某電解鋁廠的無功補(bǔ)償與諧波治理

1、電解鋁廠的無功補(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 采用二回來自不同電源的

2、線路， 直接送到鋁廠整流所的雙母線上， 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

3、線看出去的 (Zm)，還是從諧波源看出去的等效阻抗 (Z) 均下降。 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

4、。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(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，

5、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。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， 需要提供大量的無功功率。 這時(shí)，需要兼有無功補(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，以免造成無功反傾，電壓過高， 造成更大 的事故。電解系列完全

6、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 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。目前整流機(jī)組有兩種形式。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(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)通角深控來實(shí)現(xiàn)的。 因此，除了需要大量的無功外，此時(shí)在諧波發(fā)生量也是最大，因此， 必須投入 濾波裝置， 來吸收諧波和補(bǔ)償無功。 否則整流機(jī)組將產(chǎn)生噪音和振動(dòng)， 無法繼 續(xù)運(yùn)行。兩種整流

7、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

8、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 1 6 脈波整流器諧波電流頻譜HDLh%10020.

9、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 ln 1/h， 由于換相的平波作用 , 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)過實(shí)際測(cè) 試。如果沒有實(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

10、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

11、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, 諧波電流在被濾波裝置吸收前 ,己經(jīng)流過部分電氣設(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

12、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. 整流變壓器為什么不設(shè)差動(dòng)保護(hù)？無法接。差動(dòng)保護(hù)，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

13、“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

14、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)-模”兩套配置。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 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)限過電流保護(hù)、 輕重瓦斯及 油溫保護(hù)，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(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。 整流裝置的電流及電 壓指示、

15、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；電解槽電流過大；整流器過負(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

16、個(gè)年產(chǎn) 15 萬噸的電解系列，停電 5 個(gè)小 時(shí)其損失可達(dá)幾千萬元， 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(dòng)開關(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)開關(guān)動(dòng)作，發(fā)出 “一元件

17、損壞 ”信號(hào)；當(dāng)同一橋臂兩元件壞時(shí)， 跳閘接點(diǎn)閉合，斷開整流機(jī)組高壓側(cè)斷路器。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)開關(guān)， 并且微動(dòng)開關(guān)的壓力應(yīng)能防止震動(dòng)造成的接觸不良。 沒有延時(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)水水溫過高等，均會(huì)造

18、成母 線超溫。如不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，會(huì)使元件結(jié)溫過高而損壞。在每個(gè)橋臂 上設(shè)置一個(gè)測(cè)溫元件，橋臂溫度在 60 65 時(shí)動(dòng)作，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 4 20mA 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 60 65 時(shí)報(bào)警。三、PLC 失電保

19、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 PLC 實(shí)現(xiàn)。因此， PLC 失電或故障 時(shí)，應(yīng)跳開機(jī)組高壓斷路器 。2 ）機(jī)組輔助電源失電時(shí)，冷卻系統(tǒng) 停止運(yùn)行，此時(shí)也應(yīng)跳開機(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 開機(jī)組斷路器四、冷卻系統(tǒng)故障

20、（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 1 3 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

21、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)。 說明：對(duì)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(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

22、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 方向電流流過時(shí)， 節(jié)點(diǎn)閉合，并通過快速型中間繼電器跳開所有整 流機(jī)組斷路器，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 N 1 方式，因此跳開一臺(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)組過流， 因此設(shè)置機(jī)組連鎖

23、跳閘保護(hù)，在兩臺(tái)以上機(jī)組跳開 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)壓開關(guān)時(shí)，本機(jī)組有載調(diào)壓開關(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)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

24、送器變換為 4 20mA 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 4 20mA 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)自動(dòng)投入， 防止機(jī)組過流，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

25、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) 超過設(shè)定強(qiáng)度后，裝置即輸出跳閘信號(hào)，由于采用了快速器件，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 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)具有無可比擬 的優(yōu)勢(shì)。 至

26、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)過程中，電解槽陽(yáng)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(qiáng)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(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

27、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)過流保護(hù)、帶時(shí)限 過流保護(hù)或延時(shí)投入瞬動(dòng)過流保護(hù)、 過負(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)的直流過流保護(hù)和取自第 三繞組電流互感器電流信號(hào)的過流保護(hù)。1. 瞬動(dòng)過流保護(hù)瞬動(dòng)過流保護(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

28、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變壓器的勵(lì)磁涌流， 取變壓器額定電流的 1.5 3 倍整定即可。2. 帶時(shí)限過流保護(hù)或延時(shí)投入瞬動(dòng)過流保護(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)整流變一組。其整定值取整流變壓器額定電流的 1.1 1.5 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

29、護(hù)有足夠的靈敏度和快速性。由于變壓器采用有載調(diào)壓開關(guān)調(diào)壓，并且規(guī)定有載調(diào)壓開關(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)過流保護(hù)。如 果使用中發(fā)現(xiàn)不能躲過啟動(dòng)時(shí)的勵(lì)磁涌流，則需設(shè)定一個(gè) 0.3 0.5S 的時(shí)限，在高壓斷路器合閘 0.3 0.5S 后，將此保護(hù)投入， 仍為瞬時(shí)動(dòng)作。通過以上措施，保證短路發(fā)生時(shí)快速、可靠地切除 故障。3. 過負(fù)荷保護(hù)避免變壓器長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行于過負(fù)荷狀態(tài)下， 過負(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. 直流過流保護(hù)整流柜單柜直流電流信號(hào)送入機(jī)組 PLC，在 P

30、LC 中設(shè)定直流 電流超過 1.2 倍直流額定電流時(shí)報(bào)警，設(shè)定直流電流超過 1.5 倍 直流額定電流時(shí)跳閘。5. 第三繞組過流保護(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 電源無功補(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

31、整定， 并應(yīng)無延時(shí)跳開變 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)直流饋線開關(guān)設(shè)置有 di/dt 保護(hù)，即電流變化率保護(hù)開關(guān)合閘后，測(cè)量裝置不斷檢測(cè)開關(guān)主電路中電流的變化率 di/dt ， 當(dāng) di/dt 24 A/ms 時(shí)發(fā)出報(bào)警， di/dt 40 A/ms 時(shí)觸發(fā) DPU96 產(chǎn)

32、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)直流饋線開關(guān)設(shè)置 I保護(hù)，即電流增量保護(hù)。在 di/dt 被觸發(fā)后( di/dt 40 A/ms )持續(xù) 1 ms ，I達(dá)到整定值 4 000 A(饋線開關(guān) ) ，經(jīng)過延時(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)熱過負(fù)荷保護(hù)直流饋線開關(guān)設(shè)置有接觸網(wǎng)熱過負(fù)荷保護(hù)。 由于 1500V 的直流 供電系統(tǒng)的電流較大，如果供

33、電導(dǎo)體長(zhǎng)時(shí)間通過大電流，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 通過連 續(xù)檢測(cè)開關(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)過設(shè)定的冷 卻時(shí)間后才可以重新合閘。4 ）反向電流保護(hù)直流進(jìn)線開關(guān)設(shè)置有反向電流保護(hù)。對(duì)于進(jìn)線開關(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，通過硬線觸點(diǎn)聯(lián)跳 33kV 整流變進(jìn) 線開關(guān)及另外一臺(tái) 1500V 進(jìn)線開關(guān)。因此當(dāng)一臺(tái) 1500V 直流進(jìn) 線開關(guān)發(fā)生

34、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)前甩開對(duì)另外一臺(tái) 1500V 進(jìn)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(hù)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)線開關(guān)保護(hù) 裝置發(fā)出跳閘信號(hào)， 33kV 開關(guān)保護(hù)分閘，同時(shí)

35、 33kV 保護(hù)控制輸 出向 1500V 進(jìn)線開關(guān) DPU96 發(fā)跳閘信號(hào)， DPU96 再保護(hù)分閘 1500V 進(jìn)線開關(guān)。6 ）框架保護(hù)直流開關(guān)柜、整流器柜、回流柜設(shè)置有框架保護(hù)?？蚣?保護(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，通過硬線觸點(diǎn)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(hào) （ 脈沖寬度大于 500ms） ，每個(gè)直流開關(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

36、。 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)十伏， 并聯(lián)在電壓表上的 指示信號(hào)燈也亮了起來。 這就是工廠里所說的陽(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，電解過程又趨于正常。生產(chǎn)中當(dāng)陽(yáng)極效應(yīng)發(fā)生

37、時(shí)， 電解質(zhì)的溫度急劇升高， 由正常值 的 940 955 ，急速升高到 980 990 ，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)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 2 4cm 的樹枝）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)過程大約持續(xù) 3 5 分鐘。而此時(shí)電解的電化學(xué)過程是停止的，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

38、, 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 10 20kg 。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 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(CF4?C2F6) 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(jì)算機(jī)控制稱槽電阻控制）。正?？刂茣r(shí)，槽電壓保持 在 4V 左右，而陽(yáng)極效應(yīng)時(shí)槽電壓異常，電壓上升到 30V 50V 左右，最高異常電壓可達(dá)百伏。大型予焙陽(yáng)極槽設(shè)計(jì)