电解铝槽控机控制系统防雷措施

付德报，王省伟

（1.中国矿业大学信电学院，江苏徐州210082；河南神火铝业股份有限公司永城铝厂，河南永城476600）

电解铝槽控机控制系统防雷措施

付德报1，2，王省伟2

（1.中国矿业大学信电学院，江苏徐州210082；河南神火铝业股份有限公司永城铝厂，河南永城476600）

分析了雷电波入侵电解铝槽控机及控制系统的途径，根据雷电波的特点，在电源及通信装置前加装防雷装置,同时对电源线及通信电缆进行屏蔽接地,减少感应电压对电源线的耦合干扰,从而降低雷电波对槽控机的危害,提高工艺控制的可靠性。

电解铝；槽控机；等电位连接；屏蔽；接地电阻；防雷器

0 前言

在电解铝生产过程中，槽控机控制系统的作用是对电解槽自动化管理，槽控机及控制系统运行正常与否，对生产影响非常大。因此，要保证电解槽正常运行，维持各项工艺参数在设定的范围内，使电解铝生产获得最佳经济效益，槽控机控制系统的安全管理十分重要。

然而，许多电解铝企业都存在槽控机控制系统遭受雷击损坏的情况，对生产造成严重的影响，给企业带来巨大的经济损失。在2005年至2007年的3年间，本厂槽控机控制系统多次遭受雷击，损失惨重。技术人员通过研究分析及探索实践，开发了一种综合防雷系统，该系统可使铝电解槽槽控机控制系统免遭雷击，并能在雷雨天气中正常运行。

1 槽控机控制系统的构成

通常情况下，铝厂生产控制系统主要包括一个主控室（计算机站）和生产厂房，主控室内有监控PC、服务器、交换机和监控槽控机等设备；生产厂房中共设置2个或多个（根据生产规模情况而定）CAN总线重复器，信号采集传输系统采用CAN总线通信方式，所采集的生产数据信号通过光电转换为数字信号，由通信信号线线缆传输到主控室，再经数据转换后采用CAN总线通信方式进行信号的传输。槽控机内有VIF板、主显板等控制板，每台槽控机控制一台铝电解槽，作用是采集电解槽在生产过程中的电压、电流等数据，通过光缆传输到计算机站的监控PC，以便工作人员对电解槽生产状态随时进行监控，发现问题及时解决。

2 雷电入侵槽控机控制系统的途径

雷电入侵槽控机控制系统主要有：电源线路入侵，通信线路，数据线路入侵，地电位反击电压通过接地体入侵等几种途径。雷电防护的措施主要有分流、接地、屏蔽、等电位和安装防雷器（瞬时过电压保护）等方法。

电解铝槽控机控制系统易受雷电入侵的主要原因是：

（1）直流母线正常时直流电压为910 V，电流为350 kA，电压高、电流大，本身的磁场很大，由于部分裸露在厂房外，遇到外界雷电磁场干扰时，很容易产生强变磁场并通过电流电压采集线传输到槽控机，致使槽控机遭受强变磁场的干扰甚至损坏。

（2）隔离变压器交流电源线路长距离裸露在厂房外，其采用金属桥架进行走线，而金属桥架部分没有良好接地，且长期遭受厂房内强磁场的影响，在有雷电的情况下，很容易遭受直击雷的侵害。一旦金属桥架或电源线路遭受直击雷的侵害，加之其本身的强大磁场，将直接造成后端用电设备即槽控机受损。

（3）槽控机、CAN总线重复器、电流信号驱动器、电流频率转换器等各数据线，特别是电流信号线、通信信号线，正常工作电压只有1V左右，最大不超过3 V，耐冲电压很低又长期处在强大磁场的厂房内，遭受雷电或强变磁场侵害时，电流信号线、通信信号线所控制的VF板和主板很容易损坏。

（4）槽控机、CAN总线重复器、电流信号驱动器、电流频率转换器等各数据线，特别是电流信号线、通信信号线，均为屏蔽数据线，由于部分屏蔽数据线的屏蔽层没有良好接地，屏蔽层所感应的过电压、电流致使电流信号线、通信信号线所控制的VF板和主板损坏。

3 解决方案及效果

通过以上分析可知，槽控机控制系统遭受雷击是电源线路入侵造成的，属于通信线路、数据线路入侵型。解决方案是做好控制系统的接地、屏蔽、等电位连接，安装防雷器。

（1）在直流母线上并联安装限压型直流防雷器，电流信号、驱动器信号、频率转换器信号加装专用信号防雷器，如图1所示。

（2）在隔离电源上并联安装第一级限流型交流防雷器，在隔离电源上并联安装第二级限压型交流防雷器，在槽控机及数据控制箱控制电源上并联安装第三级限流型精细级防雷器，对计算机站上位机供电系统加装限压型和限流型交流防雷器，如图2所示。

图1 控制系统防雷布置图

图2 三级电源防雷布置图

（3）电流信号、驱动器信号、频率转换器信号加装专用信号防雷器4，信号防雷器接线如图3所示。

（4）对于空架线缆的防雷，主要是采取对线缆的良好屏蔽及两端良好接地处理，用不小于BV-16mm2的铜线良好接地。

图3 信号防雷器接线图

主控制室和2个电解厂房均有接地体，接地阻值小于4Ω，基本满足防雷器接地要求。主控制室、2个电解厂房、动力车间作为4个防雷接地单元进行考虑，防雷器接地使用原有的接地体，考虑动力车间需要做独立接地体，在每个防雷单元设置一个接地汇流排，从独立接地体连接端引BV-25mm2铜线到接地汇流排，防雷器接地线采用BV-4mm2铜线与汇流排连接，这样每个防雷单元的防雷器会形成一个良好等电位系统。

4 结束语

对电解铝槽控机及控制系统进行防雷处理，很好地解决了槽控机控制系统遭雷击问题。工厂采取以上措施后，槽控机控制系统再未遭受过雷击，该项技术2009年获国家实用新型专利，目前正推广应用到公司其他槽控机控制系统。

[1]虞昊.现在防雷技术基础[M].北京：清华大学出版社，2005.

[2]周志敏.电气电子系统防雷接地使用技术[M].北京：电子工业出版社，2005.

[3]GB50174-1993，电子计算机房设计规范[S].

[4]GB50343-2005，建筑物电子信息防雷技术规范[S].

M easure of lightning p rotection in controlling system of pot controller of electrolytic alum inum

FUDe-bao，WANG Sheng-wei

The way of lightning invasion of pot controller and controlling system was analyzed.According to the features of lightning,the lightning protection device was added at the front of power source and communicator. At the same time,the power line and communication cablewere screened and grounded.The coupled interference of induced voltage on power line was reduced.Thereby the hazards of lightning on the pot controller of cells were reduced,and the reliability of controlwas enhanced.

electrolytic aluminum;pot controller;equal potential bonding;screening;grounding resistance; lightning protection device

TF821

B

1672-6103（2010）05-0044-03

付德报（1968—），男，河南永城人，中国矿业大学信电学院硕士研究生，高级工程师,河南神火铝业股份有限公司永城铝厂厂长。

2010-01-15

2010-05-10