一种改进的电弧光保护装置在电解铝行业中的应用

石 磊，陈亚娜

（包头轻工职业技术学院 自动化学院，内蒙古 包头 014035）

0 引言

近年来，随着我国电解铝行业的大力发展，电解铝的产能不断增加。在电解过程中均采用大电流、高电压的整流设备为其提供电流，目前大型电解铝的整流系统一般是采用4～7 个机组，每个整流机组由1 台调压变压器、2 台整流变压器、2 个整流柜组成。所有整流柜并联连接至直流大母线，为电解系列提供直流电能。但生产过程中有时整流柜会发生爆炸事故，造成严重后果。造成整流柜爆炸的原因有：①整流元件击穿时，会产生弧光，快速熔断器不能及时的熔断，引起弧光扩大，使得整流柜内正负母线短路，造成爆炸；②整流元件或绝缘件受潮，使元件表面温度低于环境温度至凝露点后，元件表面将结露，引起短路，进而发生爆炸整流柜内冷却管路渗漏，也可能造成绝缘降低，引起爆炸；③绝缘件表面有灰尘积聚，绝缘被破坏。

为了减少弧光的危害性，电弧光保护逐渐被应用到整流系统的保护中，配合常规保护扩大整流系统的保护面，特别是电弧光保护因动作时间短、功能强大、保护判选择灵活、安装实施简单，电解铝厂正在逐步新增整流系统的弧光保护。实践证明弧光保护能在开关柜发生弧光故障时提供最快的保护，切断故障点，是常规继电保护不能比拟的，它将弧光对设备的损害降至最低，确保故障电站对电网的影响最小。本文以内蒙古某铝厂为例，分别介绍改进前后的弧光保护系统在实际生产中的应用。

1 改进前的系统

如图1 所示，该弧光保护系统包括综自系统、主单元、电流单元和弧光探头；主控单元通过以太网和综自系统连接，电流单元、弧光探头和主单元分别连接，主单元是弧光保护系统的核心部件，对弧光探头传来的光信号进行光电转换，负责输入量的采集、测量、计算及逻辑判断，实现系统的各项保护逻辑、与站内监控系统通信、自检及其它辅助功能；电流单元安装在进线电源开关柜中，采集电流信息，配置快速继电器和常规继电器，用于弧光保护系统就地跳闸或就近跳闸；弧光探头安装在整流柜内各间隔中，作为光感应元件，在发生弧光故障时检测突然增加的光强，并通过光纤将光信号传送给主单元。

该系统利用过流判据和弧光判据是否同时动作来判断保护系统是否发生动作。即当电流信号或弧光信号大于设定值时，主单元发出指令，断路器跳闸。该系统虽然能够起到弧光保护的作用，但存在的缺点是：

（1）不能有效保护整流柜。只配置了一个主单元跳闸出口，如果当弧光保护主单元电源失电时，即使电流、弧光判据启动，也不能切开断路器，有效地保护整流柜。

（2）故障发生时，由于电流变化信号采自调压变压器的电流传感器，所以保护反应不及时。

图1 改进前的弧光保护系统Fig.1 Before improved arc protection system

2 改进后的系统

如图2 所示，与改进前的弧光保护系统比较，该弧光保护装置的结构包括二个跳闸出口并联的主单元1 和主单元2，并且，主单元1 和主单元2 通过通信线缆连接，实现互相交换数据；主单元2 的光传感器布置在整流柜内，光传感器通过光纤连接到主单元2，用于获取整流柜内的弧光信号；电流传感器连接在主变压器A、B 的初级线圈上，电流传感器分别连接主单元1 和主单元2，用于获取主变压器A、B 的电流变化信号。

弧光保护主单元1 和主单元2 共配置有2 个主单元跳闸出口，电流变化信号取自两个不同的主变压器A 和主变压器B，并且两个主单元之间实现通讯，互相交换数据，主单元1 和主单元2 依据获取到的弧光信号和电流变化信号进行判断，当认为整流柜产生弧光时，控制断路器切断电源，起到保护整流柜的作用。相对于改进前的系统，该系统的优点是：

图2 改进后的弧光保护系统Fig.2 The improved arc protection system

（1）由于将两个主单元的跳闸出口并联，这样即使一个主单元不工作（如失电），另一个主单元的跳闸出口也会动作，跳开断路器，防止扩大事故，有效地保护设备。

（2）对于整流柜的弧光反应的更及时、迅速，能够有效地切断断路器，保护整流柜。当整流柜产生弧光时，当整流柜产生弧光时，主变压器的的电流变化大于调压变压器的电流变化，电流判据（电流变化信号）采自主变压器的电流传感器能够更及时、迅速的反应整流柜状况，有效地切断断路器，起到保护整流柜的作用。

3 结束语

随着电解铝行业的不断发展，整个系统的安全性和稳定性愈发重要，因此要想保障系统的安全性和稳定性，就必须对整流系统不断地进行改造和优化，消除各种不良隐患，使得整个系统更加安全高效的运行。通过针对原来弧光保护系统的分析，在原有基础上进行了优化改造，经过近一年的运行，改造后的弧光保护系统运行平稳，在安全性能上有较大提高，达到了预期的效果。

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[2]刘学义.电解铝生产线中供电整流改造实施方案[J].电气应用，2012，4.

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