综合自动化系统在电解铝整流供电过程中应用策略
时间：2022-12-06 13:10:05 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
青铜峡铝业股份有限公司宁东铝业分公司 赵 祥
现阶段，国内电解铝项目普遍表现出了电压等级高、产能及规模较大的特点，要想使电解铝的优势得到充分发挥，关键是要对其进行整流供电。事实证明，对维护难度低、质量良好的综自系统加以运用，不仅能够降低电解铝因故停运的概率，还可使其生产效能得到显著提升，引入综自系统势在必行。
2008年，宁东铝业分公司展开了对整流一所供电系列进行建设的工作，项目于2009年竣工并正式投运。该项目所包含设备的种类较多，主要有整流机组、分配电室和动力变，数量分别为7台、6个以及2台。2011年，整流二所供电系列正式投运，该项目的建设重点为整流变，通过新增6台整流变的方式，使供电系列整体性能变得更加理想。上述供电系列均搭载330kV进线，两条进线由徐家庄变电站提供，另外两条进线则由临河电厂提供，站内母线所采取供电模式为双分段、双母供电。供电车间动力变压器容量为50000kVA，由新疆变压器厂提供，随着动力变压器的加入，进线所提供电能由最初的330kV降为10kV，通过总配电室进行输送，确保各分配电室均能够获得运行所需电能。
350kA直流供电配有7套整流设备，每套包括1台变压器组、2台整流器，其中变压器组的规格为117000kVA。400kA直流供电则配有6套整流设备，对应变压器组的规格为136200kVA。350kA的7号机组为共用机组，一般情况下，该机组均依托350kA系统进行运行，若400kA所配置机组故障不能立即处理或检修机组不能立即恢复，在确保350kA 7台整流机组运行的情况下，则需要将该机组转入400kA系统，但要注意一点，即该机组不参与稳流控制工作[1]。
2.1 二次线有待优化
电解铝整流供电的电压较高，仍沿用以多股铜线为代表的常规二次线，考虑到二次小线所具有性能往往会给整流柜运行产生较大影响，存在难以保证系统运行稳定且可靠[2]。
2.2 保护设计效果仍有改进空间
要想使保护效果更加理想，通常需要做到三管齐下，具体做法如下：一是新增逆流保护专业设备，当某台整流机组短路故障，其他机组通过直流大母线向故障机组短路点反向输入大电流，可以防止其他机组因短路造成设备损坏，同时对设备所处运行状态进行测试。另外，出于对变压器所具有灵敏度提供保护的考虑，还应新增对反向限过流进行保护的装置，使保护效果最大限度接近预期。二是对离极保护装置进行安装，通过及时切断开关的方式，对事故影响范围加以控制，降低电解槽爆炸的概率，同时避免整流柜元件受损。与此同时，还应增设相应的总停开关，以便于工作人员手动切换电源启闭状态，避免事态进一步恶化。三是给予弧光保护充分的重视，借助电流闭锁削弱电流所形成磁场给保护程序所造成不良影响，为系统所具有可靠性及稳定性提供保证。
3.1 系统概述
3.1.1 供电系统
电解铝供电的作用主要是为电解系统提供其正常运行所需的电能，常见供电方式如下：基于三相硅整流装置、有载变压器对交流电进行转换，使其成为电解所需直流电[3]。该系统通常需要配备开关、变压器和硅整流装置等设备，其中整流器还配有自控系统，可通过细调饱和电阻器与粗调有载开关相结合的方式，使直流电流更加稳定。
3.1.2 综自系统
宁东铝业分公司供电车间综自系统，其定位是以计算机技术和现代网络为基础的、兼具多种功能的自动组态软件。其中，PecStar软件主要负责为市政建设、工业企业、商业用户和电力系统提供所需服务，确保建筑电气、电能得到有效管理。现阶段，该软件已在电力系统和市政建设等领域得到了广泛运用，基于该软件所衍生出的生产自动管理、工业电能管理等系统，均为社会的发展贡献了力量。由此可见，综自系统的特点在于其充分运用了现有的计算机及网络技术，强调以自控技术为前提，以监控、保护装置为基础，凭借集中组屏、分散安装对数据进行采集并管理，这里需要注意一点，该系统所搭载网络通信和微机均为模块化结构。详细配置见图1。
图1 综自系统配置图
3.2 应用方案
综自系统所搭载结构类型主要分为两种，分别是网络型、分散式，其中网络型的特点是以分散综自结构为基础，利用现有通信模式及网络技术对过程层、间隔层进行优化，使过程层所涵盖智能设备成为网络主要组成部分。而分散式监控的对象通常以整流所、变电站电气间隔为主。现阶段，电解铝领域所用综自系统多为分散式结构，系统往往配有两台性能完全相同的监控机，同时保证各主机独立运行，这样设计的目的是确保即使某台监控机出现故障，另一台监控机同样能够承担起相应的责任，保证系统平稳且高效地运行。系统间隔层采用单元配置模式，保护单元及测控单元分别经由对应通道与主站层相连，通讯所用介质以光纤为主，同时借助PLC对监控机加以控制，确保系统能够高效完成实时监控、采集数据等工作。另外，相关人员还根据现有监控主站所具有功能，对相应的工程师站进行了配置。
3.3 系统配置
户内配电装置所搭配供电系统为双母线系统，该系统设有两回进线，两组互感器，一个母联。同时，两回进线分别配有相应的互感器，配电装置所设置间隔的数量较多，在配电装置所对应间隔内安装保护单元。另外，出于增强系统所具有可靠性及稳定性以及降低日后电气维护难度的考虑，相关人员选择将单个间隔作为主体，对相应的监控进行设置，杜绝多个间隔接入相同保护单元的情况发生。保护单元所采取核心技术为交流采样，其特点在于可快速完成测量以及计量电参数的工作，同时新增录波、分析高次谐波等功能[4]。
3.3.1 网络结构
该系统配有双通信网及双微机，此举在一定程度上增强了系统所具有的可用性、可靠性。对系统结构进行分析不难看出，各个监控装置及保护装置均能够凭借通信网络连接微机，而对监控微机进行双冗余设计的初衷，主要是将通路故障给系统运行所造成不良影响降至最低。考虑到两台微机启动条件、功能完全一致，在对其加以应用时，工作人员可通过发布不同操作口令的方式，使二者所存在差别得到体现。事实证明，双机独立运行的优点主要是任一微机既能够承担起全部的工作，同时二者互为备用，系统所具有可靠性自然能够得到大幅提高。
3.3.2 软件配置
综自系统所选用监控软件具有容量大、兼容性良好的特点，将其与整流供电相结合，可使该软件的优势得到更加充分的发挥。其特点主要体现在以下几方面：一是安全性。该软件可做到长期稳定运行，确保数据一致且不存在遗漏，将误操作和人为失误出现的概率降至最低。现阶段，搭载该软件的综自系统已正式投运，且未发生系统崩溃、微机死机等问题。二是实时性。该软件从接收指令到给出响应的时间极短，在实时性方面具有突出表现。三是开放性。该软件既能够和其他系统进行无缝连接，同时还可以和监控中心或调度中心互联。四是友好性。软件交互界面直观且简洁，在一定程度上降低了用户的使用难度。五是完备性。该软件既保留了监控软件的基本功能，同时又新增了防误操作、分时计费还有分析电能质量等多项功能，无论是在运行管理，还是在内部审核方面，均具有极为重要的作用。
3.3.3 硬件配置
在硬件配置方面，该系统同样对冗余技术进行了应用，旨在通过打造双服务器的方式，为自身稳定且可靠的运行奠定基础。两台服务器互为备用，除特殊情况外，信息处理工作均交由主服务器负责，另一台服务器则需要密切关注主服务器运行情况，并根据主服务器情况对自身所存储数据进行自动更新。若主服务器因故停止运行，另一台服务器需要承担起信息处理的任务。
3.4 系统功能
3.4.1 采集数据
采集各设备、各回路温度、谐波及其他相关数据。基于PLC对整流系列各项数据进行采集，包括但不限于冷却器状态、偏移/直流电流。采集隔离刀闸和开关的状态量，调压开关所处位置以及接点状态还有保护信号，提供CAD图，如实记录设备状态和变化趋势。
3.4.2 设置定值
实时显示现有机组对应偏移绕组电流以及控制绕组电流。控制整流机组、直流电流，同时对温流参数进行设定。对于单机组，可通过细调电流的方式，将其给直流总电流所造成不良影响降至最低。对保护定值进行设置，实时跟进保护的退出与投入情况，通过上位机加以展示。
3.4.3 事故报警
按照事故发生顺序进行记录（可精确到1ms），针对开关量变化发布预警并进行报警，启动针对报警事件的追忆、录波。根据上位机情况设定限值，在上位机达到限值的第一时间报警，按照类别对报警时间还有事件性质进行准确记录。记录系统设置人为操作、已发生的通信故障、保护动作、测量谐波，同时对是否存在越限情况进行监视。
3.4.4 四遥远动
综自系统具有微机测控、远动保护等多项功能，可通过四遥的方式，有序开展采集并分析数据、微机保护、安全监视等工作。事实证明，对该系统加以运用，一方面可使电解铝整流供电所具有自控水平得到显著提高，另一方面能够减少工作量，通过全过程管理的方式，为供电系统可靠性及安全性提供保证，将人为事故发生的概率降至最低。
3.4.5 统计分析
提供数据计算所需工具，对采集所得电量数据进行实时记录并分类保存。以年/月/日/时为单位，对电能进行统计。以用户所提供报表为依据，对全新报表进行生成，可保留两年的历史数据，供工作人员查询或使用。记录每日有载分接开关的启闭频次、历史启闭频次，同时对断路器的启闭频次进行准确记录，分时计费。用户以自身情况为依据，对最小/最大值进行定义，同时对电压的负荷率以及合格率进行统计，打印全部画面。
3.5 整流机组保护
3.5.1 概述
供电车间一所内共有7台整流机组，均配有SEL+西门子的双套保护装置。整变设过电流保护、过负荷保护及电流速断保护，配置1台SEL-501-2和两台西门子7SJ600；
调变设变压器零序保护、电流速断保护及电压闭锁保护，配置1台SEL-351A和1台西门子7SJ681。
3.5.2 SEL装置
该装置由过流继电器负责提供保护功能，各组保护均有输入/输入光电隔离的接点对应。
3.5.3 西门子装置
本项目所使用西门子装置多被用于对电动机、配电系统进行保护，此外还可被用来对变压器进行后备保护。
3.6 弧光保护
3.6.1 系统概述
弧光保护装置可被用来对整流柜进行保护，本项目所选用弧光保护装置可被拆分成弧光保护单元和继电器，各机组均配有1台继电器、3台保护单元，连接6根单模光纤，任一光纤均能够为整流柜的4个臂提供保护。保护单元负责将检测所得光信号向电信号进行转换，再将电信号上传至对应继电器，随后由继电器负责对跳闸信号进行上传。
3.6.2 跳闸说明
在出现弧光故障且总控柜各组跳闸柜的钥匙均位于ON位时，机组跳闸。若有任一机组钥匙处于OFF位，则只有该机组正常运行，其余钥匙处于ON位的机组跳闸。
3.7 应用效果
本文所讨论综自系统以现有通信技术、计算机技术为基础，将变电站常规二次设备模式打破，搭载间隔设备均为保护单元，强调根据保护对象实际情况，对相关设备进行分散安装，并借助光纤对通信网络进行建立，真正做到了间隔、计算机信息实时共享。现阶段，该系统已正式投运并取得了突出的成绩，未来应加大对该系统推广的力度，由此来为国内电解铝的发展助力。
事实证明，相较于常规的监控系统，综自系统的优点主要体现在以下几方面：一是通过控制二次电缆使用量的方式，减少系统占地面积，同时使造价更符合客户预期。二是利用现有抗干扰措施对间隔设备进行优化，用光纤取代原有通讯媒介，使系统对电磁干扰所具有抵抗能力得到显著增强，即使长期处于环境较为恶劣的电解铝厂内，系统仍然能够做到稳定运行。
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