成套裝置首次工業(yè)試驗現(xiàn)場照片成套裝置應用試驗由五臺改進型樣機組成的具有38試驗條件改進成套樣機首次工業(yè)現(xiàn)場試驗在中孚320kA電解槽上進行，該槽進電方式為非對稱五立柱進電，試驗槽處于正常生產狀態(tài)，槽電壓４.2Ｖ，電流320kA。不停電停、開槽裝置共有五臺設備構成，每個立柱上安裝一臺。安裝方式為軟母線連接?？刂品绞綖椤岸嗦反艅恿C構智能同步控制”。試驗條件改進成套樣機首次工業(yè)現(xiàn)場試驗在中孚320kA電解槽上39冷態(tài)試驗把成套裝置中的五臺設備調試好，接通設備與控制柜的連接線。按下閉合按鈕，觀察五臺設備的動作情況，檢查十五組觸頭動作的同步性。檢查處于閉合狀態(tài)的觸頭的閉合壓力和接觸情況。按動分閘按鈕，斷開設備，檢查斷開的同步性，檢查觸頭接觸面的接觸率。反復動作三次，觀察各傳動機構是否工作正常。試驗結果：觸頭合\分同步性好，單個觸頭閉合壓力達到200kg以上，觸頭面接觸率達到80%以上。反復動作三次，各機構動作靈活，無異常。冷態(tài)試驗40動態(tài)試驗裝置處于打開狀態(tài)，進出連接板通過軟母線分別與電解槽的立柱和短路塊連接。裝置同步動作接通后，槽電壓由4.1v降低到0.6v。閉合過程十分平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)任何打火花現(xiàn)象。按動分閘按鈕，裝置同步斷開。斷開過程中，發(fā)現(xiàn)處于裸露狀態(tài)的二次弧觸頭（為了方便觀察拆下了弧觸頭的滅弧罩）有打火花現(xiàn)象并伴有響聲，試驗后對二次弧觸頭進行了解剖，發(fā)現(xiàn)其電接觸表面有如煙熏后斑點狀的痕跡，但沒有燒傷；工作觸頭則沒有任何打火現(xiàn)象。表明所設計的三級觸頭二次滅弧裝置取得了成功。動態(tài)試驗裝置處于打開狀態(tài)，進出連接板通過軟母線分別與電解槽的41穩(wěn)態(tài)試驗與分流量裝置閉合前，槽電壓為4.2V，電流320kA，閉合裝置，槽電壓降低到0.６V，分流量測試值為274166A。穩(wěn)定通流２0分鐘，對各部件溫升進行測量，最高溫度不超過８0℃。穩(wěn)態(tài)試驗與分流量42短路口操作試驗與分析本次試驗表明此技術及裝置應用于全電流狀態(tài)下正常工作的320kA電解槽停或開槽的是完全可行的。根據(jù)此次試驗，項目組完成了第一代產品的研制，已應用于中孚實業(yè)鋁業(yè)二分公司320KA電解鋁系列上。該大電流不停電開關被命名為“賽爾開關”，“CELLSwitch”（電解槽ReductinCell）短路口操作試驗與分析43賽爾開關樣機賽爾開關樣機44賽爾開關整體安裝賽爾開關整體安裝453、“可變電阻分流法”開槽裝置“可變電阻分流”由連接部分和可變電阻部分組成，即“過渡電阻分流”的一種形式；真正找到一種電阻無限可調的材料是十分困難的，本方案設想這種材料是一種由低電阻開始的導電良好的材料，其電阻值可根據(jù)需要迅速增大，到足夠大；事實上對導電材料而言就接近于斷開，通過研究找到低熔點的特性使其在一定溫度下熔斷；該裝置的核心是可變電阻部分，在電解槽參數(shù)一定時，其決定了電流轉移的過程，包括分流量、轉移速度及熔斷時間等。3、“可變電阻分流法”開槽裝置“可變電阻分流”由連接部分和46“可變電阻分流裝置”開槽技術理論研究由于這一過程是不可逆的，因此僅適用于開槽過程先把可變電阻分流裝置并接入短路口兩端，形成短路口的分流回路，在其分流作用下，可以安全打開短路口。當短路塊斷開后，大部分電流流經“可變電阻分流裝置”，使其嚴重過負荷而導致溫度急劇上升，溫度上升時其電阻率也會發(fā)生很大的變化。隨著通電時間的延長，可變電阻的溫度會越來越高，電阻率越來越大，電流逐步向電解槽內轉移，通過電解槽導的電流逐步增大，這正適合電解槽開槽時要求的通流特性，避免了系列電流瞬間出現(xiàn)大的擾動，保證了生產的穩(wěn)定。當可變電阻的溫度繼續(xù)上升，大到其熔點溫度時就會被熔斷，從而使電流全部轉移到電解槽上，實現(xiàn)開槽。可變電阻我們也稱其為“熔斷器”。“可變電阻分流裝置”開槽技術理論研究由于這一過程是不可逆的，47可變電阻分流裝置的設計

“可變電阻分流裝置”設計要經過嚴格的電、熱計算，并充分考慮到環(huán)境溫度、通風條件等現(xiàn)場使用條件的影響，以保證精確的熔斷時間和合適的分流電流。如果選擇不當，可能會使熔斷器不熔斷或熔斷過早，如果熔斷過早，會威脅操作人員安全。當電壓已升高到一定值，若不熔斷，電流就不能完成開槽過程，若強行拆除，則存在較大的危險性，這是試驗最不希望出現(xiàn)的結果。分流量：要求總的分流量達到一定比例，才能夠滿足短路口全部斷開時電壓不會過高，確保操作安全，分流量過小，會造成短路口無法安全打開；分流量過大，會增加裝置的重量，還可能出現(xiàn)熔斷過快。可變電阻分流裝置的設計“可變電阻分流裝置48一種“可變電阻分流裝置”的分流量計算短路塊狀態(tài)短路塊分流量（kA）槽電壓(V)分流器電流(kA)全閉合199665.70.1871866106963.79斷開1片191657.80.1996435114082斷開2片1825080.2138765122215.15斷開3片171953.40.2302947131596.98斷開4片159643.70.2494432142538.98斷開5片145101.20.2720648155465.59斷開6片127658.10.2991986170970.61斷開7片106350.10.3323442189910.98斷開8片79733.040.3737486213570.63斷開9片45540.030.4269377243964.42全斷開00.4977778284444.44一種“可變電阻分流裝置”的分流量計算短路塊狀態(tài)短路塊分流量（49一種“可變電阻分流裝置”的熱傳導圖

圖中A為可變電阻，紅色部分是電解槽母線，其余為可變電阻連接部分。B

ADFECG一種“可變電阻分流裝置”的熱傳導圖圖中A為50

熱路圖熱路圖51熔斷時間熔斷時間過長或過短都是不利的；在電壓一定的情況下，熔斷時間取決于分流量多少和熔斷器本身的設計參數(shù)，如材質、結構、尺寸等。熔斷器熔點、熱容等參數(shù)不同，電阻隨溫度變化的特性不同，外部形狀不同則散熱特性，這些均影響熔斷器溫度升高的速度及熱平衡點。熔斷器重量不同，熔斷需要熱量就不同。在電解槽電參數(shù)發(fā)生變化時，或使用環(huán)境（如氣溫等）變化時，熔斷器的以上參數(shù)均相應變化，以保證適宜的熔斷時間。根據(jù)反復試驗，得出了熔斷時間理論計算至于實際熔斷時間之間的經驗關系式，并將熔斷時間控制在10-15分鐘。熔斷時間熔斷時間過長或過短都是不利的；52分流量計算值槽電阻（μΩ）分流器電阻（μΩ）短路塊閉合數(shù)槽電壓分流器分流量（A）12.52.22100.2090350.1112.52.2290.2196813.2312.52.2280.23104272.2712.52.2270.25112976.6212.52.2260.27123266.5612.52.2250.30135618.7612.52.2240.33150722.2112.52.2230.38169611.3112.52.2220.43193913.2812.52.2210.50226343.9212.52.2200.60271800.68分流量計算值槽電阻（μΩ）分流器電阻（μΩ）短路塊閉合數(shù)槽電53試驗分析根據(jù)2068#槽試驗的數(shù)據(jù)，對可變電阻截面及成份進行了改進，并在1065#、1022#、1069#三臺槽上進行了試驗，試驗數(shù)據(jù)見下表。本次試驗在系列滿負荷的條件下進行，試驗的成功表明，采用“可變電阻分流”技術，選用合適的材料及規(guī)格制成的可變電阻，可以實現(xiàn)大型鋁電解槽在系列全電流條件下電流轉移，從而順利啟動電解槽。首次試驗成功的錄像資料項目2068#1065#1022#1069#可變電阻數(shù)（組）20202020熔斷時間（min）50204918熔斷段電（μΩ）3.454.153.835.43電流強度（A）10145132531176512891試驗分析根據(jù)2068#槽試驗的數(shù)據(jù)，對可變電阻截面及成份進行54三、經濟效益和社會效益大型鋁電解系列不停電技術及成套裝置研制項目課件55經濟效益計算條件數(shù)據(jù)(中孚320kA系列)系列安裝槽數(shù)282臺電解槽大修周期1500天（設計值）每年大修槽數(shù)量70臺（282/4）單臺槽日產鋁2.423噸（電流效率94%）每停、開一臺電解槽系列停電時間30分鐘每大修一臺電解槽焊接停電時間2小時每停一次電影響電解槽電流效率降低1%持續(xù)1天每停一次電影響電解槽能耗升高1%持續(xù)1天優(yōu)化生產按每次兩臺槽停電一次計算全年停電次數(shù)105次（70÷2×3）每噸鋁利稅（以目前價格水平計）5000元經濟效益計算條件數(shù)據(jù)(中孚320kA系列)56減產原鋁計算年停開槽時間(30×2÷60+2)×70÷2=105小時系列減產原鋁105÷24）天×2.423噸/臺天×280臺=2968噸電流效率降低減產原鋁105天×2.423噸/槽天×280臺×1%=713噸總減產原鋁量2968+713=3681噸增加能耗按每停一次電影響電解槽能耗（增加1%）持續(xù)1天計算105天×2.423噸/槽天×14200KWH/噸×1%X280臺=1011.6萬kWh減產原鋁計算57經濟效益測算避免減少鋁產量效益5000元×3681噸=1840萬元節(jié)電效益1011.6kwh×0.35元/kwh=354萬元另外：避免電廠停電少發(fā)電5000萬kwh,消耗燃油每年3000多噸，經濟效益1800萬元。對中孚實業(yè)而言，該技術產生的經濟效益總和超過4000萬元/年。

預計到2010年，我國電解鋁產量將達到1200萬噸，推廣后預計每年可節(jié)電8.5億度，折合標準煤近10.4萬噸，減少電廠燃油消耗3.99萬噸（鋁電合一企業(yè)按1/5份額），折合標準煤5.7萬噸，增產鋁約12萬噸，增加經濟效益10億元以上。經濟效益測算避免減少鋁產量效益58社會效益

本項目研制開發(fā)的技術及裝置能夠實現(xiàn)鋁電解系列不停電停、開槽和大修焊接，節(jié)能效果顯著，且降低陽極效應減少了大量CO2及其它有害物質的排放量，減少了能源消耗；由于增加了電解槽及發(fā)電設備的壽命，減少了由大修帶來的廢物排放，節(jié)約大量的資源，具有顯著的節(jié)能和環(huán)保效果，符合國家的產業(yè)政策。社會效益59推廣應用前景

解決了鋁電解槽系列單臺電解槽大修系列停電的技術難題，避免了因此造成的供電負荷大幅波動對電解系列造成影響，改變了傳統(tǒng)的生產操作模式，實現(xiàn)了電解鋁在非事故條件下的不停電生產，對于高耗能產業(yè)的電解鋁工業(yè)而言，在節(jié)能、增產、環(huán)保以及減少對電解鋁、電力系統(tǒng)的設備危害都有著重要意義。

我國電解鋁產能居世界第一位。除大型特大型電解槽系列以外，本項目技術及裝置不僅適用于大型、特大型鋁電解系列，而且對于中小型電解槽生產系列而言，完全能夠適用。此外由于電解鋁技術在世界范圍內相同的技術特點，也適用于國外電解鋁廠應用。因此本項目技術對于電解鋁行業(yè)而言具有重大的推廣應用價值和廣闊的推廣應用前景。推廣應用前景

解決了鋁電解槽系列單臺電解槽大修系列停60四、結語大型鋁電解系列不停電技術及成套裝置研制項目課件61本項目從初期研發(fā)到開發(fā)應用成套的技術和裝置，經歷了理論研究、實驗分析、方案設計、設備研制、試驗測試及現(xiàn)場應用試驗等幾個階段，成功地開發(fā)出了一整套電解鋁不停電生產技術和裝置。為電解鋁技術創(chuàng)新積累了寶貴的經驗。本項目針對現(xiàn)代電解鋁工業(yè)用電負荷大、單臺電解槽檢修必需全系列計劃停電，不僅嚴重破壞正常工藝制度且制約槽壽命進一步提高，造成能源利用率越來越低，而且可能給供電大電網(wǎng)造成致命沖擊的世界性技術難題，研制開發(fā)了一整套技術與裝置。本項目從初期研發(fā)到開發(fā)應用成套的技術和裝置，經歷了理論研究、62主要創(chuàng)新點創(chuàng)造性的應用電流轉移和能量轉移方法，開發(fā)成功的超大容量電解鋁系列全電流條件下停、開槽技術；研制的分置式多點分流、同步運行開關組裝置和可變電阻分流裝置，解決了鋁電解環(huán)境下單臺電解槽檢修必須計劃停電的世界性難題。為具有鋁電合一企業(yè)或小電網(wǎng)的電解鋁企業(yè)安全、高效運行提供了技術支撐，可有效減少電解鋁企業(yè)不當作業(yè)對大電網(wǎng)可能造成的災害性沖擊；開發(fā)了超大直流(300KA以上)強磁場環(huán)境下的電流平衡調整技術，大大削弱鋁電解槽焊接部位的磁場強度，首次實現(xiàn)了鋁電解系列不停電焊接并進行了技術轉移，能有效增加系列產量。主要創(chuàng)新點63改進方向

雖然本項目開發(fā)的技術與裝置已基本滿足了項目承擔單位的生產實際需要，并實現(xiàn)停、開槽79臺次，大修焊接電解槽10余臺次，避免因系列停電造成的經濟損失上千萬元，且實現(xiàn)了不停電焊接技術的轉讓，但還要進一步優(yōu)化產品結構，使體積變小、重量減輕。同時完善操作規(guī)程，以使其能夠適用于不同類型的電解槽，為技術及裝置的全面推廣打下良好的基礎。改進方向雖然本項目開發(fā)的技術與裝置已基本滿645、證明材料本項目申報專利清單5、證明材料本項目申報專利清單65大型鋁電解系列不停電技術及成套裝置研制項目課件66大型鋁電解系列不停電技術及成套裝置研制項目課件67大型鋁電解系列不停電技術及成套裝置研制項目課件68特別致謝感謝國家發(fā)改委、國家有色協(xié)會和省市各級政府部門對本課題研究的大力支持感謝中孚實業(yè)董事長張洪恩先生為本課題的研究提供了非常好的物質條件，并創(chuàng)造了良好的企業(yè)環(huán)境感謝課題組顧問李國興教授，是他的鼓勵和長期的技術支持使課題組人員始終堅定了成功的信心感謝合作單位全體研發(fā)人員的共同努力還有很多對本課題研究工作給予幫助的朋友們特別致謝感謝國家發(fā)改委、國家有色協(xié)會和省市各級政府部門對本課69歡迎各位領導、各位評委、各位與會專家蒞臨現(xiàn)場參觀指導！謝謝！歡迎各位領導、各位評委、各位與會專家蒞臨現(xiàn)場參觀指導！謝70國家重大產業(yè)技術裝備研制和重大產業(yè)技術開發(fā)專項

“300kA級鋁電解槽生產綜合節(jié)能技術開發(fā)”

大型鋁電解系列不停電(全電流)

技術及成套裝置研制項目匯報

河南中孚實業(yè)股份有限公司華中科技大學鄭州中實賽爾科技有限公司國家重大產業(yè)技術裝備研制和重大產業(yè)技術開發(fā)專項

“300kA71一、項目簡介一、項目簡介721、項目背景電解鋁是一種重要的基礎原材料，是僅次于鋼鐵的第二大金屬鋁電解槽大容量、大系列已成當今世界鋁電解工業(yè)的技術主流“鋁電合一”形成的大系列、小電網(wǎng)運行模式成為電解鋁工業(yè)發(fā)展的突出特點，電網(wǎng)適應電流波動的能力薄弱系列中電解槽停槽檢修、新槽啟動、大修槽陰極鋼棒焊接而沿用的系列停電或大幅度降負荷的操作模式對于鋁電解系列而言，好比正在行軍的部隊，因為一個士兵的原因，整個部隊要停下來等待；造成的不良影響日益突出而又無法避免，成為長期困擾鋁電解行業(yè)的技術難題1、項目背景電解鋁是一種重要的基礎原材料，是僅次于鋼鐵的第二732、項目來源本項目是國家重大產業(yè)技術裝備研制和重大產業(yè)技術開發(fā)專項“300kA級鋁電解槽生產綜合節(jié)能技術開發(fā)”項目（豫發(fā)改高技[2005]1005號和發(fā)改辦高技[1255號]）課題之一

本項目由河南中孚實業(yè)股份有限公司承擔，華中科技大學、鄭州中實賽爾科技有限公司共同實施2、項目來源本項目是國家重大產業(yè)技術裝備研制和重大產業(yè)技術開743、項目主要內容研究鋁電解槽停、開槽電流轉移過程的規(guī)律及控制方法，研究鋁電解槽大修陰極鋼棒各區(qū)磁場分布與母線電流的關系及調整方法研制鋁電解槽不停電（全電流）停、開槽，及大修焊接的方法和裝置推廣應用以上方法和裝置，從而徹底解決鋁電解槽大修停電的技術難題3、項目主要內容研究鋁電解槽停、開槽電流轉移過程的規(guī)律及控制754、項目主要研發(fā)過程早在1995年12月，我國280kA大型鋁電解試驗槽開動前首次進行短路試驗時，沒有停電操作，結果造成了短路口“放炮”，短路母線遭到嚴重損壞，使整個試驗槽啟動計劃推遲了3天

然而經過對許多電氣專家和電器設備廠的咨詢，當時形成的結論開發(fā)這樣的裝置幾乎是不可能的

1997年9月，課題組成員之一的梁學民同志聯(lián)合時任湖北超高壓輸變電局總工程師的李國興教授（國家?guī)щ娮鳂I(yè)專家委員會成員），所在單位提交了“開發(fā)鋁電解不停電短路裝置的申請報告”和初步設想，經專家討論，結論也是否定的4、項目主要研發(fā)過程早在1995年12月，我國280kA大型76最早提出本項目研發(fā)的文件一九九七年提出的項目申請報告研究人員就項目合作簽訂的技術協(xié)議最早提出本項目研發(fā)的文件一九九七年提出的項目申請報告研究人員774、項目主要研發(fā)過程本項目于1996年開始構思，并進行前期調研和數(shù)據(jù)收集；2002年開始申報國家經貿委技術創(chuàng)新項目；由于政府換屆未能立項；2004年6月企業(yè)自籌資金啟動。根據(jù)課題組顧問李國興教授和孫立錦教授的建議開始與國外某著名大電流開關制造企業(yè)（產品最大電流60kA）合作開發(fā)該技術。

與此同時再次以“300kA級大型鋁電解槽綜合節(jié)能技術開發(fā)”課題（本課題為六項分課題之一）開始申報國家發(fā)改委“國家重大技術裝備及重大產業(yè)技術開發(fā)專項”資金計劃，經過多次評審論證，并于2004年9月30日在北京鐵道大廈通過了最后一次專家評審。2005年6月25日國家發(fā)改委正式批準立項（發(fā)改辦高技[1255號]）。4、項目主要研發(fā)過程本項目于1996年開始構思，并進行前期調784、項目主要研發(fā)過程其間課題組在中孚實業(yè)320kA電解槽上模擬大電流分流短路試驗條件進行了大電流轉移試驗取得了成功，證明了大電流短路分流方法的可行性

經過歷時一年多時間的合作開發(fā)，通過不斷的技術研究和方案修改，兩次現(xiàn)場考察和四次技術談判。2005年6月12日課題組與國外合作單位在西安就電解槽不停電停開槽專用大電流開關組的開發(fā)方案達成一致，并簽訂了技術合作協(xié)議，約定于2005年7月初正式簽訂商務合同。但是一個多月后外方通過代理商轉告課題組“對項目沒有把握，擔心影響其產品聲譽”。至此，課題組開發(fā)工作陷入困境。4、項目主要研發(fā)過程其間課題組在中孚實業(yè)320kA電解槽上模794、項目主要研發(fā)過程課題組根據(jù)李國興教授的建議，決定聯(lián)合華中科技大學按照課題組最早提出的開發(fā)方案，由國內自主開發(fā)試驗。

本項目歷經十多年的理論研究和資料收集，經過數(shù)十次的試驗室試驗和十余次現(xiàn)場試驗，于2006年9月，終獲成功。經過對技術及裝置的進一步完善，形成了成熟的不停電（全電流）停、開槽和大修焊接技術，制造并應用了成套的裝置。目前，河南中孚實業(yè)股份有限公司已應用該技術及裝置成功停、開320kA電解槽79臺次，大修焊接電解槽10余臺次，申報國家專利7項4、項目主要研發(fā)過程課題組根據(jù)李國興教授的建議，決定聯(lián)合華中804、項目主要研發(fā)過程理論研究現(xiàn)場測試方案設計設備研制實驗測試現(xiàn)場試驗改進試驗樣機改進型樣機改進改進改進專利申報成套裝置專利技術專利產品4、項目主要研發(fā)過程理論研究現(xiàn)場測試方案設計設備研制實驗測試81二、項目開發(fā)研制大型鋁電解系列不停電技術及成套裝置研制項目課件821、鋁電解不停電技術研究與試驗

鋁電解槽停、開槽過程計算與分析鋁電解槽不停電停、開槽研究思路大電流轉移試驗與分析全電流條件下大修槽陰極鋼棒焊接技術研究與試驗1、鋁電解不停電技術研究與試驗鋁電解槽停、開槽過程計算與分83鋁電解槽停、開槽過程計算與分析鋁電解系列的特點系列有幾十臺到數(shù)百臺電解槽串聯(lián)而成，單臺槽具有大電流（達直流300kA以上）、低電壓（直流4V左右）的特點，整個系列具有大電流、高電壓（達1300V以上）的特點。系列中任一臺電解槽停槽或開槽操作，都將涉及系列主回路，并承受巨大的電流轉移。電解槽的?；蜷_槽是通過操作短路口的閉合和斷開來實現(xiàn)的。

鋁電解槽停、開槽過程計算與分析鋁電解系列的特點84單臺電解槽電路原理單臺電解槽電路原理85電解槽短路口斷開過程中，短路母線分流量及槽電壓變化量如右表。短路口閉合過程與此相反。停、開槽計算電解槽短路口斷開過程中，短路母線分流量及槽電壓變化量如右表。86停、開槽分析無論是停槽還是開槽，都是電流從一個回路轉移到另一個回路的過程，這個過程是動態(tài)的非線性變化電解槽停槽時帶電閉合第一塊短路塊，開槽時帶電斷開最后一塊短路塊，電流轉移的能量最大只要短路塊接觸面之間有電位差，在閉合或斷開短路塊時，都會產生氣體放電現(xiàn)象，即所謂的“打火”或“放炮”現(xiàn)象“打火”的能量取決于打火的電流、電壓（槽電壓）和維持時間逐個斷開和閉合短路塊的最大電流轉移量近200kA，直接操作短路塊是不可行的停、開槽分析無論是停槽還是開槽，都是電流從一個回路轉移到另一87鋁電解槽停、開槽過程電流、電壓動態(tài)變化曲線鋁電解槽停、開槽過程電流、電壓動態(tài)變化曲線88不停電停、開槽過程研究的關鍵問題電流轉移動態(tài)過程的監(jiān)測與控制無論停槽還是開槽，閉合或打開每一片短路塊，電流轉移量及電壓變化量都是不同的，對過程中的每一個步驟都要有相應的控制策略和措施，以避免形成電?。换芈冯娮璧目刂婆c平衡電流轉移過程中，所有電接觸部位及導體的電阻都必須限制到很低的數(shù)值，否則由電發(fā)熱引起的溫升可能造成接觸部位金屬熔融，形成熔焊。不停電停、開槽過程研究的關鍵問題電流轉移動態(tài)過程的監(jiān)測與控制89鋁電解槽不停電停、開槽研究思路及方案總體思路

不停電停、開電解槽的關健是在全電流條件下安全打開或閉合短路塊。安全打開或閉合短路塊的前提是電流轉移的能量要小，即產生火花的能量小降低電流轉移的能量的途徑是，降低短路口兩端的電壓（等于槽電壓）、減小短路口通過的電流經過研究提出了采用短路口分流技術技術路線。鋁電解槽不停電停、開槽研究思路及方案總體思路90短路口分流技術（方案一）采用一種電阻足夠小并帶有大電流開、合功能的裝置。在停槽時，把處于斷開狀態(tài)的裝置接入電路，然后讓裝置閉合，形成短路口的分流，然后閉合短路口，再斷開并聯(lián)回路，即實現(xiàn)停槽；開槽時，反之。此法稱之為“分流短路法”電解槽短路口電解槽電阻短路分流裝置短路口分流技術（方案一）采用一種電阻足夠小91短路口分流技術（方案二）

電解槽開槽前，在短路口兩端并聯(lián)上一組電阻足夠小的分流電阻，然后在此分流電阻的分流保護下，斷開所有的短路塊，隨后電阻阻值迅速增大，使分流量逐漸減少，通過電解槽的電流逐漸增大，最終使電流全部轉移到電解槽上，實現(xiàn)電解槽的開動。反之，用于停槽。此法稱之為“過渡電阻分流法”電解槽短路口可變電阻短路口分流技術（方案二）電解槽開槽前，在92其它方案研究過程中，項目組專家還提出了如“液態(tài)電阻調壓法”、“超導分流調壓法”等研究方案，經研究和試驗分析論證后，選擇了前述的兩種方法開展進一步的研究開發(fā)。其它方案研究過程中，項目組專家還提出了如“液態(tài)電阻調壓法”、93不停電大修陰極鋼棒焊接技術現(xiàn)象電解槽大修時，需要把陰極鋼棒與外部的母線焊接連通，這一操作必須在電解廠房完成陰極鋼棒焊接部位處于上、下游電解槽及自身母線電流產生的強磁場中，鋼棒頭磁性較強，焊接時偏弧和飛濺嚴重，無法進行常規(guī)焊接。不停電大修陰極鋼棒焊接技術現(xiàn)象94目前采用的方法一是槽殼內磁屏蔽焊接法二是系列停電焊接法三是鋼棒頭壓接法四本項目電、磁平衡調整法目前采用的方法95電磁平衡調整法通過對中孚320kA鋁電解槽進行研究和試驗，經過現(xiàn)場測量、槽母線配置分析及電、磁計算后，將電解槽劃分為幾個區(qū)域，采用電流平衡和電磁補償措施分別調整各施焊區(qū)域的磁感應強度，使區(qū)域內的磁場數(shù)值降低到能夠順利焊接的范圍，從而保證鋼棒能夠很好地進行焊接。同理，分步調整各區(qū)的磁場強度，最終實現(xiàn)全部焊接。2005年10月25日，對1024#大修槽采用該技術進行焊接試驗，取得了成功。此后，中孚實業(yè)320kA系列所有的大修槽全部采用這種方法進行不停電焊接。2006年該技術實現(xiàn)了技術轉讓（見附件）。電磁平衡調整法通過對中孚320kA鋁電解槽進行研究和試驗，經962、不停電停、開槽裝置研制大型鋁電解系列全電流條件下停、開槽裝置研制涉及電、磁、熱、材料及機械等學科。涉及電解槽停、開槽大電流轉換過程電流、電壓以及能量轉移等動態(tài)過程控制裝置應具備的最基本的功能有三個：一是具備大電流（數(shù)十萬安培）有載接通和分斷能力二是具有較大的通流能力三是體積小、重量輕、無磁性，能夠符合現(xiàn)場的使用要求。主要技術難點：大電流轉移過程中電弧熄滅及大電流發(fā)熱問題；多點操動機構的同步問題；現(xiàn)場裝置的安裝與操作問題2、不停電停、開槽裝置研制大型鋁電解系列全電流條件下停、開槽97

“大電流分流有載短路”裝置試驗樣機的研制

試驗樣機用于本項目原理性試驗，裝置技術指標及性能的測試，為實用樣機提供技術參數(shù)。試驗樣機一臺。

技術要求額定斷口電壓DC10V額定工作電流DC70kA帶電部位對地最高耐壓DC1400V額定通流情況下壓降≤150mV瞬間耐受沖擊電流DC350kA環(huán)境溫度≤80℃外觀尺寸500×700×1000mm內“大電流分流有載短路”裝置試驗樣機的研制98單觸電結構設計方案

驅動機構板式框架安裝外罩彈性推桿斷口單觸電結構設計方案驅動機構板式框架彈性推桿斷口99設計制造方案設計。確定樣機的基本結構：板式框架多觸頭，多驅動，快速動作方案論證。觸頭形式論證，驅動機構選擇論證，導電材料論證，控制方式論證設計計算。通流能力計算，電動力計算，電氣發(fā)熱計算，結構力學計算，驅動力計算設計。結構設計、電氣設計、控制設計、安裝方式設計、配套工具設計材料選擇、機構匹配。無磁性材料，磁動力驅動，分級絕緣設計樣機制造設計制造方案設計。確定樣機的基本結構：板式框架多觸頭，多驅動100樣機試驗熱穩(wěn)定試驗接通樣機20分鐘，測量分流量和導電部件溫度，測量導體電壓降動穩(wěn)定試驗閉合、斷開樣機數(shù)次，觀察閉合、斷開過程，觀察機械應變情況試驗樣機首次試驗照片樣機試驗熱穩(wěn)定試驗試驗樣機首次試驗照片101試驗結果樣機閉合順利，閉合后槽電壓由原來的4.2V降到了1V以下，裝置通流量59kA，穩(wěn)定通流20分鐘，測量裝置內部導電體溫均能不高于80℃，總電阻不大于10μΩ。樣機斷開時，觀察到個別觸頭有較強火花，并伴隨有爆鳴聲，產生火花的觸頭表面被燒蝕。經過測量分析，造成以上現(xiàn)象的原因是滅弧裝置導流量小，因此在改進型樣機試驗中采取了新的滅弧措施。試驗結果102改進型樣機制造與試驗

改進型樣機共五臺（針對中孚320kA電解槽設計）組成，由電氣智能控制系統(tǒng)完成整套裝置整體操動。技術要求額定斷口電壓DC10V額定工作電流DC350kA帶電部位對地最高耐壓DC1400V額定通流情況下本體壓降≤150mV五臺不同步時間≤0.02s環(huán)境溫度≤80℃改進型樣機制造與試驗改進型樣機共五臺（針103改進型樣機的特點采用超大截面斷口及高導流導電系統(tǒng)，單斷口通流能力達10kA，通流率高，發(fā)熱量?。粚щ姺至飨到y(tǒng)采用扁平結構，增加表面散熱，在電流密度比試驗樣機增大一倍的情況下，導電體溫升并沒有增大；創(chuàng)新設計并應用了板式框架結構，整個框架只有三塊鋼板和數(shù)根連接桿件組成，體積小巧，安裝方便，重量比第一代樣機降低了60%；驅動機構采用近幾年來開關行業(yè)最新技術——磁動力操動機構，創(chuàng)新應用多組磁動力機構驅動單臺設備技術和多組磁動力機構同步聯(lián)動技術；傳動部分研制并應用了聯(lián)臂杠桿機構和強彈力推動機構，使各斷口的同步性達到毫秒級，并使斷口之間形成強力彈性壓接，單個斷口壓力可達200kg以上；改進型樣機的特點采用超大截面斷口及高導流導電系統(tǒng)，單斷口通流104改進型樣機的特點6.

創(chuàng)新應用了斷口自適應平面接觸裝置，使斷口電接觸率高，壓接效果好，單斷口電阻降低到10μΩ以下；7.

研制應用了二次滅弧裝置，可使電弧集中到預定的滅弧觸頭上，并在滅弧觸頭上被熄滅；8.

簡化了外部連接結構，通過軟母排直接壓接到立柱與短路塊之間，軟母排總長度不到1米，開發(fā)了專用壓接卡具，安裝方便，總安裝時間不到30分鐘；9.

研制了“多路磁力機構智能控制裝置”，實現(xiàn)了多達數(shù)十臺磁力操動機構的智能同步動作，同步動作誤差小于20mS，解決了多臺同步動作的技術難題；10.

主體結構采用非磁性材料制造，能夠在強磁場環(huán)境下安全運行；11.

采用三級電氣絕緣，保證使用時的電氣安全。改進型樣機的特點6.創(chuàng)新應用了斷口自適應平面接觸裝置，105多路磁力機構智能控制系統(tǒng)結構組成

此裝置主要由控制單元、調壓整流單元和儲能放電單元三個部分組成?？刂茊卧捎肞LC控制器，通過編制程序來控制裝置的分、合閘操作以及儲能電容器的自動充電；調壓整流單元根據(jù)現(xiàn)場不同的電源形式來調整整流側的輸入電壓，從而得到符合要求的整流輸出電壓；儲能電容主要是用來給磁力機構提供大電流脈沖。多路磁力機構智能控制系統(tǒng)106技術參數(shù)輸入電壓AC380V

充電電壓DC0—400V可調充電時間10—65S手動放電時間20S

合閘電流200A

分閘電流150A合閘脈沖寬度10—300mS分閘脈沖寬度10—200mS動作精度誤差＜3%輸出回路數(shù)30個通訊接口RS232口技術參數(shù)107成套裝置應用試驗

由五臺改進型樣機組成的具有超大電流通、斷能力的短路分流裝置及“多路磁力機構智能控制裝置”組成的成套裝置于2006年8月完成試制，9月完成調試和性能測試。10月4日，進行了工業(yè)生產實用試驗。試驗在中孚實業(yè)320kA系列1036#槽上進行。320成套裝置首次工業(yè)試驗現(xiàn)場照片成套裝置應用試驗由五臺改進型樣機組成的具有108試驗條件改進成套樣機首次工業(yè)現(xiàn)場試驗在中孚320kA電解槽上進行，該槽進電方式為非對稱五立柱進電，試驗槽處于正常生產狀態(tài)，槽電壓４.2Ｖ，電流320kA。不停電停、開槽裝置共有五臺設備構成，每個立柱上安裝一臺。安裝方式為軟母線連接。控制方式為“多路磁動力機構智能同步控制”。試驗條件改進成套樣機首次工業(yè)現(xiàn)場試驗在中孚320kA電解槽上109冷態(tài)試驗把成套裝置中的五臺設備調試好，接通設備與控制柜的連接線。按下閉合按鈕，觀察五臺設備的動作情況，檢查十五組觸頭動作的同步性。檢查處于閉合狀態(tài)的觸頭的閉合壓力和接觸情況。按動分閘按鈕，斷開設備，檢查斷開的同步性，檢查觸頭接觸面的接觸率。反復動作三次，觀察各傳動機構是否工作正常。試驗結果：觸頭合\分同步性好，單個觸頭閉合壓力達到200kg以上，觸頭面接觸率達到80%以上。反復動作三次，各機構動作靈活，無異常。冷態(tài)試驗110動態(tài)試驗裝置處于打開狀態(tài)，進出連接板通過軟母線分別與電解槽的立柱和短路塊連接。裝置同步動作接通后，槽電壓由4.1v降低到0.6v。閉合過程十分平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)任何打火花現(xiàn)象。按動分閘按鈕，裝置同步斷開。斷開過程中，發(fā)現(xiàn)處于裸露狀態(tài)的二次弧觸頭（為了方便觀察拆下了弧觸頭的滅弧罩）有打火花現(xiàn)象并伴有響聲，試驗后對二次弧觸頭進行了解剖，發(fā)現(xiàn)其電接觸表面有如煙熏后斑點狀的痕跡，但沒有燒傷；工作觸頭則沒有任何打火現(xiàn)象。表明所設計的三級觸頭二次滅弧裝置取得了成功。動態(tài)試驗裝置處于打開狀態(tài)，進出連接板通過軟母線分別與電解槽的111穩(wěn)態(tài)試驗與分流量裝置閉合前，槽電壓為4.2V，電流320kA，閉合裝置，槽電壓降低到0.６V，分流量測試值為274166A。穩(wěn)定通流２0分鐘，對各部件溫升進行測量，最高溫度不超過８0℃。穩(wěn)態(tài)試驗與分流量112短路口操作試驗與分析本次試驗表明此技術及裝置應用于全電流狀態(tài)下正常工作的320kA電解槽?；蜷_槽的是完全可行的。根據(jù)此次試驗，項目組完成了第一代產品的研制，已應用于中孚實業(yè)鋁業(yè)二分公司320KA電解鋁系列上。該大電流不停電開關被命名為“賽爾開關”，“CELLSwitch”（電解槽ReductinCell）短路口操作試驗與分析113賽爾開關樣機賽爾開關樣機114賽爾開關整體安裝賽爾開關整體安裝1153、“可變電阻分流法”開槽裝置“可變電阻分流”由連接部分和可變電阻部分組成，即“過渡電阻分流”的一種形式；真正找到一種電阻無限可調的材料是十分困難的，本方案設想這種材料是一種由低電阻開始的導電良好的材料，其電阻值可根據(jù)需要迅速增大，到足夠大；事實上對導電材料而言就接近于斷開，通過研究找到低熔點的特性使其在一定溫度下熔斷；該裝置的核心是可變電阻部分，在電解槽參數(shù)一定時，其決定了電流轉移的過程，包括分流量、轉移速度及熔斷時間等。3、“可變電阻分流法”開槽裝置“可變電阻分流”由連接部分和116“可變電阻分流裝置”開槽技術理論研究由于這一過程是不可逆的，因此僅適用于開槽過程先把可變電阻分流裝置并接入短路口兩端，形成短路口的分流回路，在其分流作用下，可以安全打開短路口。當短路塊斷開后，大部分電流流經“可變電阻分流裝置”，使其嚴重過負荷而導致溫度急劇上升，溫度上升時其電阻率也會發(fā)生很大的變化。隨著通電時間的延長，可變電阻的溫度會越來越高，電阻率越來越大，電流逐步向電解槽內轉移，通過電解槽導的電流逐步增大，這正適合電解槽開槽時要求的通流特性，避免了系列電流瞬間出現(xiàn)大的擾動，保證了生產的穩(wěn)定。當可變電阻的溫度繼續(xù)上升，大到其熔點溫度時就會被熔斷，從而使電流全部轉移到電解槽上，實現(xiàn)開槽。可變電阻我們也稱其為“熔斷器”。“可變電阻分流裝置”開槽技術理論研究由于這一過程是不可逆的，117可變電阻分流裝置的設計

“可變電阻分流裝置”設計要經過嚴格的電、熱計算，并充分考慮到環(huán)境溫度、通風條件等現(xiàn)場使用條件的影響，以保證精確的熔斷時間和合適的分流電流。如果選擇不當，可能會使熔斷器不熔斷或熔斷過早，如果熔斷過早，會威脅操作人員安全。當電壓已升高到一定值，若不熔斷，電流就不能完成開槽過程，若強行拆除，則存在較大的危險性，這是試驗最不希望出現(xiàn)的結果。分流量：要求總的分流量達到一定比例，才能夠滿足短路口全部斷開時電壓不會過高，確保操作安全，分流量過小，會造成短路口無法安全打開；分流量過大，會增加裝置的重量，還可能出現(xiàn)熔斷過快?？勺冸娮璺至餮b置的設計“可變電阻分流裝置118一種“可變電阻分流裝置”的分流量計算短路塊狀態(tài)短路塊分流量（kA）槽電壓(V)分流器電流(kA)全閉合199665.70.1871866106963.79斷開1片191657.80.1996435114082斷開2片1825080.2138765122215.15斷開3片171953.40.2302947131596.98斷開4片159643.70.2494432142538.98斷開5片145101.20.2720648155465.59斷開6片127658.10.2991986170970.61斷開7片106350.10.3323442189910.98斷開8片79733.040.3737486213570.63斷開9片45540.030.4269377243964.42全斷開00.4977778284444.44一種“可變電阻分流裝置”的分流量計算短路塊狀態(tài)短路塊分流量（119一種“可變電阻分流裝置”的熱傳導圖

圖中A為可變電阻，紅色部分是電解槽母線，其余為可變電阻連接部分。B

ADFECG一種“可變電阻分流裝置”的熱傳導圖圖中A為120

熱路圖熱路圖121熔斷時間熔斷時間過長或過短都是不利的；在電壓一定的情況下，熔斷時間取決于分流量多少和熔斷器本身的設計參數(shù)，如材質、結構、尺寸等。熔斷器熔點、熱容等參數(shù)不同，電阻隨溫度變化的特性不同，外部形狀不同則散熱特性，這些均影響熔斷器溫度升高的速度及熱平衡點。熔斷器重量不同，熔斷需要熱量就不同。在電解槽電參數(shù)發(fā)生變化時，或使用環(huán)境（如氣溫等）變化時，熔斷器的以上參數(shù)均相應變化，以保證適宜的熔斷時間。根據(jù)反復試驗，得出了熔斷時間理論計算至于實際熔斷時間之間的經驗關系式，并將熔斷時間控制在10-15分鐘。熔斷時間熔斷時間過長或過短都是不利的；122分流量計算值槽電阻（μΩ）分流器電阻（μΩ）短路塊閉合數(shù)槽電壓分流器分流量（A）12.52.22100.2090350.1112.52.2290.2196813.2312.52.2280.23104272.2712.52.2270.25112976.6212.52.2260.27123266.5612.52.2250.30135618.7612.52.2240.33150722.2112.52.2230.38169611.3112.52.2220.43193913.2812.52.2210.50226343.9212.52.2200.60271800.68分流量計算值槽電阻（μΩ）分流器電阻（μΩ）短路塊閉合數(shù)槽電123試驗分析根據(jù)2068#槽試驗的數(shù)據(jù)，對可變電阻截面及成份進行了改進，并在1065#、1022#、1069#三臺槽上進行了試驗，試驗數(shù)據(jù)見下表。本次試驗在系列滿負荷的條件下進行，試驗的成功表明，采用“可變電阻分流”技術，選用合適的材料及規(guī)格制成的可變電阻，可以實現(xiàn)大型鋁電解槽在系列全電流條件下電流轉移，從而順利啟動電解槽。首次試驗成功的錄像資料項目2068#1065#1022#1069#可變電阻數(shù)（組）20202020熔斷時間（min）50204918熔斷段電（μΩ）3.454.153.835.43電流強