电气自动化技术在铝电解过程中的应用分析

韩延琴，张 为

（甘肃东兴铝业有限公司陇西分公司，甘肃 定西 748112）

1 电气自动化系统的结构

总体来说，电气自动化系统具有分布式、分层分布式以及集中式几种不同的结构。

（1）分布式结构。分布式结构是一种比较理想的电气自动化系统结构，它可以对铝电解厂当中给定的目标加以监控，并给到其他的监控装置。而通过将这些控制装置与电解厂中的局域网相连，就能够将各种检测信息进行实时传输，从而达到数据共享。虽然这种结构比较理想，但是在对其进行实际应用时，却存在不少难以解决的实际问题，例如信号的干扰、影响信息传递质量和其安全可靠性等问题。

（2）集中式结构。集中式结构能够对数据存储设备与处理设备集中并进行分配，还能对各种数据进行输出与保护。该系统主要有前置机与后台机两大部分，其中后台设备主要负责数据通信，然后利用数据通讯，来与前置设备进行联系。该结构也存在着一定的缺陷，一方面是由于前置设备具有比较多的任务，所以会设置比较多的电缆，这样就会造成相互之间传输信号的影响；一方面各种设备之间的传输也比较繁琐，而且使用的可靠性不太理想；另一方面，在整个系统当中，会用到大量的电缆将各种设备进行连接，这就会造成很大的开支。

（3）分层式分布结构。分层分布式结构，主要由管理层、中间层和终端层三部分构成，可以对铝电解变电站的对象实现有效管理控制，还能实现建立与维护数据、采集数据、运行管理以及报电能等多种功能。该结构具有很大的优势：一方面其可靠性很高，在系统内任意一种设施发生故障的时候，不会影响到系统整体的运行，仅仅在局部区域存有问题；一方面它具有相当大的扩展空间，足以支持设备进行不断升级；另一方面，该结构能够使各种设备之间的电缆大幅减少，这样就能够使得维护难度与经济开支大大减小。所以，可以认为分层分布式结构是铝电解厂中变电整流电气自动化系统的最佳选择。

2 继电保护及安全自动装置

在铝电解厂中，开关站主要由电压为10 kV 的配电所与补偿装置两大部分构成，能够对各种数据进行传输与控制。下面就对具体的配置原则进行设计分析。

2.1 保护配置原则

（1）双重化配置。在铝电解厂的开关站当中，通常将双重化配置作为主保护，在配置时，要遵循相互独立与不同原理，将主屏设置为独立组屏。具体的配置原则包括：①要采用保护装置，并将其接线原则确定为“对应原则”，使保护装置能够同时满足双回线路同杆架设的要求，这样才能有效实现主装置与后补装置间的数据统一；②应在保护装置中安装启动断路器，这可以使得当设备突然损坏的时候，能够很好地做到失灵保护；③应在保护配置当中，设置跨区域跳闸的功能，以避免某一区域出现问题的时候，对其他区域设备的正常运行造成影响；④在所有的保护装置当中，都应当安装电压切换箱。

（2）母线差动保护配置。母线差动保护装置也要遵守相互独立和不同原理，故应当对其进行双重化配置，并设置为独立组屏。在具体的设置过程中，应当按照以下规则来进行：①在对双重保护的跳闸进行设置时，必须按照一一对应的方法来完成接线；②在母线保护中，应安装断路器失灵保护，以避免出现母线突然失效的状况；③应配备符合电压闭锁，以防止母线保护功能突然损坏。

（3）母联和母线RT 间隔。关于母联与母线RT之间的间隔，应该注意以下几个方面：①要设置有独立充电保护功能的母联断路器，以避免出现瞬间跳闸的状况；②要设置有限流能力的电压闭锁，以避免出现过流保护的状况；③要设置有失灵保护功能的启动器，以防止电气自动化装置损坏。

（4）电压为10 kV 的配电所的配置。应当按照以下规则来进行：①在对线路间隔进行配置时，需要配置限电流速断保护，这样才可以实现有效的延时保护；②在对配电所的母联间隔设置时，要设置有电流速断保护的功能装置。

2.2 组屏方法

在铝电解厂中，保护与监测控制装置是其开关站的主要组成部分之一，当对其设备加以布置时，通常采用分屏与分开的排列组合形式，以便于在主控室中进行组屏的配置。而在具体组屏时，应按照以下方法加以设置：（1）在对进线间隔进行配置时，应当从测控柜的一面进线；（2）在对公共部分进行设置时，必须安装一个具备联网能力的网络控制柜、一面是公用与远端的电表柜、一面为开关站的总体控制柜；（3）在对动力变间隔进行布置时，应当在测控柜与保护柜之间进行；（4）在对整流机组间隔进行布置时，也应当在测控柜与保护柜之间进行；（5）在对母联间隔进行布置时，应当与保护柜相连接。

2.3 五防模拟屏

在实际工作的过程中，要对变电整流电气系统进行实时监测，以在后台机设备突发故障后，能及时通过手动方式来切断电路，使得其立即停止工作，避免引起较大的事故。在模拟控制屏上，应当设有控制按键、交流表计、直流表计、位置显示器、开关与总调分按键等，以便建立完备的铝电解系列电流自动稳流控制系统，很好地进行过程监控、稳流控制、数据管理以及系统管理。

2.4 综自屏接地

在铝电解的生产流程当中，每面综自屏都需要同时配备工作接地铜排与保护接地铜排，而这些都对保证电气自动化系统与综自设备的顺利工作起到了关键的作用。在连接绝缘接地环网和整流区域的主接地网，此时必须保证相连的单芯电缆，其横截面在100 mm2以上。

3 电气自动化技术在铝电解过程中的问题

（1）节能不足。近些年来，随着铝电解产能的不断上升，也同时会造成大量的能源消耗，这就为铝电解的节能要求提出了越来越高的要求。虽说将电气自动化应用于铝电解的过程当中，相较于传统的老式电解方法，更加节能高效。但是近些年来，铝电解对于能源的消耗量大增，但是电气自动化技术的发展速度却相对略显滞后，因此，出现了明显的节能不足的状况。

（2）质量管理不到位。在铝电解的过程中，质量管理对于生产的质量有着很大的影响。为了做好质量管理，在铝电解厂当中，都会设立专业的检测部门，来对整个生产工作进行有效监督控制。但是在实际的管理过程当中，很多检测部门的人员，往往对于检测结果过于依赖与迷信，这就使得其在主观上对质量管理缺乏应有的重视，出现精神上的松懈，这样就很容易出现工程生产质量问题，造成一些不必要的损失。

（3）变电整流有待升级。当前铝电解对大电流与高电压的生产需求较高，但是在设备配备方面，却并不尽如人意，双方之间存在着很大的供需矛盾，需要对变电整流进行升级。

4 电气自动化技术在铝电解过程中的相应优化措施

在将电气自动化技术应用于铝电解过程当中时，存在着能耗高、质量管理不到位以及变电整流有待升级等方面的问题。要想使铝电解生产工作质量与节能方面取得进步，就必须依靠与先进的科学技术以及完整的结构与管理体系。针对上述所问题，我们应当对其进行逐个击破，分别有针对性地采取相应措施进行优化与解决。一方面，可以通过发展科学技术，培养新型人才的方式，来有效达成节能减排的结果；一方面，可以通过提升管理意识、优化管理机制等方式，使得生产质量获得大幅提高；另一方面，还应当对结构进行合理优化，以使得变电整流系统得到改善与升级，从而全面提升电气自动化技术在铝电解当中的控制水平。下面一一进行详细分析。

4.1 针对节能不足问题

鉴于当前铝电解过程中节能不足的现状，应当从根本上寻求解决办法，重视对高科技创新型人才的培养，并注重对生产力进行再教育。政府部门应当加大对教育与科研方面的政策与资金支持，并在人才培养的方向上进行合理引导，要求在对专业人才进行培养时，不仅要注重对他们专业理论知识的灌输，更要注重对他们实际操作能力的训练，以及对他们创造性思维的发展。唯有大量电气自动化专业人才，才能帮助我国铝电解在节能减排、绿色生态方面有更好的突破。

4.2 针对质量管理问题

（1）提升质量管理人员的观念意识。要想真正提升对铝电解生产工作的管理质量，首先生产企业应当注重对管理人员观念意识的改变，要将质量管理的重要性进行宣传渗透，使每一个管理人员都有足够强的管理意识，并让他们明确，对于质量管理，质量检测只不过是一个标尺，应该将重点放在管理之上。

（2）优化管理机制。要想真正做好铝电解生产工作的质量管理，就必须要对管理机制进行优化。一方面要尽可能聘用素质较高的管理人才来进行管理，另一方面要加强对当前管理人员的培训，以提升管理人才队伍的整体素质；另一方面，应当建立比较完善的规章制度以及严格的惩罚机制，规范质量检测，确保质量检测的科学性与准确性。并应当充分借鉴比较优秀的管理流程，将质量管理充分落实到生产过程中的每一个环节，以有效提升管理的质量，最终大幅提升铝电解生产工作的整体质量。

（3）针对变电整流问题。针对变电整流问题，可以从三个方面来进行优化控制，包括选择合适的电气自动化系统、遵循一定的配置原则以及做好安全控制，下面对这三个方面一一进行分析。

4.3 选择合适的电气自动化系统

首先要对三种结构的优劣进行分别分析比较，并根据铝电解厂的实际状况，选择最合适的电气自动化系统。分布式结构虽然比较理想化，但是会在实际的应用过程中，出现干扰信号、信息传输与可靠性不足等难以解决的问题，因此，不太建议使用；集中式结构的缺陷也很明显，由于前置设备具有比较多的任务，所以会设置比较多的电缆，这样就会造成相互之间传输信号的影响，各种设备之间的传输也比较繁琐，而且使用的可靠性不太理想，且大量的电缆也会造成很大的开支，所以也不建议使用；而分层分布式结构的可靠性很高，有比较大的扩张空间，足以支持设备进行不断升级，而且该结构能够使各种设备之间的电缆大幅减少，这样能够使得维护难度与经济开支大大减小。所以，对于铝电解厂而言，分层分布式结构，是比较理想的一种结构方式，可以在变电整流电气自动化系统当中进行应用。

4.4 将PLC 技术应用于电气自动化系统

PLC 技术是一种具有极大优势的电子系统，它主要运用于工业环境中，不但能够大大提高生产效率，而且还可以有效减少资源耗费，通过存储器进行逻辑运算与顺序控制等命令，同时可以利用输入输出来对工业机器设备及其生产的过程进行有效控制，得到了越来越广泛的应用。想要高效应用PLC 技术，就需要全面掌握具体的应用理论与特性，以达到更有效地使用PLC 技术中的控制器，从而促进电气自动化得以健康高效发展。对PLC 技术来说，最关键的并非配套设备，而是具备完备的特性，所以在PLC 技术实际运用过程中，应该具备相当强的抗干扰能力和高度的安全性。而传统的电气自动化控制技术，在工业生产现场往往会引起对周围的环境影响。另外，PLC 在实际应用过程中还具备自检测功能，可以及时发现并过滤自动控制系统中的错误信息。PLC 技术作为一个主要面向工矿企业的专用设备，而且由于它本身编程语言较为简单，使用也就更加简单，在一定程度上，降低了企业电气智能化管理方面对工程人员的要求，只需要进行简单的培训之后，就能够应用。

4.5 遵循一定的配置原则

在对继电保护及安全自动装置进行配置时，一定要严格遵循配置原则，通常来说，都要采用相互独立和不同原理，要把双重化配置作为主保护，并对电流速断保护的功能单元进行合理配置，把母线RT 间隔设置为并列的RT 装置等。

4.6 做好安全控制

为了保证铝电解生产过程的安全，应当充分做好安全控制，要加强对整个生产过程的实时监控，对模拟控制屏幕模块加以适当调整。除开关以外，都必须对所有装置安装控制按钮，并安装相应的表计，以有效提升手动控制的有效性，降低因为手动失误而造成的无谓损失。除此之外，还必须建立软硬件安全系统，由此来有效增加安全系数。在软件中，要配备电编码锁或机械编码锁；在硬件当中，要确保工作接地的绝缘性能等。

5 结语

综上所述，铝电解的产能随着时代发展也不断提升，对电气自动化系统的可靠性提出了越来越高的要求。文章对电气自动化系统的结构进行了介绍，详细阐述了分布式结构、集中式结构与分层式分布结构三种不同结构的具体内容与优缺点。进而对继电保护及安全自动装置进行了详细分析。提出了电气自动化技术在铝电解过程中的问题，并有针对性地提出了相应的优化措施，从节能、质量管理以及变电整流三大方面展开了详细的论述，以供相关人士借鉴与参考。