1、電解鋁廠的無功補償及諧波治理沈陽鋁鎂設(shè)計研究院 宋廣孚 電解鋁廠整流電源需要較大無功率和產(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，幾乎都嚴重超標。這些超標的諧波和較大的無功需求，如果不治理或治理的不到位，將影響供電的電能質(zhì)量和安全運行，同時也影響鋁廠的經(jīng)濟效益和用電系統(tǒng)的安全運行。1 電解鋁廠的供電系統(tǒng)電解系列一旦非計劃停電，將造成重大經(jīng)濟損失。因此電解鋁廠為一級用電負荷。對于一級負荷要求有兩個獨立電源供電。目前，電解鋁廠直供電壓可以作到220kV、110kV。如果電網(wǎng)這個電壓等級容量滿足鋁廠需求，就可以采用二回來自不同電源的線路，直接送到鋁廠整流所的雙母

2、線上，再向整流機組送電；如果電網(wǎng)這個電壓等級的容量不滿足鋁廠的容量需求，則需要電網(wǎng)上一級電壓等級的二回來自不同電源的線路。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，再向整流機組送電。電解鋁廠供電系統(tǒng)要求，任一個電源均能滿足全廠的用電負荷要求，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。例如，某種供電方式，公共連接點處短路容量增加。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)的諧振點也向高值移動。 式中：SD：公共連接點的短路容量。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，但諧振點向高頻率方向移動，比如7次，就使事情變得復(fù)雜一些。因此，濾波器設(shè)計時，必須充分考慮這個因素，可以用一個短路容量為基礎(chǔ)。用其他可能出現(xiàn)的短路容量作校驗，逐步接近可行值。電力系統(tǒng)發(fā)展很快，濾波器設(shè)計應(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，投運初期

4、很正常，三年后發(fā)現(xiàn)濾波裝置過載，電容器損壞增多，系統(tǒng)參數(shù)改變是一個原因之一。2 電解鋁廠的整流電源冶煉鋁用的電解槽是幾百個串聯(lián)在直流回路中，單槽電壓4V多一點，系列電壓1300V以上。系列電流可達400kA以上，目前單臺整流器大多作到10kA左右。采用多臺整流器并聯(lián)來滿足系列電流的要求。常采用N+1的原則。即用N臺整流器并聯(lián)滿足電解系列額定電流的要求，加一個備用。正常時，N+1組同時運行。某臺故障退出運行后，N臺仍能滿足電解系列的要求。電解整流器，大都采用2個6脈波，即二個相差30的三相橋整流電路。形成單臺整流機組為12脈波的整流器。如N+1臺整流機組數(shù)為6臺。則移相后為等效72相。電解槽一次

5、焙燒啟動24臺，焙燒57天，然后再焙燒啟動24臺，一個電解系列，啟動時間長達半年之久。電解槽啟動初期，電壓很低，直流側(cè)只有20V左右，需要提供大量的無功功率。這時，需要兼有無功補償功能的濾波裝置，部分通道或全部通道投入運行，用來保護母線電壓保持在適當水平。電解系列啟動初期，事故較多，經(jīng)濟停電，排除事故再投，這就要求，濾波裝置在整流機組分斷后，也立即切除，以免造成無功反傾，電壓過高，造成更大的事故。電解系列完全啟動后，系列電壓波動很小，從幾十伏到一百伏左右，電壓波動超過100V以上的機率很小，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)計和元件參數(shù)計算應(yīng)能滿足這種需求。目前整流機組有兩種形

6、式。一種是二極管整流電路，有載開關(guān)粗調(diào)壓和飽和電抗器細調(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)用的也越來越多。如果整流機組是晶閘整流機組，啟動初期電壓是用導(dǎo)通角深控來實現(xiàn)的。因此，除了需要大量的無功外，此時在諧波發(fā)生量也是最大，因此，必須投入濾波裝置，來吸收諧波和補償無功。否則整流機組將產(chǎn)生噪音和振動，無法繼續(xù)運行。兩種整流形式的整流器在額定負載運行時，其諧波發(fā)生量是一樣的。因此在進行諧波計算，濾波器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，元件參數(shù)選擇時都應(yīng)有針對性的，適應(yīng)工程實際的需求。有的鋁廠，當?shù)仉姌I(yè)部門按用電容量加電度量收費。為了節(jié)省電費，鋁廠往往不采用N+1

7、設(shè)計原則運行，而是采取減一臺，即5臺運行，6臺為等效72相，而5臺就是非等效60相，此時的諧波將有改變，5臺運行時，其中一臺故障，另4臺也過載跳閘，切除故障后，把備用臺投入重新啟動。如果備用臺也在病態(tài)中，為了使電解槽鋁液不冷固，被迫采取4臺機組降電流保溫運行。濾波裝置設(shè)計應(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前面已經(jīng)提到，電解鋁廠整流器，都是采用兩個6脈波，即兩個相差30的三相橋整流電路，形成單臺整流機組為12脈波的整流器，幾個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。其特征諧波次數(shù)為：n=pn1，n=

8、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，由于換相的平波作用,實際值會比上述值小。由于供電系統(tǒng)

9、參數(shù)的不對稱,或整流機組各元件參數(shù)的不對稱性,實際諧波含量與上述值將有所不同。因此,鋁廠整流機組的諧波含量,最好經(jīng)過實際測試。如果沒有實測條件,也應(yīng)在設(shè)計上留有可能出現(xiàn)的偏差。3.2 電解鋁廠濾波裝置的接入點電解鋁廠濾波裝置的接入點,有兩種。第一種是接入整流變壓器的第三繞組上。這一接入點符合諧波在那產(chǎn)生,就在那治理的原則。其對系統(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。單機組12脈波整流器的特征諧波為:5,7.11,13次,比多機組組成的12的倍數(shù)整流器的合成特征諧波次數(shù)低。其總的補償容量較大

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

11、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,有時再加一組高通濾波器。也有僅設(shè)一組高通濾波器的實例,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差流或平衡保護,一般將電容器接到中性點側(cè)。為了降低濾波裝置本身的基波損耗,在供電系統(tǒng)有電壓和無功功率調(diào)整的需求時,可以采用C型濾波器。但C型濾波器對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，電解鋁廠的無功補償及諧波治理，也將朝著更安全，更可靠，更節(jié)能的方向發(fā)展。1.整流變壓器為什么不設(shè)差動保護？無法接。 差動保護，

12、是通過比較兩側(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”這一原理進行保護的。整流變一側(cè)是交流，另一側(cè)是直流，大小和相位無法比較，故不能用差動保護。 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，用有載開關(guān)粗調(diào) + 可控硅細調(diào)調(diào)壓。并設(shè)自動穩(wěn)流系統(tǒng)，對電網(wǎng)電壓波動或負載電阻變化而引起的負載電流變化進行自動穩(wěn)流。兩個系列經(jīng)整

13、流變網(wǎng)側(cè)移項后組成等效（12、24、36、48等）脈波（常見24、36脈波），有效地控制諧波；觸發(fā)系統(tǒng)采用“數(shù)-?！眱商着渲谩９收锨闆r下另一套自動投運，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。冷卻系統(tǒng):整流變壓器為強迫油循環(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)故障報帶信號，并通過主控室DCS系統(tǒng)反應(yīng)。整流裝置的保護：整流變壓器網(wǎng)側(cè)設(shè)速斷保護、定時限過電流保護、輕重瓦斯及油溫保護，閥側(cè)設(shè)過電壓吸收裝置。整流設(shè)備高壓斷路器及有載分接開關(guān)的操作設(shè)在主控室的變壓器控制屏上或操作臺上，電流調(diào)節(jié)在主控室的整流器控制屏上或操作臺上完成。整流裝置的電流及電壓指示、事故及預(yù)告信號等送人DCS系統(tǒng)顯示和

14、報警。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；陽極液泵故障或陽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；電解槽陽極室和陰極室的壓差超限；電解槽零點電位差超限；電解槽電流過大；整流器過負荷；意外情況下，緊急手動；當發(fā)生上述異常情況時，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簡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)機等輔機部分組成。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，其正常運行直接關(guān)系到整個生產(chǎn)系列的安全穩(wěn)定，一個年產(chǎn)15萬噸的電解系列，停電5個小時其損失可達幾千萬元，因此，要采取

15、一切可能的措施保證整流電源的正常運行，完善、可靠的保護設(shè)置可以及早發(fā)現(xiàn)機組異常情況，及時切除故障，防止事故擴大，對保證系統(tǒng)安全運行具有重要意義，下面對大容量整流電源所需設(shè)置的保護作具體介紹：一、電壓保護 1. 單/雙快熔斷：采用氧化鋅壓敏電阻、快熔組成過壓吸收回路，吸收電網(wǎng)過電壓、操作過電壓以及雷電過電壓，由快熔所帶的微動開關(guān)發(fā)出故障信號。2. 一/二元件損壞：對于元件采用阻容吸收，吸收換相過電壓。當整流元件一元件損壞時，將導(dǎo)致快熔熔斷，安裝在快熔上的微動開關(guān)動作，發(fā)出“一元件損壞”信號；當同一橋臂兩元件壞時，跳閘接點閉合，斷開整流機組高壓側(cè)斷路器。一元件壞、兩元件壞往往采用PT單元進行檢測，

16、在實際使用過程中，由于震動等原因，PT單元容易誤發(fā)信號，這是由于PT單元所使用電壓較低，所采用接點又為常閉點，由于震動造成的接觸不良往往使回路電壓升高，造成誤動作。應(yīng)適當提高PT單元電壓，并采用鍍金接點微動開關(guān)，并且微動開關(guān)的壓力應(yīng)能防止震動造成的接觸不良。沒有延時嗎？可以的話增加一個延時動作繼電器或接入微機保護實現(xiàn)跳閘。二、超溫保護1. 橋臂超溫保護：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)水水溫過高等，均會造成母線超溫。如不能及時發(fā)現(xiàn)，會使元件結(jié)溫過高而損壞。在每個橋臂上設(shè)置一個測溫元件，橋臂溫度在6065時動作，發(fā)出跳閘信號。2. 循環(huán)水水溫高保護：在循環(huán)水

17、的總進、出口水管處各設(shè)置一個熱電阻，經(jīng)溫度變送器單元變換為420mA信號后送入PLC。當溫度達到設(shè)定的報警值時，由主控室上位機發(fā)出報警信號。在每個整流柜的進、出口水管處各設(shè)置一個電接點溫度表，當溫度達到設(shè)定的報警值時，報警接電接通，發(fā)出報警信號。3. 直流刀閘溫度高保護：直流刀閘通過電流可達幾十KA，容易發(fā)熱，每個直流刀閘上需安裝一個測溫元件。在直流刀閘溫度達到6065時報警。三、PLC失電保護1）由于整流柜內(nèi)保護信號，冷卻水泵、風(fēng)機的運行和故障信號，穩(wěn)流系統(tǒng)的控制等均通過PLC實現(xiàn)。因此，PLC失電或故障時，應(yīng)跳開機組高壓斷路器。2）機組輔助電源失電時，冷卻系統(tǒng)停止運行，此時也應(yīng)跳開機組斷路

18、器。實現(xiàn)此種保護的一個方法是編程使PLC的一個輸出接點上電即閉合，使用此節(jié)點去啟動一個中間繼電器，再使用中間繼電器常閉點作為跳閘信號輸入。但采用中間繼電器常閉點作為跳閘接點，當系統(tǒng)電壓突然降低時，容易誤動作，引起電解系列全停電事故，因此此接點要先送入微機保護裝置，或啟動時間繼電器，經(jīng)2S延時，若2S內(nèi)故障未恢復(fù)，則跳開機組斷路器。四、冷卻系統(tǒng)故障（水壓失常保護、油風(fēng)冷全停保護）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，水壓失常保護應(yīng)能檢測到水管脫落故障。整流柜內(nèi)水循環(huán)系統(tǒng)一般設(shè)置兩臺水泵，兩臺水泵一用一備，一臺泵故障時，另一臺泵能自動投入運行，當

19、兩臺水泵均停止運行時，屬于一種故障狀態(tài)，需延時跳閘。變壓器采用強油循環(huán)冷卻方式。一般規(guī)定至少有13組油風(fēng)冷卻器投入運行，若油風(fēng)冷全停，變壓器散熱條件惡化，油停止循環(huán)，會使變壓器溫度升高，并可能造成變壓器局部溫度過高而引發(fā)事故，因此油風(fēng)冷全停時，首先應(yīng)發(fā)出信號，并根據(jù)變壓器可以承受的溫升情況，延時跳閘。五、瓦斯保護瓦斯保護作為變壓器的主保護，保護變壓器內(nèi)部繞組相間短路和匝間、層間短路，重瓦斯啟動出口繼電器跳閘，輕瓦斯報警。有載調(diào)壓開關(guān)瓦斯保護動作于跳閘。壓力釋放保護在油箱內(nèi)壓力異常升高時動作，可作用于信號。六、接地保護1. 變壓器單獨設(shè)置接地，并檢測接地電流，當接地電流達到定值時跳閘。2. 設(shè)置

20、整流柜絕緣監(jiān)測裝置（也叫框架保護），當整流柜外殼接地或絕緣降低時，發(fā)出信號。說明：對于自撐式結(jié)構(gòu)的整流柜，由于沒有外殼，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，當直流母線接地時報警，并可根據(jù)絕緣監(jiān)視電壓，計算出接地的大致位置。七、逆流保護當整流元件故障，發(fā)生直流短路或整流柜內(nèi)直流正負母線之間短路時，其它正常機組會向故障點饋送電流，此時機組直流母線中會流過相反方向的電流，逆流保護就是檢測相反方向的電流。在每個整流柜直流出線母線上安裝一個逆流檢測裝置，當檢測到有相反方向電流流過時，節(jié)點閉合，并通過快速型中間繼電器跳開所有整流機組斷路器，防止事故擴大。為了加快跳閘速度，也可要求逆流保護

21、裝置輸出多個跳閘節(jié)點，直接接入各機組的跳閘回路，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、機組連鎖跳閘整流電源的配置采用N1方式，因此跳開一臺機組時，剩余N臺機組仍可正常運行，但兩臺及兩臺以上的機組跳閘后，將造成剩余機組過流，因此設(shè)置機組連鎖跳閘保護，在兩臺以上機組跳開時，向正在運行的其它機組發(fā)出跳閘指令。九、機組退出總調(diào)保護當某機組檢修或處于故障狀態(tài)時，本機組退出總調(diào)。在進行總升、總降有載調(diào)壓開關(guān)時，本機組有載調(diào)壓開關(guān)退出。十、機組控制、偏移回路故障保護在機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，從而起到調(diào)節(jié)電流的作用，當機組控制或偏移回路故障時，如控制

22、或偏移回路快熔熔斷、接觸器跳開等，整流機組的穩(wěn)流系統(tǒng)將失去作用，造成機組電流失控，因此出現(xiàn)故障時要報警，以便退出機組，進行有計劃的檢修。十一、機組反饋掉線保護機組的穩(wěn)流系統(tǒng)正常工作時，取本整流柜直流電流互感器輸出電壓信號經(jīng)隔離變送器變換為420mA信號作為反饋信號，一旦反饋信號丟失，必然造成機組過流，因此應(yīng)取兩路信號作為反饋信號，第二組反饋信號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信號作為反饋信號，在編PLC程序時，將此反饋信號適當縮小，在直流反饋信號正常時，采用直流反饋信號；當直流反饋信號消失時，交流反饋信號自動投入，防止機組過流，并發(fā)出報警信號，及時進行

23、檢修。十二、機組水質(zhì)低保護當整流機組水質(zhì)低時，整流器水路部分的水嘴將受到嚴重腐蝕，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，水阻至少要達到200K以上，對于高電壓、大電流的整流器水阻宜保持在2M左右。當?shù)陀谝蟮乃钑r應(yīng)能發(fā)出報警信號。十三、弧光保護隨著近年來整流系統(tǒng)事故的增多，為了防止直流正、負母線之間或者交、直流母線之間短路等惡性事故的發(fā)生，越來越多的整流系統(tǒng)采用了弧光保護裝置。所謂弧光保護即是感光元件（光纖或探頭）將接收到的光信號傳導(dǎo)到光信號處理單元，當接收到的光信號超過設(shè)定強度后，裝置即輸出跳閘信號，由于采用了快速器件，從產(chǎn)生弧光到裝置動作、跳閘節(jié)點閉合，其總

24、時間可以做到不超過1毫秒，這么快的反應(yīng)速度，在以電流、電壓作為輸入信號的繼電保護裝置中是不可能達到的，從快速性方面講弧光保護具有無可比擬的優(yōu)勢。至于跳閘方式的選擇，即跳本機組或是跳系列，可以是否裝有逆流保護來確定，如未裝逆流保護，為防止其它健全機組向故障機組供電，應(yīng)跳系列；如裝有逆流保護，則可考慮只跳本機組，以減少不必要的跳閘，減少電解系列不必要的全停電。由于弧光保護接收的是光信號，因此要進行光源的管理，并采取防止外界強光進入的措施。十四、離極保護正常生產(chǎn)過程中，電解槽陽極與陰極脫開或連接母線開路即稱為離極，離極將造成斷口間強烈弧光，引起著火、爆炸，引發(fā)重大人身或設(shè)備事故。雖然電解槽槽控機一般

25、均設(shè)置多重保護，防止陽極持續(xù)提升，一般不會因為槽控機失控造成離極，但在電解槽漏槽、冒槽，母線接觸不良，陽極碳塊全部脫落以及不正確的手動持續(xù)提升陽極等情況下，仍存在離極的可能性。因此整流所應(yīng)設(shè)置離極保護，以電流和電壓變化作為判據(jù)，當電流下降至額定值的75，電壓升高到規(guī)定值時，即判斷為離極，跳開所有機組斷路器。十五、電流保護由于整流變壓器閥側(cè)繞組為多繞組，大電流，很難對變壓器內(nèi)部故障實現(xiàn)差動保護，其電流保護一般設(shè)置瞬動過流保護、帶時限過流保護或延時投入瞬動過流保護、過負荷保護。除以上交流電流保護，還有取自直流電流互感器直流信號的直流過流保護和取自第三繞組電流互感器電流信號的過流保護。1. 瞬動過流

26、保護瞬動過流保護電流信號取自110KV配電裝置整流機組間隔電流互感器，其動作電流不同于一般的電力變壓器電流速斷保護定值計算方法，其動作值遠小于額定狀態(tài)下變壓器二次側(cè)短路時的短路電流，通常情況下瞬動電流的整定值按照躲開變壓器的勵磁涌流，取變壓器額定電流的1.53倍整定即可。2. 帶時限過流保護或延時投入瞬動過流保護此保護的電流信號需取自調(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，即一個整流變一組。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，巨大的短路電流往往造成爆炸

27、、火災(zāi)、母線嚴重變形、變壓器繞組損壞等嚴重故障，因此要求保護有足夠的靈敏度和快速性。由于變壓器采用有載調(diào)壓開關(guān)調(diào)壓，并且規(guī)定有載調(diào)壓開關(guān)在最低檔位時才允許變壓器投入，變壓器投入時的整流變壓器一次側(cè)電流較小，變壓器投入時一般達不到此套保護的啟動值，可將延時取消，同樣設(shè)置為瞬動過流保護。如果使用中發(fā)現(xiàn)不能躲過啟動時的勵磁涌流，則需設(shè)定一個0.30.5S的時限，在高壓斷路器合閘0.30.5S后，將此保護投入，仍為瞬時動作。通過以上措施，保證短路發(fā)生時快速、可靠地切除故障。3. 過負荷保護避免變壓器長時間運行于過負荷狀態(tài)下，過負荷保護延時動作于信號或機組斷路器跳閘。4. 直流過流保護整流柜單柜直流電流

28、信號送入機組PLC，在PLC中設(shè)定直流電流超過1.2倍直流額定電流時報警，設(shè)定直流電流超過1.5倍直流額定電流時跳閘。5. 第三繞組過流保護由于整流變壓器較多采用飽和電抗器調(diào)壓，整個整流變電系統(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行電源無功補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死區(qū)，第三繞組容量相對較小，在保護死區(qū)中存在短路故障時，變壓器保護定值不能快速啟動，極易造成變壓器嚴重故障，擴大事故，甚至造成變壓器返廠檢修，因此濾波裝置電流速斷保護應(yīng)按能可靠保護第三繞組出線短路的原則整定，并應(yīng)無延時跳開

29、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是保證整流機組正常運行的重要措施，需要在實際使用過程中，根據(jù)實際使用的效果，不斷總結(jié)經(jīng)驗、教訓(xùn)，不斷完善、發(fā)展，使保護真正具有可靠性、快速性、靈敏性、選擇性的基本要求，切實起到保護整流電源的作用，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要求1） di/dt保護 直流饋線開關(guān)設(shè)置有di/dt保護，即電流變化率保護。開關(guān)合閘后，測量裝置不斷檢測開關(guān)主電路中電流的變化率di/dt，當di/dt24 A/ms時發(fā)出報警，di/dt40 A/ms時觸發(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、30 ms后DPU96保護分閘；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 直流饋線開關(guān)設(shè)置I保護，即電流增量保護。在di/dt被觸發(fā)后（di/dt40 A/ms）持續(xù)1 ms，I達到整定值4 000 A(饋線開關(guān))，經(jīng)過延時(1 ms)，I動作，DPU96保護分閘。di/dt保護和I 保護是直流接觸網(wǎng)末端短路的主保護。3）接觸網(wǎng)熱過負荷保護 直流饋線開關(guān)設(shè)置有接觸網(wǎng)熱過負荷保護。由于1500V的直流供電系統(tǒng)的電流較大，如果供電導(dǎo)體長時間通過大電流，可能會因供電導(dǎo)體的機械強度降低而導(dǎo)致故障發(fā)生。DPU96通過連續(xù)檢測開關(guān)主電路中電流的大小和時間計算，判

31、斷結(jié)果后發(fā)出報警，如果電流持續(xù)增大則DPU96保護分閘并閉鎖，經(jīng)過設(shè)定的冷卻時間后才可以重新合閘。4）反向電流保護 直流進線開關(guān)設(shè)置有反向電流保護。對于進線開關(guān)，在其S7 （控制器）中檢測進線電流的方向及大小，一旦進線電流出現(xiàn)反向(即流入整流器方向)且大于所設(shè)定飄移值，則DPU96保護分閘，同時DPU96控制輸出，通過硬線觸點聯(lián)跳33kV整流變進線開關(guān)及另外一臺1500V進線開關(guān)。因此當一臺1500V直流進線開關(guān)發(fā)生反向電流保護時，整個牽引所會退出運行。從運營安全的角度出發(fā)，可以考慮在運營前甩開對另外一臺1500V進線開關(guān)的聯(lián)跳線路，減少故障影響范圍。5）二極管逆流保護 廣州地鐵2號線1500

32、V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。其原理為：在整流器的每一個整流橋臂上都裝有1個穿心式電流互感器，如果整流橋臂內(nèi)的某個二極管反向擊穿，則在這個二極管支路的熔斷器開始熔斷的弧前時間和燃弧時間內(nèi)，將有故障電流流經(jīng)這個橋臂，接在電流互感器二次側(cè)的逆流保護單元就有信號輸出，向整流機組33kV進線開關(guān)保護裝置發(fā)出跳閘信號，33kV開關(guān)保護分閘，同時33kV保護控制輸出向1500V進線開關(guān)DPU96發(fā)跳閘信號，DPU96再保護分閘1500V進線開關(guān)。6）框架保護 直流開關(guān)柜、整流器柜、回流柜設(shè)置有框架保護?？蚣鼙Ｗo分為電流型框架保護和電壓型框架保護。其原理為：負極柜的S7 （控制

33、器）檢測框架與大地之間的電流和框架對負極的電壓，達到整定值則S7輸出控制，通過硬線觸點向本所所有1500V直流開關(guān)及鄰所相鄰 1500V直流開關(guān)發(fā)出聯(lián)跳信號(脈沖寬度大于500ms)，每個直流開關(guān)的DPU96或S7收到信號后保護分閘同時閉鎖自動重合閘程序。十七、陽極效應(yīng)鋁電解槽陽極效應(yīng)（AE）自動報警。陽極效應(yīng)是溶鹽電解所固有的一種特征現(xiàn)象。當其發(fā)生時，在陽極與電解質(zhì)接觸的周邊上，出現(xiàn)許多細小的電弧，發(fā)出輕微的噼啪聲，電解質(zhì)沸騰停止，此時槽電壓已從正常值（例如4伏）升高到數(shù)十伏，并聯(lián)在電壓表上的指示信號燈也亮了起來。這就是工廠里所說的陽極效應(yīng)。陽極效應(yīng)可以看做是一種“阻塞效應(yīng)”。它在很大程度上

34、阻礙陽極與熔體之間電流傳遞。 實踐證明，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，電解質(zhì)中氧化鋁降低到一定程度，就發(fā)生陽極效應(yīng)。當加入新的氧化鋁后，在陽極上又析出氧，氧與炭粉反應(yīng)，逐漸使陽極表面清靜，電阻減小，電解過程又趨于正常。生產(chǎn)中當陽極效應(yīng)發(fā)生時，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，影響電解槽的產(chǎn)量，電耗增加。生產(chǎn)中陽極效應(yīng)的熄滅方法是：1）將效應(yīng)棒（大約23米，直徑24cm的樹枝）插入鋁液中使木棒燃燒排除陽極底掌的氣體薄膜，清潔陽極底部，實際是在燃燒鋁液，整個

35、過程大約持續(xù)35分鐘。而此時電解的電化學(xué)過程是停止的，這也就是“效應(yīng)時間不產(chǎn)鋁，而且還要跑電耗”的原因。造成鋁液的嚴重損失。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)時間5min,電流效率93%，一個陽極效應(yīng)少產(chǎn)原鋁：3000.3355560=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，進而向陽極四周傳導(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：一個效應(yīng)時間5min,分子比平均上升0.1。氟化鋁大約損失1020kg。2）降低陽極，增加氧化鋁的下料量，達到熄滅陽極效應(yīng)的目的。傳統(tǒng)的觀點認為：利用陽極效應(yīng)可以分離炭渣，清潔電解質(zhì)，補充電解槽熱量的不足，化沉淀。但是隨著陽極質(zhì)量的提高以及智能模糊控制計算機系統(tǒng)和點式下料技術(shù)的應(yīng)用，陽極效應(yīng)優(yōu)點愈來愈變得渺小，因此傳統(tǒng)的這種觀點已不能適應(yīng)當今現(xiàn)代電解槽生產(chǎn)。同時，陽極效應(yīng)還伴隨產(chǎn)生對大氣臭氧層有破壞性的PFCs(CF4C2F6)氣體。鋁電解生產(chǎn)主要是通過控制電解槽槽電壓來保持較好的生產(chǎn)技術(shù)條件（計算機控制稱槽電阻