某电解铝厂整流器触发控制同步信号改造

吴晓红，周甫庆

(昆明有色冶金设计研究院股份公司，云南昆明650051)

0 引 言

随着电解铝行业的快速发展，尤其是电解槽的大型化，对整流设备的安全可靠性要求也越来越高，而高可靠性的晶闸管和数字触发电路的应用，因其具有低维护和高效率的特点，被越来越多用户所选择。由于同步信号的不稳定易引发晶闸管整流机组跳闸，不但造成电解系列电流大幅波动，影响生产，同时也给电网安全运行带来隐患。

依据某电解铝厂多次由于同步信号的不稳定引起整流机组故障跳闸情况，查找整流机组跳闸的原因，提出改造方案，从根本上解决由于同步信号的不稳定引发晶闸管整流机组跳闸的问题，确保铝电解生产的稳定运行。

1 晶闸管整流机组跳闸原因分析

1.1 工矿概述

某电解铝厂电解系列直流电流320 kA。大型预焙阳极电解槽数172台，其中正常工作168台，备用4台。电解槽槽平均电压3．84 V，正常工作系列电压约645．1 V，效应时的最高系列电压为约715．1 V，系列电压确定为850 V。配置6台/套整流变压器组和6套晶闸管整流装置。

1.2 跳闸起因

该厂整流器触发控制同步信号采用动力变压器提供的三相380V电源作为同步信号，在2#～6#整流机组正式送电投入运行后的第3天，整流机组先后发生3次跳闸，通过对跳闸时交流录波监测，发现在空压机投切瞬间电压波动很大;查看了上位机所有机组跳闸的相关报警和跳闸记录，变电站综合自动化系统上出现同步采样的报警或跳闸信号，说明同步信号采样异常。分析其原因为动力变压器10 kV侧带有其它大功率负载(如空压机)，大功率负载的投切，电压的波动严重影响了同步信号的稳定和晶闸管整流装置的安全运行。

2 同步信号的改造方案

根据整流机组跳闸原因分析，决定对整流器触发控制同步信号进行改造，将整流器的触发控制同步信号，改由220 kV开关站220 kV母线上的220 kV/100 V电压互感器备用绕组提供。具体改造方案如下:

2.1 同步信号电流计算

(1)采用线电压158 V(相电压91 V)作同步信号，轻载(91 V/11 mA)条件下，每只信号变压器的容量为 91 ×0．011≈1．0 VA

(2)72只信号变压器的容量为1．0×72≈72 VA

(3)每一相的输入电流为72/3/91=0．27 A

2.2 电压互感器电流计算

(1)220 kV/100 V电压互感器二次容量为100 VA

(2)电压互感器二次相电压为57．7 V

(3)电压互感器二次总容量为100 VA，每相输出电流为 33．3/57．7=0．58 A

2.3 同步电压信号匹配

由于前期是采用动力变压器提供的三相380 V电源作为同步信号，各机组主电路和触发脉冲信号之间对应的相位关系已经完全确定。改由电压互感器二次输出电压作同步信号，则要求电压互感器输出电压的相位必须与动力变三相电源的相位完全一致。实测动力变380 V电源和电压互感器二次电压信号相位，见图1。

图1 实测动力变380电源和电压互感器二次电压信号相位Fig.1 The measured secondary voltage signal phase of 380 V power supply and voltage transformer

因此，为了保证电压互感器输出电压的相位和电压幅值与现有触发控制板上的同步信号变压器相匹配，需要变更的部分包括:

(1)增设三相变压器3台(每台对应2套整流机组，当1台变压器故障时，还能保证4套整流机组运行，确保电解生产的持续运行)，对电压互感器输出的同步电压信号进行隔离、移相和升压，以满足触发控制板对同步信号的要求。将整流柜内现有的200 VA三相变压器，作适当的连接变更，即可以满足要求，见图2。

图2 移向变压器接线图Fig.2 Wiring diagram of phase-shifting transformer

(2)更改触发控制板内同步电路输入阻值，以满足同步电压信号幅值(220 V/91 V)变小以后同步信号不能失真的要求。

(3)在输入电压100 V条件下，实测得200 VA三相变压器的空载电流，见表1。其值不足1 mA，可以忽略不计。电压互感器输出容量(100 VA/0．58 A)可以满足触发控制板内全部72只信号隔离变压器(0．27 A)的要求。

表1 三相变压器的空载电流Tab.1 No-loading current of three-phase transformer

2.4 电压切换

该项目220 kV开关站主结线采用带母联断路器的双母线接线，因此，220 kV母线上电压信号应根据系统运行方式进行切换。设置一台电压切换装置，单电源供电时取相应电源母线PT电压信号，双电源供电时取I段电源母线PT电压信号。具体电压切换原理见图3。

图3 电压切换原理图Fig.3 Schematic diagram of voltage switching

3 结 语

通过对晶闸管整流机组跳闸进行分析研究，提出了相适应的整改措施，改造后采用220 kV I/II段母线PT备用绕组经电压切换后取同步信号，不受动力负荷波动的影响。经过改造彻底消除了由于同步信号的不稳定引起整流机组跳闸的现象，避免了严重威胁生产安全和电网稳定运行的不良因素，同时为电解铝企业类似问题提供了技术借鉴，为电网安全稳定运行起到积极作用。

［1］张全元．变电运行现场技术问答［M］．北京:中国电力出版社，2009．

［2］刘忏斌，等．硅整流所电力设计［M］．北京:冶金工业出版社，1983．