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1、铝电解厂整流所送电前的准备工作及主要试验项目的技术探讨成城(沈阳铝镁设计研究院辽宁沈阳110001)摘要 铝电解厂整流所送电前的准备工作及试验工作 ,是保证一次送电成功 ,长期稳定安全运行的重要环节 。单体供配电设备试验项目 、继电保护调整 、空载试验 、均流试验 ,每一步必 然按国家验收规范要求进行 。而空载试验和均流试验又是全面考核 、试车投产运行的关键 , 要根据具体条件 ,制定采用不同的试验方案 。在试验前 ,进行有关数据的估算 ,对试验可能出 现的关键数据要事先做到心中有数 ,试验中必须注意观察 、分析 、记录各项数据 ,及时发现问题 ,找出事故原因及解决办法 。关键词 整流所 整流
2、机组 空载试验 感应试验 均流试验由于铝电解属于融盐电解依靠不间断地供电 ,方能保持电解质在熔融状态 。如果电源不 可靠 ,不仅破坏铝生产过程影响质量 ,而且还能损坏电解槽 。停电时间过长 ,系列电解槽将全 部毁坏 ,需要停电大修 。铝电解厂整流所的主要任务是为电解提供不间断的直流电源 。因 此 ,如何保证整流所长期稳定的安全运行 ,是至关重要的 。铝电解厂整流所送电前的准备工作 及试验工作是保证一次送电成功 ,长期稳定 ,安 全运行的重要环节 。铝厂整流所由高压配电装置 ,整流机组 (含 调变 、主变 、整流柜等) 交 、直流支母线 ,汇流主母线 ,全厂动力变 ,所用变主控制室等组成 。送
3、电前的试验工作 ,主要是考核整流所内的上述各组成部分的性能 ,同时也是对安装 、调试工作 的全面检查 ; 并要求对送电前的准备工作及主要试验项目要求的技术参数等 ,做到胸中有数 ,才能及时 、准确的发现问题 ,解决问题 。 根据本人多次参加铝厂试验 、送电过程的经验 ,我认为应做好如下工作 。1整流所对电解供电前的准备工作焙烧启动前对整流所的基本要求1 . 11 . 1 . 1启动焙烧条件整流所高压外线工程竣工 ,并通过电力 部门验收 。所有土建工程全部完工 ,施工用的架子 、工具全部撤除 。防火设备准备完毕 ,消防通道畅通及车 辆准备就绪 。力供应得到保障和原材料得到保障的前提下 ,用增加电
4、流的方法可以在不增加任何投资的情 况下 ,将其生产能力提高 5 %15 % ,因此可以显著地提高工厂的经济效益 。以一个年产铝 1万 t 60 kA 旁插槽电解铝厂为例 ,如将电流增加36 kA ,可使电解铝的生产成本降低 300600元/ t Al 。电价越便宜 , 经济效益的增加 越 明显 。铝电解槽强化生产后 ,要注意强化生产后的技术和操作问题 。强化电流后不会管理或 不适当的技术管理 ,不但不会达到预期目的 ,反而会适得其反 。(责任编辑 何允平)收稿日期 :1998 - 07 - 28整流柜水冷却系统全部竣工 。交 、直流自用电等辅助设备全部安装竣 工 。通讯系统安装完毕并好用 。照
5、明系统好用 。由施工单位提出下列资料交“基建指挥 部”审核 :a . 设计及施工变更 ;b. 设备及材料代用文件 ;c. 隐蔽工程图纸 ;d. 设备调整试验记录及仪表校对报告 ;e . 接地装置测试报告 ;f . 纯水及循环水的水压 ,水质试验报告 ;g. 整流变 、动力变 、高压配电装置等设备的 交接试验报告及设备装箱单 ,安装使用说明书 。1 . 1 . 2为了满足电解生产对供电可靠性的要求 ,整流所安装调试除正常的继电保护整定 ,高 压供配电系统及整流机组动作试验 ,耐压试验等外 ,在具备送电条件后 ,尚需做下述试验及制 定有关方案 。循环水系统 、泵组负荷试车信号及自控系统调试 ;整流
6、机组空载试验 ;硅整流柜均流试验 ;a . 确定试验用的主回路 ,电压等级 ;b. 试验用的保护整定值 ;c. 确定短路母线的短接地点 ;d. 确定整流柜均流试验电流 ,均流系数 ;e . 确定汇流主母线的考核电流 。制定整流所供电方案 :a . 高压配电空载运行时间及送电前冲击合 闸的次数 ;b. 确定电解槽焙烧起动时 ,供电系统采用 的运行方式 ;c. 做送电前有关的必要试验 ,如用两段母线的 P T 定相位等 ;d. 对机组的空载冲击试验 ,确定调变无载 开关投放段数 ,有载开关应在级数 ;e . 机组空载运行时间 ,及届时检查内容 ;f . 其它运行方式的试验 , 使投运设备及备 用设
7、备均保持良好状态 ;g. 在空载及均流试验结束 ,并处理发现的问题之后 ,可进行机组负荷试车 。1 . 2整流机组及主要配电设备通电前的基本检查内容通电前各种设备交接试验及调整 ,按验收规范的要求做完并合格 。系统继电保护整定完毕 ,并封住 。检查断路器分合闸位置与控制盘上的指 示是否正确一致 ,操作机构辅助接点是否正确 ,经过远方操作合切正常 、灵活 。调变的无载倒段机构是否灵活 ,位置是 否正确 , 有载调级机构灵活 , 各级接点接触良 好 ,就地同步指示与远方数码显示指示是否对应 。变压器瓦斯继电器和有载开关瓦斯继电 器安装正确 ,经过试验动作可靠 ,变压器冷却器 投入正常运转 ,变压器
8、不应漏油 。送电前机组的各种保护 ,如过流 、水温过 高等经试验动作可靠 ,各种灯光 、音响信号 ,经试验可靠 。硅整流柜在送电前均流试验业已完毕并 达到要求 。柜子冷却系统投入运行 ,温度压力正常 。检查机组和系列直流测量系统是否正 常 。送电前交流自用电保证供电方式正常 ,相序符合要求 。蓄电池充放电良好 ,保证使用 。高压隔离开关及直流刀闸接触良好 ,经 调整已符合规定要求 。各种刀闸手柄位置正确 ,指示牌悬挂正确 ,安全措施齐全 。根据铝厂供用电运行规程核实供电方 案 ,检查送电操作程序 。1 . 3整流机组在焙烧启动期间电流上升预算确定电解槽快速焙烧的操作顺序 ,提出原 料熔化的维持
9、电压 ,确定提出一次焙烧的电解槽台数 ,提出电流上升速度和负荷运行时间表 。整流机组根据上述条件 ,确定机组先后投入的顺序及无载开关投放段数和有载开关调压 级数 。少用一次额定电压对整流设备的冲击 ,以延长整流设备的使用寿命 。因而某些铝厂在用额定 电压做空载试验之前 ,先做感应试验 。我认为先做感应试验 ,再做额定电压的空载试验 ,更为稳妥 ,特别是改建 、扩建的铝厂 ,用这种方法较 为方便 、实用 。尤其是当整流所外线工程不具备供电条件时 ,可提前用此方法对铝厂整流及高压配电设备 、母线进行考核 。2 . 1 . 2感应试验方法该试验的方法是 : 从机组的二次 ( 阀) 侧加 电压 ,从而
10、获得机组一次侧的感应额定电压 ,此 时与空载试验时一样 ,整流机组的付边开路) 即将直流刀开关断开) 整流机组的一次侧可根据 试验的不同阶段 ,投切开关 。下面介绍某铝厂感应试验的实例 :试验设备2整流所的主要试验项目在铝电解厂送电前 ,对整流机组的试验是所有准备工作中最重要的 。此时 ,高压配电装置 ,调压整流变整流柜及其连接导线 ,母排等均 已安装完毕 ,所以这时的试验是对整流机组的整体试验 。在整流变压器及整流柜出厂前 ,各厂都能 按国家制造标准要求做有关试验 ,并随设备提交有关的试验数据资料 。但在运输途中 ,或在现场闲置一段时间后会不会出现问题 ,能否安 全运行是令人担心和疑虑的 。
11、必须通过实验找 到答案 。整流机组的空载试验及均流试验 ,是一系列实验中的关键项目 。2 . 1 空载试验2 . 1 . 1用机组的一次侧额定电压做空载试验 的方法此时 ,整流机组的付边开路 (即将直流刀开关断开) 原边加上额定电压的试验 。 该试验的主要作用 :它对考核整流变压器主绝缘强度 ( 包括 对地绝缘) 特别是对考核主绝缘的局部缺陷 ,有决定性作用 。考核整流柜的硅元件和交 、直流侧过电 压吸收装置的耐压水平 。记载并测量整流机组的如下数据 :u1 机组一次侧相电压 (额定) ;U 20 机组二次侧空载相电压 (测量不同 调压级时的参数) ;I0 机组一次侧空载相电流 ( 对应 u1
12、 测试) ;P0 无载输入功率 (变压器的铁损耗) 。根据以上测量结果可算出如下数据 :变压器的变比 K = u1 / u20无载阻抗 Z0 = u1 / I0激磁阻抗 近似等于无载阻抗 Zm = Z0调压 变 压 器 : 100VA源 :380V0 500V 可 调 , 电试验变压器 :电压比 500测量表计 : 钳形电流表计 0 500A 三只 ,电压表计 0300V 一只 ,万用表一只 。已知铝厂配电电压为 110 kV ,调变铭牌 的数据 1 段 6 级时 U2 = 45515V ,机组为三相桥同相逆并联接线 。实验线路用 380V 电源 ,经调压变压器 ,接整流变压 器的阀侧 , V
13、 ( 或 Y、 ) 绕组 a42 、b62 、c22 处加 压 ,用电流表监测 ,该连线的 a42 、b62 、c22 三相电流 。试验变压器一次侧接整流变一相的高压套 管 ,二次侧接电压表 ,整流柜直流空载电压用万用表结合数字显示表监测 。试验操作a . 检查整流器室内正负直流刀闸在分闸位 置 ;b. 被试验的机组 110 kV 断路器在分闸位置 ,隔离开关在分闸位置 ;c. 检查 380V 电源处合闸位置 ,保护 、信号 系统正常 。通过试验调压变压器给定 ,得到表 1 所列数据 。数据分析1以稳定值为 455V 时为例 :激磁电阻 rm = ro = p0 / I20Z2 - r2激磁电
14、抗 xm = x0 =0 0用机组的一次侧额定电压做空载试验 ,是保证对电解供电成功与否的必要条件 。但也有 其不利因素 ,某些铝厂运行专家认为 ,应尽量减调压整流变一次计算相电压 : 126 500 =63000V = 63 kV (试验数据)调压整流变一次相电压 ( 段 6 级 455V时) = 110/ 3 = 6315 kV (铭牌数据)种是采用厂动力变降压 ( 10 kV ) 带整流机组做均流实验 。直接采用整流变一次侧的额定电压做均 流试验的方案试验前将整流柜直流侧汇流主母线短路 ,并投入水冷却系统和直流测量装置 ,再向整流 变压器供电 。参加均流试验的设计人员 ,应能根据整流 变
15、压器数据资料 ,进行数据分析 。对试验过程中 ,供电整流机组的电流变化规律 ,做到心中有 数 。a . 均流试验电流的估算1以某厂为例 : 已知整流机组为同相逆并联 接线 ,单机十二脉波 ,调变 5 级为整流变的表 1 给定值和测量值给定值测量值以此方法验算可见调压整流变试验数据与名牌数据接近 。而粗框内实测数据由于缺少设 备制造参数 ,待专题分析 。当合上 110 kV 断路器及隔离开关 ,即可实现对配电装置设备及母线的考核 。阀侧显示电 流增加了 ,说明泄漏电流存在 ,且解决了由于金 具锣丝没上紧引起局部放电的问题 。通过感应试验后 ,无论再做额定电压的空 载冲击试验 ,还是做均流试验 ,
16、都不用担心了 。感应试验 ,不但检验了整流变的主 ( 包括对地)绝缘 ,而且对匝间 、层间和相间的绝缘也起到了 检测作用 。总之在条件许可时 ,感应试验是一种方便 、稳妥的方法 。2 . 2 整流机组的均流试验2 . 2 . 1试验的目的 即在给电解车间通电之前测试调整整流柜的均流度 ,使其达到最大出力 。而且 ,均流试验是对整流所的全部供电系统 (包括继电保护) 进 行一次低电压全电流的试运行 ,同时是考核整流机组设备 、零件 、母线等各部温升 ,测试交直 流母线压降 ,铜损耗 ,短路阻抗 ,绕组电阻等参 数的极好机会 。均流试验方案 ,电流的估算是均流试验前必须要解决的问题 。2 . 2
17、. 2试验方案的确定 该试验方案一般有两种 ,一种是直接采用整流机组一次侧的额定电压做均流实验 ,另一额定级 , 35 级为整流变的最末级 。整流变的铭牌数据有 : 5 级时 , Uln = 115 kV , U2 xn =70513V ,S1 n = S2 n = 39874 kVA ; 网侧一阀侧阻抗 ; X 3 ( 5) = 13132 % ; 35 级时 , X 3 35 =260102 % ,U 2 xn = 3419V 。根据已知条件 ,可求得如下数据 :U dio n = 1135 70513V = 9521155VI1 n = 39874/ ( 3 115) = 20012AI
18、2 n = 39874/ ( 3 70513) = 32164 kA Idn = 32164/ 01816 = 40 kA估算均流试验直流侧短路电流 :技术条件 :直流侧短路 ,变压器二次接近正 弦电流 ,从而 ,最小空载直流电压等于换相电抗直流电压降 。U dio ( min) = U d = ( Id/ Idn) U 3 zt nKxU dio nx在本例 : Id = Idn , I2 / I2 n = ( 2/ 6) ( 2/ 3= 019 , Kx1 (正弦波)因 X 3 ( 5) = 13132 % ,U dio n = 9521155V所 以= 1 019 011332 1 U
19、di0 ( min)9521155 = 114114V即 U 2 x ( min) = 114114/ 1135 = 84155V在 35 级做均流试验 ,单机组能达到的电流为 :因 U 2 x = 3419V 且84155 = 01413U 2 x/ U2 x ( min)= 3419/低压给定 高压测量 线电压 ,V 相电压 ,Va42 b42 c62 整流柜直流 电流 ,A 电流 ,A 电流 ,A 空载电压 ,V100 25200 55250 69300 83350 95400 108455 12610 6 020 10 2030 20 3040 30 4080 40 80 900125
20、 75 125 1000185 140 200 1100所以 I2 = 01413 I2 n = 01413 32164 kA =131473 kAId = 131473/ (01816 019) = 18135 kAb. 试验数据分析由最末级 35 级开始做试验 ,实际观察均值 ,由 568A 升至 34100A ( 计算值与测试值 很相近) 而整流柜的额定输出电流为 36 kA 。所以 ,可用动力变降压 ( 10 kA) 带一个整流机组 , 做均流试验 。此方案的缺点是整流机组达不到 额定电流 36 kA 。到的短路电流为 17 kA 计算结果与实际数据接近 。该厂整流柜额定输出电流为 3
21、6 kA 。此试 验电流接近 50 % ,可进行均流试验中的其它项 目的测试 (本文不再论述) 。表 2某厂的计算结果直流短路电流 ,A整流变一次整流变阀整流变分接位置供 10 kA 时阀 侧短路阻抗 基准容量平均值幅 值侧线电压 ,V%kVA341928111221581317141831019141032811763128653145 4 (4)1922515467124257542265934100264401316058805683565727680137706150595 14 (14) 27 (28)由 以 上 计 算 可 知 , 当84155V 时 :U2 x U 2 x ( m
22、in)= 14 (41) 1 (54)I2 = I2 n = 32164 kA , Idn = 32164/ 01816 =b. 确定均流试验供电系统及 10 kA 供电电40 kA 流可由铭牌数据查到 ,此时 ,调压级数在 动力变一次侧 110 kV 电源 , 引自老系列 ,动力变二次 10 kV 送至新建的 110 kV 配电母 线 ,并将不做试验回路的断路器和隔离开关分 开 。整流机组直流侧 ( 满足 70 kA 即可) 采用 2 片 400 mm 80 mm 铸铝母线 。10 kV 供电电流计算值约为 10314A ,因此采用一根 3 50 mm2 电缆 ,并根据计算电流值 ,选择配置
23、保护用开关柜 。c. 该均流试验方案的控制 、保护及测量 用新计算的短路电流 ,验算并调整原设计采用的继电保护整定值 ,将整流变的一次过流保护的时限解除 ,改为过流速断保护 。30 或 31 级 ,一个机组可升至 40 kA 左右 ,则可适当降压在额定电流 36 kA 下做均流试验 。同时 ,适当升压也可考核过载能力 。也就是说 ,这种试验方法 ,有简便易行的优点 ,能够完成均 流试验中的大部分项目内容 。但也有缺点 ,即 30 以上级数据的有载调压开关运行情况 ,没有得到考核 。给电解车间送电后 ,随着电解槽数的增加 , 35 30 级已经不再起主 要作用 ,所以 ,在有条件的情况下 ,应该
24、对 5级 35 级的有载开关运行情况进行全部考核 。这就是本文要叙述的另一种均流试验方案 :用动力变压器降压 ( 10 kV) 带整流机组作的 均流试验的方案 。整流机组一次侧供电电压为 10 kV ,做均流试验的方案 。此方 案 以 某 扩 建 铝 厂 为 例 , 用 110 kV/10 kV ,6300 kVA 动力变压器作为整流变压器的 一次电源 ,直流侧短路 ,采用该方案应注意解决 如下问题 :a . 计算有载调压整流变压器在直流侧短路 电流的幅值和平均电流值 。某厂的计算结果列于表 2 。结语3电解铝厂整流所送电前的准备工作与单体供配电设备的各种试验 ,整个供电系统调试 ,继 电保护整定 ,空载和均流试验等 ,每一步都是不可缺少的 ,是保证试车 、投产 、运行的必要条件 ;也是一项极其复杂 、细致的工作 。作为一个专 业设计人员 , 必须充分积累这方面的经验 、教 训 ,做到心中有数 。这样才能提高设计质量 ,指导现场实践 。参 考 文 献1 沈阳铝镁设计研究院电力室. 硅整流所电力设计. 冶金工 业出版社 ,1983( 责任编辑 何允平)表 2 的计算结 果 表 明 , 当 调 压 级 从 1(54) 档升至 4 ( 4) 档 ,其直流侧短路电流平
