鋁電解供電直流控制方案的改進(jìn)

鋁電解供電直流控制方案的改進(jìn)

永流穩(wěn)定是影響鋁電解產(chǎn)量的重要因素之一。恒流控制是鋁電解行業(yè)供電系統(tǒng)研究的一個(gè)重要課題。青鋁集團(tuán)公司供電車間整流設(shè)備采用二極管整流,其直流電流調(diào)節(jié)方式為整流變壓器有載調(diào)壓與自飽和電抗器結(jié)合方式。原穩(wěn)流控制系統(tǒng)為模擬控制,穩(wěn)流精度低,抑制效應(yīng)電壓淺,故障率高,不能實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng),對電解系列電流、系列電壓曲線無法監(jiān)視,遂對其進(jìn)行改造。1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)按照節(jié)約投資的原則,在充分利用原有設(shè)備的前提下,滿足系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)流控制要求。系統(tǒng)總體改造思路為控制獨(dú)立,網(wǎng)絡(luò)連接總體控制,即穩(wěn)流控制為N+1模式,N臺機(jī)組分別采用N臺PLC完成單機(jī)組的小閉環(huán)穩(wěn)流控制,系列電流穩(wěn)流大閉環(huán)控制由一臺總調(diào)PLC實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)處理及監(jiān)控系統(tǒng)由工控機(jī)PC實(shí)現(xiàn)(見圖1)。根據(jù)供電系統(tǒng)特點(diǎn),控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為自動(dòng)控制與手動(dòng)控制兩種方式。自動(dòng)控制主要用于實(shí)現(xiàn)穩(wěn)流控制、恒安時(shí)控制、有載開關(guān)自動(dòng)升降控制等,手動(dòng)控制主要用于機(jī)組停送電和系統(tǒng)需要時(shí)使用。2流調(diào)節(jié)方式變化數(shù)字穩(wěn)流控制系統(tǒng)主要為鋁電解供電整流裝置直流大電流穩(wěn)流控制而設(shè)計(jì),整流設(shè)備的直流電流調(diào)節(jié)方式為整流變壓器有載調(diào)壓與自飽和電抗器結(jié)合的方式。有載調(diào)壓為直流電流的粗調(diào),調(diào)節(jié)直流電壓的范圍為8~15?V;自飽和電抗器為直流電流的細(xì)調(diào),調(diào)節(jié)直流電壓的范圍為50~70?V,并將飽和電抗器作為直流電流恒電流控制的執(zhí)行元件?？刂圃韴D見圖2。2.1單機(jī)組穩(wěn)流計(jì)算系列電流經(jīng)互感器反饋至PLC與系列電流設(shè)定(數(shù)字設(shè)定)進(jìn)行比較、計(jì)算,輸出的結(jié)果作為單機(jī)組穩(wěn)流的分調(diào)給定。一般飽和電抗器的控制深度為60?V,當(dāng)其飽和截至?xí)r,PLC能自動(dòng)調(diào)節(jié)整流變有載開關(guān)的升降,參加系統(tǒng)總調(diào),從而使系列電流不論在多大的電壓波動(dòng)下,均能達(dá)到穩(wěn)定的目的,擴(kuò)大調(diào)壓范圍(見圖3)。2.2單閥穩(wěn)流控制將機(jī)組的直流輸出電流經(jīng)變換后反饋給PLC,與給定信號比較,進(jìn)行PID計(jì)算,控制輸出脈沖的占空比,達(dá)到穩(wěn)定機(jī)組電流的目的。2.3電流累計(jì)值與本卡電流的關(guān)系將一小時(shí)中每分鐘的實(shí)際電解系列電流累計(jì)值與設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)電流累計(jì)值進(jìn)行比較,根據(jù)所求得的安時(shí)差值與本小時(shí)剩余時(shí)間,自動(dòng)調(diào)整設(shè)定電流,以達(dá)到安時(shí)偏差自動(dòng)控制。3系統(tǒng)硬件準(zhǔn)備3.1硬件配置單機(jī)組分調(diào)選用西門子S7-200PLC五套,總調(diào)選用西門子S7-300一套,穩(wěn)流控制單元選用IGBT五套。3.2軟件配置操作平臺為Windows2000,數(shù)據(jù)庫選用MicrosoftSQLSERVER2000,應(yīng)用程序采用組太軟件開發(fā)。4系統(tǒng)功能4.1數(shù)據(jù)采集功能包括斷路器保護(hù)動(dòng)作、報(bào)警信號、級數(shù)顯示,電流、電壓等遙測模擬信號的采集。4.2運(yùn)行參數(shù)監(jiān)控適時(shí)顯示運(yùn)行參數(shù),包括單機(jī)組直流電流、電解系列電流及電解系列電壓;動(dòng)態(tài)顯示電解系列電流、電解系列電壓曲線趨勢圖,并可打印。4.3事件及通知的信號監(jiān)控安時(shí)偏差模擬量超限報(bào)警;開關(guān)升降級報(bào)警信號發(fā)生記錄。4.4對能源和外觀的統(tǒng)計(jì)和報(bào)告進(jìn)行存儲(chǔ)功能自動(dòng)生成電量時(shí)報(bào)、班報(bào)、日報(bào)表,并可隨時(shí)查詢、打印。5解決途徑和解決方案5.1問題上位機(jī)直流系列電流輸出與整流機(jī)組實(shí)際直流輸出的誤差經(jīng)常為0~0.8?kA,超出正常誤差范圍。5.2次側(cè)交流電流信號失真經(jīng)分析,對穩(wěn)流系統(tǒng)小閉環(huán)反饋控制信號取樣,采取整流變一次側(cè)交流電流信號。原因有二:①現(xiàn)國產(chǎn)直流互感器溫漂不好,信號失真大。②磁放大時(shí)間常數(shù)太長,不利于即時(shí)準(zhǔn)確地控制。6穩(wěn)流控制系統(tǒng)的突出優(yōu)勢數(shù)字式穩(wěn)流控制系統(tǒng)采用數(shù)字電路進(jìn)行控制,可以很方便地調(diào)整各穩(wěn)流控制系統(tǒng)的控制參數(shù),使得機(jī)組每臺整流柜輸出的電流一致,實(shí)現(xiàn)控制參數(shù)的最優(yōu)化控制,穩(wěn)流系統(tǒng)的控制精度提高0.4%,極大地提高了穩(wěn)流控制系統(tǒng)的性能,結(jié)構(gòu)簡單合理,便于事故處理,很好地滿足了電解生產(chǎn)對直流電的要求,操作簡便,維護(hù)量小。同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了操作監(jiān)控屏幕化和運(yùn)行管理智能化,提高了整流所的綜合自動(dòng)化控制。噸鋁電耗為15738?kWh/t,以電價(jià)0.31元/kWh、鋁廠平均年產(chǎn)量25萬t/年計(jì)算,一年可節(jié)省25