电解铝企业电压骤降影响分析及治理措施

2023-03-01刘峰

现代工业经济和信息化 2023年1期

刘峰

（酒钢集团甘肃东兴铝业有限公司，甘肃嘉峪关 735100）

引言

随着现代工业企业自动化、信息化和智能化水平的不断提升，电力电子设备广泛运用于现代企业生产的检测、识别、控制、调节和管理等各个环节，这些产品对短时的电压骤降具有很高的敏感性，对其工作电源质量有很高的要求。电压骤降是企业供配电系统常见的故障现象，也是破坏企业连续稳定运行的主要原因。

1 电压骤降产生原因

电压骤降又名电压跌落，国内还称为电压凹陷、电压暂降等，是指供电电压有效值短时间突然下降的事件，其工频电压有效值下降至0.1～0.9 p.u.，典型的持续时间为0.5～30个周波。造成电压骤降的主要原因是由于电力系统中某处电流突然增大或某处阻抗突然增大造成的[1]。

电解铝企业电压骤降产生的原因主要因为电网系统故障引起的。电网系统故障主要为向电解铝企业供电的地区电网发生供电线路单相接地或两相短路、电力变压器电气故障、倒闸操作故障、雷电等原因导致的电网电压骤降。电网系统虽然配置有线路光纤差动保护、电力变压器差动保护、母线差动保护等，能够及时切除和隔离故障区域，但是因微机保护装置及断路器操作机构的固有动作特性，故障发生至故障切除总是有60 ms以上的时间，电压骤降在故障区域附近不可避免的出现，电压骤降时间一般在70～150 ms之间。若供电线路设置有重合闸保护，供电线路保护跳闸后线路频繁重合闸，将会引起电压骤降反复出现，造成连续性的电压骤降。电压骤降会引起机电设备的接触器、继电器、PLC、DCS、计算机、变频器、微机控制器等设备失压停止工作，从而影响企业的正常生产。

2 电压骤降对电解铝生产的影响分析

2.1 电压骤降对整流供电系统的影响

整流供电系统主要为电解车间提供恒定电流的直流电供电电解铝生产使用，电压骤降对整流供电系统的影响主要有以下方面：

1）晶闸管整流机组控制的核心是晶闸管数字稳流控制器，该控制器采集电网电压作为同步信号，当电网电压骤降应导致晶闸管触发脉冲停发，整流机组直流输出关断，导致电解铝整流供电系统故障，电解铝生产中断。

2）整流供电380 V自用电系统采用框架式断路器进线开关，具有失压保护功能，当电网电压骤降时会导致整流系统附属设备全部失电停运，导致整流供电系统中断。

3）整流供电副水冷却循环水泵采用交流接触器控制，控制电源为市电，当电网电压骤降至85%以下时，交流接触器无法可靠吸合，循环水泵停运，影响整流供电系统的稳定运行。

4）整流变压器油风冷却装置、整流器纯水冷却装置和稳流控制装置的控制部分均采用UPS电源供电，发生电压骤降不影响整流机组的运行。

2.2 电压骤降对压缩空气及供水系统的影响

压缩空气主要向电解、熔铸、阳极组装车间提供生产工艺使用的压缩空气，主要由空气压缩机组、余热式干燥机和自洁式空气过滤器组成。空气压缩机组主电机为10 kV高压电机，为保护高压电机置有低电压保护；其控制部分采用市电，当发生电压骤降至80%以下时，控制PLC、继电器等失压停止工作，压缩机组全部停运，影响电解铝正常生产。余热式干燥机及自洁式过滤器短时电压丢失不影响其正常工作。缩空气冷却循环水泵采用交流接触器控制，控制电源为市电，当电网电压骤降至85%以下时，交流接触器无法可靠吸合，循环水泵停运，影响压缩空气系统的稳定运行。

供水系统主要为整流供电、压缩空气、熔铸和阳极组装车间提供生产冷却用水，电压暂降虽会导致供水设备停运，但短时间不影响其他车间冷却系统的正常运行。

2.3 电压骤降对电解、熔铸及阳极组装车间的影响

电解车间电解槽操控系统采用UPS电压，不受电网电压波动的影响。电解应急急停系统电压采用双电源失电供电，电压骤降时，电解应急急停报警装置和电解应急电话装置无法正常工作，影响电解应急处置。熔铸和阳极组装车间生产工艺设备短时间停电时不受影响，低压配电系统配置有低电压保护功能，能够在电网电压骤降时停机保护设备。

3 应对电压骤降的主要治理措施

结合电解铝企业自身特性以及电网电压骤降持续时间一般不超过5～8个周波的特点，提出以下主要治理措施。

3.1 整流供电系统治理措施

1）晶闸管整流机组：优化晶闸管稳流控制器同步信号判断策略，增加同步电压丢失延时功能，确保晶闸管触发脉冲在电网电压骤降时能够持续触发一段时间，躲过电压骤降，保证整流机组持续工作。

2）整流供电自用电系统：由于380 V自用电系统负荷使用率不高，电压骤降恢复时负荷设备启动电流不大，建议拆除断路器失压脱扣器或采用具有延时功能的失压脱扣装置[2]。

3）整流供电冷却循环水泵：利用永磁接触器采用永磁保持，电子控制，受电网电压影响波动小的特点，将原普通型交流接触器优化为永磁型交流接触器，避免电压骤降对交流接触器的影响。

4）电力监控系统：虽然电力监控系统由UPS电源供电，但考虑电力监控系统在事故状态下的重要性，在电力监控系统双UPS电源装置间增加SSTS（固态转换开关），确保电压骤降时UPS电源切换故障，利用SSTS开关切换时间可在15 ms内，将生产设备的电压切换到另一路电源[3]。另外，电力监控系统内的交换机、通讯管理机等通讯设备全部由直流电源供电。

3.2 压缩空气系统治理措施

空气压缩机组控制系统加装UPS电源装置，由UPS电源单独为空气压缩机控制PLC、传感器、冷却油泵等控制设备供电，能够实现电压骤降时的如扰动快速切换，保障压缩机组持续运行。

压缩空气冷却循环水泵：将原普通型交流接触器优化为永磁型交流接触器，避免电压骤降对交流接触器的影响。

3.3 电解应急系统治理措施

电解应急急停装置和应急电话装置分别加装UPS电源装置，由UPS电源单独供电，能够实现电压骤降时的无扰动快速切换。

4 日常运行中的保障措施

4.1 蓄电池直流电源及UPS电源装置的维护

蓄电池直流电压装置和UPS电源装置在电解铝企业控制系统发挥着重要作用，应特别注重日常的维护保养。加强对直流电压及UPS电源装置运行状态的检查，尤其是充放电电流、工作电压、电池电压、主备回路工作状态等。对于蓄电池组，环境温度的过高或过低都会影响蓄电池的放电性能和使用寿命，要确保环境温度在15～30℃之间[4]。经常对主机进行检查和清扫，紧固线路连接，防止电路出现接触不良等问题，定期开展蓄电池核对性充放电试验和内阻测试，验证蓄电池的容量，及时更换存在问题的蓄电池。