电解铝整流柜事故防范Word格式文档下载.docx

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使得交流电经过以后,负半周的电压一样被转到正半周去！

再使用电容,将电压储存。

半周跟半周之间的波谷就用电容储存的电压来补足。

使得输出尽量是一直线稳定的电压！

而不是一波一波的。

整流变压器最大的特点是二次电流不是正弦交流了，由于后续整流元件的单向导通特征，各相线不再同时，流有负载电流而是软流导电，单方向的脉动电流经滤波装置变为直流电，整流变压器的二次电压，电流不仅与容量连接组有关，如常用的三相桥式整流线路，双反量带平衡电抗器的整流线路，对于同样的直流输出电压、电流所需的整流变压器的二次电压和电流却不相同，因此整流变压器的参数计算是以整流线路为前提的，一般参数计算都是从二次侧开始向一次侧推算的。

由于整流变绕组电流是非正弦的含有很多高次谐波，为了减小对电网的谐波污染，为了提高功率因数，必须提高整流设备的脉波数.

24脉波整流变压器是整流设备的脉波数为24脉波的整流变压器.

整流系统的调压方式：

在电解工艺过程中，电解槽电压的变化或用户对电解槽数目增减，或电网电压的变化等原因，均需对电解用整流机组的输出电压进行调整。

本系统采用二极管整流方式，调压采用有载调压开关和饱和电抗器联合调压。

在采用二极管整流的系统中，整流变压器网侧用有载开关粗调电压，阀侧饱和电抗器细调电压，达到控制电压的目的。

饱和电抗器是一种利用铁磁材料的饱和特性，以较小的直流功率来控制较大的交流负载的电器。

对整流机组的稳流控制，是通过控制饱和电抗器绕组电流实现的。

为避免同机组两台饱和电抗器的B－H特性的分散性和整流变压器的输出电压及阻抗不完全相等，对饱和电抗器线性调压范围的影响，每机组设置手动的位移绕组控制单元，其电流反馈分别取自两台整流柜的直流电流传感器和交流电流反馈的信号。

电解铝行业大容量整流电源保护简介大容量整流电源通常由变压器、整流柜及用于整流柜、变压器冷却的泵、风机等辅机部分组成。

大容量整流电源在冶金行业，特别在铝电解行业具有举足轻重的地位，其正常运行直接关系到整个生产系列的安全稳定，一个年产15万吨的电解系列，停电5个小时其损失可达几千万元，因此，要采取一切可能的措施保证整流电源的正常运行，完善、可靠的保护设置可以及早发现机组异常情况，及时切除故障，防止事故扩大，对保证系统安全运行具有重要意义，下面对大容量整流电源所需设置的保护作具体介绍：

电压保护1.采用氧化锌压敏电阻、快熔组成过压吸收回路，吸收电网过电压、操作过电压以及雷电过电压，由快熔所带的微动开关发出故障信号。

2.对于元件采用阻容吸收，吸收换相过电压。

当整流元件一元件损坏时，将导致快熔熔断，安装在快熔上的微动开关动作，发出一元件坏信号，当同一桥臂两元件坏时，跳闸接点闭合，断开整流机组高压侧断路器。

一元件坏、两元件坏往往采用PT单元进行检测，在实际使用过程中，由于震动等原因，PT单元容易误发信号，这是由于PT单元所使用电压较低，所采用接点又为常闭点，由于震动造成的接触不良往往使回路电压升高，造成误动作。

应适当提高PT单元电压，并采用镀金接点微动开关，并且微动开关的压力应能防止震动造成的接触不良。

超温保护

1.桥臂超温保护

整流桥臂一般采用水冷，水中的气体积聚在桥臂内，桥臂通水孔堵塞，循环水水温过高等，均会造成母线超温，如不能及时发现，会使元件结温过高而损坏，在每个桥臂上设置一个测温元件，桥臂温度在60～65℃时动作，发出跳闸信号。

2.循环水水温高保护

在循环水的总进、出口水管处各设置一个热电阻，经温度变送器单元变换为4～20mA信号后送入PLC，当温度达到设定的报警值时，由主控室上位机发出报警信号。

在每个整流柜的进、出口水管处各设置一个电接点温度表，当温度达到设定的报警值时，报警接电接通，发出报警信号。

3.直流刀闸温度高保护

直流刀闸通过电流可达几十KA，容易发热，每个直流刀闸上需安装一个测温元件。

在直流刀闸温度达到60～65℃时报警。

PLC失电保护

由于整流柜内保护信号，冷却水泵、风机的运行和故障信号，稳流系统的控制等均通过PLC实现，因此PLC失电或故障时，应跳开机组高压断路器。

机组辅助电源失电时，冷却系统停止运行，此时也应跳开机组断路器。

实现此种保护的一个方法是编程使PLC的一个输出接点上电即闭合，使用此节点去启动一个中间继电器，再使用中间继电器常闭点作为跳闸信号输入。

但采用中间继电器常闭点作为跳闸接点，当系统电压突然降低时，容易误动作，引起电解系列全停电事故，因此此接点要先送入SEL等微机保护装置，或启动时间继电器，经2S延时，若2S内故障未恢复，则跳开机组断路器。

水压失常保护

由于整流器一般采用水冷方式，水压低或断流将造成元件结温升高而损坏，因此要设置水压失常保护，水压失常保护应能检测到水管脱落故障。

整流柜内水循环系统一般设置两台水泵，两台水泵一用一备，一台泵故障时，另一台泵能自动投入运行，当两台水泵均停止运行时，属于一种故障状态，需延时跳闸。

变压器采用强油循环冷却方式。

一般规定至少有1～3组油风冷却器投入运行，若油风冷全停，变压器散热条件恶化，油停止循环，会使变压器温度升高，并可能造成变压器局部温度过高而引发事故，因此油风冷全停时，首先应发出信号，并根据变压器可以承受的温升情况，延时跳闸。

瓦斯保护

瓦斯保护作为变压器的主保护，保护变压器内部绕组相间短路和匝间、层间短路，重瓦斯启动出口继电器跳闸，轻瓦斯报警。

有载调压开关瓦斯保护动作于跳闸。

压力释放保护在油箱内压力异常升高时动作，可作用于信号。

1.变压器单独设置接地，并检测接地电流，当接地电流达到定值时跳闸。

2.设置整流柜绝缘监测装置，当整流柜外壳接地或绝缘降低时，发出信号。

对于自撑式结构的整流柜，由于没有外壳，因此不设柜壳绝缘监视装置。

3.设置直流母线监视装置，当直流母线接地时报警，并可根据绝缘监视电压，计算出接地的大致位置。

逆流保护

当整流元件故障，发生直流短路或整流柜内直流正负母线之间短路时，其它正常机组会向故障点馈送电流，此时机组直流母线中会流过相反方向的电流，逆流保护即是检测相反方向的电流，在每个整流柜直流出线母线上安装一个逆流检测装置，当检测到有相反方向电流流过时，节点闭合，并通过快速型中间继电器跳开所有整流机组断路器，防止事故扩大。

为了加快跳闸速度，也可要求逆流保护装置输出多个跳闸节点，直接接入各机组的跳闸回路，以最快的速度使各断路器跳闸，把损失降低到最小的程度。

机组连锁跳闸

整流电源的配置采用N＋1方式，因此跳开一台机组时，剩余N台机组仍可正常运行，但两台及两台以上的机组跳闸后，将造成剩余机组过流，因此设置机组连锁跳闸保护，在两台以上机组跳开时，向正在运行的其它机组发出跳闸指令。

机组退出总调保护

当某机组检修或处于故障状态时，本机组退出总调，在进行总升、总降有载调压开关时，本机组有载调压开关退出。

机组控制、偏移回路故障保护

在机组控制绕组和偏移绕组的共同作用下，饱和电抗器工作于不同的工作点，从而起到调节电流的作用，当机组控制或偏移回路故障时，如控制或偏移回路快熔熔断、接触器跳开等，整流机组的稳流系统将失去作用，造成机组电流失控，因此出现故障时要报警，以便退出机组，进行有计划的检修

机组反馈掉线保护

机组的稳流系统正常工作时，取本整流柜直流电流互感器输出电压信号经隔离变送器变换为4～20mA信号作为反馈信号，一旦反馈信号丢失，必然造成机组过流，因此应取两路信号作为反馈信号，第二组反馈信号可取自整流变压器一次绕组电流互感器输出电流，并经电流变送器变换为4～20mA信号作为反馈信号，在编PLC程序时，将此反馈信号适当缩小，在直流反馈信号正常时，采用直流反馈信号，当直流反馈信号消失时，交流反馈信号自动投入，防止机组过流，并发出报警信号，及时进行检修

机组水质低保护。

当整流机组水质低时，整流器水路部分的水嘴将受到严重腐蚀，缩短水嘴的使用寿命，引起水路渗漏，甚至引起水管脱落，发生事故。

因此，水阻至少要达到200KΩ以上，对于高电压、大电流的整流器水阻宜保持在2MΩ左右。

当低于要求的水阻时应能发出报警信号。

弧光保护

随着近年来整流系统事故的增多，为了防止直流正、负母线之间或者交、直流母线之间短路等恶性事故的发生，越来越多的整流系统采用了弧光保护装置，所谓弧光保护即是感光元件（光纤或探头）将接收到的光信号传导到光信号处理单元，当接收到的光信号超过设定强度后，装置即输出跳闸信号，由于采用了快速器件，从产生弧光到装置动作、跳闸节点闭合，其总时间可以做到不超过1毫秒，这么快的反应速度，在以电流、电压作为输入信号的继电保护装置中是不可能达到的，从这方面说弧光保护在快速性上，具有无可比拟的优势。

至于跳闸方式的选择，即跳本机组或是跳系列，可以是否装有逆流保护来确定，如未装逆流保护，为防止其它健全机组向故障机组供电，应跳系列；

如装有逆流保护，则可考虑只跳本机组，以减少不必要的跳闸，减少电解系列不必要的全停电。

由于弧光保护接收的是光信号，因此要进行光源的管理，并采取防止外界强光进入的措施。

离极保护

正常生产过程中，电解槽阳极与阴极脱开或连接母线开路即称为离极，离极将造成断口间强烈弧光，引起着火、爆炸，引发重大人身或设备事故，虽然电解槽槽控机一般均设置多重保护，防止阳极持续提升，一般不会因为槽控机失控造成离极，但在电解槽漏槽、冒槽，母线接触不良，阳极碳块全部脱落以及不正确的手动持续提升阳极等情况下，仍存在离极的可能性，因此整流所应设置离极保护，以电流和电压变化作为判据，当电流下降至额定值的75％，电压升高到规定值时，即判断为离极，跳开所有机组断路器。

电流保护

由于整流变压器阀侧绕组为多绕组，大电流，很难对变压器内部故障实现差动保护，其电流保护一般设置瞬动过流保护、带时限过流保护或延时投入瞬动过流保护、过负荷保护。

除以上交流电流保护，还有取自直流电流互感器直流信号的直流过流保护和取自第三绕组电流互感器电流信号的过流保护。

1.瞬动过流保护

瞬动过流保护电流信号取自110KV配电装置整流机组间隔电流互感器，其动作电流不同于一般的电力变压器电流速断保护定值计算方法，其动作值远小于额定状态下变压器二次侧短路时的短路电流，通常情况下瞬动电流的整定值按照躲开变压器的励磁涌流，取变压器额定电流的1.5～3倍整定即可。

2.带时限过流保护或延时投入瞬动过流保护

此保护的电流信号需取自调压变压器的二次侧即整流变压器的一次侧，电流互感器安装在变压器的油箱内，通常有两组，即一个整流变一组。

其整定值取整流变压器额定电流的1.1～1.5倍整定。

随着近年系统容量的增大和变压器容量的大幅度增加，整流柜内部短路或整流变压器阀侧短路时，巨大的短路电流往往造成爆炸、火灾、母线严重变形、变压器绕组损坏等严重故障，因此要求保护有足够的灵敏度和快速性。

由于变压器采用有载调压开关调压，并且规定有载调压开关在最低档位时才允许变压器投入，变压器投入时的整流变压器一次侧电流较小，变压器投入时一般达不到此套保护的启动值，可将延时取消，同样设置为瞬动过流保护。

如果使用中发现不能躲过启动时的励磁涌流，则需设定一个0.3～0.5S的时限，在高压断路器合闸0.3～0.5S后，将此保护投入，仍为瞬时动作。

通过以上措施，保证短路发生时快速、可靠地切除故障。

3.过负荷保护

避免变压器长时间运行于过负荷状态下，过负荷保护延时动作于信号或机组断路器跳闸

4.直流过流保护

整流柜单柜直流电流信号送入机组PLC，在PLC中设定直流电流超过1.2倍直流额定电流时报警，设定直流电流超过1.5倍直流额定电流时跳闸。

5.第三绕组过流保护

由于整流变压器较多采用饱和电抗器调压，整个整流变电系统功率因数较低，谐波量较大，因此常常采用在变压器第三绕组进行电源无功补偿及谐波治理的方法，由于滤波装置断路器距离变压器一般均有20米左右，变压器与滤波装置断路器之间即是滤波装置断路器保护死区，第三绕组容量相对较小，在保护死区中存在短路故障时，变压器保护定值不能快速启动，极易造成变压器严重故障，扩大事故，甚至造成变压器返厂检修，因此滤波装置电流速断保护应按能可靠保护第三绕组出线短路的原则整定，并应无延时跳开变压器一次侧高压断路器和滤波装置断路器。

大容量整流电源的保护是保证整流机组正常运行的重要措施，需要在实际使用过程中，根据实际使用的效果，不断总结经验、教训，不断完善、发展，使保护真正具有可靠性、快速性、灵敏性、选择性的基本要求，切实起到保护整流电源的作用，使安全、平稳供电得到有效保证。

整流变压器有载分接开关触头烧损事故的分析及预防

1　概述：

调压整流变压器组是铝电解整流变电所中关键的设备，它的运行状况直接影响生产运行和产品质量。

调压整流变压器组的调压方式普遍采用有载开关调压。

随着调压整流变压器容量增大，电网电压等级提高，有载调压开关容量变大，调压整流变压器组在运行中出现的问题也越来越复杂多变。

我厂三期工程220kV整流变电所采用递降式调压整流变压器系统，由四套调压整流变压器组成，每套机组包括一台调压变压器、一台整流变压器和一组饱和电抗器。

调压整流变压器型号为ZHSPTB-110000/220，它是目前国内最大容量的整流变压器组。

调压变压器采用有载调压方式，级数为79级，每组安装一个MR公司生产的MI80272.5/C167914R型有载开关。

第四组调压整流变压器在投运时，调压变压器有载开关在调级的过程中发生了故障，造成开关烧损事故。

2　事故情况：

2001年6月25日10时35分，电解车间要求全停电，调压变压器有载开关降至1级，切2号、3号、4号机组开关，10时56分电解车间要求送电，合机组开关，调压变压器升压。

10时59分，中央控制室发出事故音响信号，第四组18204断路器跳闸，监控微机事件栏显示“第四组有载开关重瓦斯动作”，“18204开关跳闸”。

值班人员立即前往4号机组，发现C相有载分接开关防爆膜炸飞，气体继电器重瓦斯掉牌动作，开关室油色变黑。

3　原因分析：

将C相有载开关吊芯检查观察切换开关L2单数主弧触头，发现触头编织引接线、隔弧板均有烧损，静触头有轻微烧伤。

我们对调压变压器做直流电阻试验，测量得出的直流电阻值与其出厂值比较，没有明显变化。

对开关油进行耐压和微水试验，也无异常。

对调压变压器放油检查，选择开关正常。

开关发生事故时变压器在低档位（即第二级）运行，变压器并没有发生短路等异常现象，外部负荷侧也无短路事故发生，这说明此次事故的发生与开关本身有关。

事故是在调压开关低档位调级（2级升3级）时出现的。

该调压变压器为三相调压，每一相一个调压开关，调级时会因不同步而产生环流。

每个开关由L2和L3两个触头并联组成，额定电流为800A，L2与L3之间也会产生不同步。

在低档位调级时，三相开关不同步产生环流非常大。

若开关并联触头不同步，很短时间内，一个触头就会承担两个支路的电流，超过其能够承受的电流，在切换过程中拉弧，使开关烧损。

4　处理措施：

根据对有载开关故障原因的分析，并结合变电所现场情况，对调压变压器的有载开关采取了以下的临时处理办法。

（1）对烧损开关进行修复利用。

在重新装入投运前，逐级做直流电阻试验和相应绝缘试验，试验合格后方可投入运行。

（2）因开关在低档位环流较大，而高档位环流非常小，所以，开关操作从第8档或以上开始，禁止从低于8档开始操作。

　　为彻底解决问题，必须更换开关过渡电阻，同时在调压变压器内部增加限流电抗器，以抑制环流。

但现场处理时，需停电、放油、吊罩才能实施。

　　5　结论　解决有载开关环流问题的关键应该是变压器厂在调压变压器设计时考虑周全，设计人员要充分了解设备特性及可能发生的问题。

变压器的前期设计是很重要的过程，决不能掉以轻心。

　　解决有载开关环流过大烧损触头的方法可以从以下几方面考虑：

一是有载调压开关要选择同步性能好的，尽量减少由于开关不同步动作产生的环流；

二是改变变压器的调压方式，采用开口三角形接线的调压方式，避免环流的产生；

三是在变压器中加装限流装置，以限制环流的大小，将环流控制在最小范围，保护有载开关不受损害。

电解铝整流柜事故浅析

一、 

引言 

近年来随着国内需求的增长，我国的铝电解工业得到迅猛的发展。

电解铝产能的不断增加必然要求设备容量的不断扩大，虽然各种设备的装备技术水平有所提高，但仍然存在由于系统扩容带来的许多技术问题和设备隐患。

尤其在整流供电设备方面，已经出现了许多设备事故，给各个企业带来了不同程度的经济损失，造成这一局面的因素很多，但设备因素是导致事故发生的主要原因，尤其是在近几年投入使用的高电压、大电流机组，发生此类事故的频率相对较高。

2005年5月-6月间，我厂350KA整流系统6＃整流柜B柜连续两次发生整流元件大面积爆炸损坏事故。

由于整流供电系统的保护动作及时、可靠，虽然没有造成事故扩大对电解生产有什么影响，但整流柜的元件大面积损坏事故仍引起了本单位、生产厂家和省有色行业的高度重视，怎样尽快查找事故原因，采取相应的预防措施，在同行业中杜绝类似事故的发生，是摆在同行业面前的一项重要工作。

二、事故现场

结合我厂两次事故情况，均是在正常运行过程中，出现整流元件损坏事故跳闸信号，同时6＃整流机组进线开关跳闸。

事故现场则是整流元件大面积损坏，有明显的电弧闪烁痕迹和短路现象。

整流元件磁套环出现不同程度的炸裂，在直流母线出口，正负极有明显的短路现象，换相吸收保护电容器接线也存在不同程度的断线。

三、事故原因分析

由于整流供电系统的系列电压、电流不断增大，使整流柜的设计容量、短路容量也在不断增加，系统对元件的性能提出了更高的要求，设备厂家根据系列电流、电压进行简单累加，已经远远不能满足大电流系统对设备的要求。

当元件发生电压击穿或热击穿时，由于系统容量大，如果元件的I2t小于快熔的I2t，元件极容易发生伸缩环爆裂现象，所产生的弧光导致整流柜整体短路，引起爆炸事故。

在目前工程建设中，普遍的采取招标方法来降低工程造价，但招标价格过低，导致整流柜在制造过程中材料选配的档次降低。

直观体现在元件一致性差、均流差、配套器材质量低劣（如水管、电容、绝缘材料等）。

整流柜绝缘材料密度不够，容易形成吸水微孔，在整流柜停电状态下，由于柜体内部温度急剧下降，空气中的水蒸汽部分液化，被吸入到吸水微孔中，当整流柜送电后，柜内温度又逐步升高，绝缘材料中的水又会蒸发，降低整流柜的整体绝缘水平。

事故发生后，一方面组织专业人员进行事故原因分析，一方面组织生产厂家和车间恢复整流柜的正常生产。

对已经损坏元件和6＃整流柜A柜元件进行检测发现，不合格率竟高达15％以上，同时对有关整流柜参数进行核算，发现保护电容器的耐压范围明显偏低，纯水水质也有不同程度的降低，对整流元件运行工况有一定的影响。

结合测试结果和现场情况，我厂连续两次事故的主要原因也就很容易分析清楚了。

1、由于不合格整流元件比例较高，且在事故时均发生炸裂现象，电弧喷出引起事故扩大。

整流元件整体质量有一定的缺陷，是造成事故和事故扩大的主要原因。

2、换相吸收保护电容由于耐压范围不能满足正常要求，且在运行中出现漏液、鼓肚等现象，说明保护电容器存在严重的安全隐患。

也就是在机组换相过电压过程中，保护电容器起不到保护作用，加上整流元件的质量等因素，引起整流元件损坏，喷出的电弧又引起了事故扩大，造成整流元件大面积损坏。

3、大面积的整流元件喷出电弧，再加上直流母线出口正负极间距离偏小，造成直流母线间击穿而形成正负极短路，是本次事故扩大的根本原因。

4、由于本厂供电系统的保护装置动作及时、可靠，迅速切断了6＃整流机组，没有引起其他机组异常和造成停电事故，对电解槽生产也没有造成什么影响，避免了更大事故的发生。

四、事故预防措施。

根据上述事故原因的分析，结合国内同类事故的处理措施，在我厂整流机组中采取了相应的预防措施。

1、对我厂所有整流机组整流元件进行测试，对不合格元件全部进行了更换，杜绝了事故的根源。

2、换相吸收保护电容器由于电压范围不能满足要求，加上运行中出现质量问题，起不到保护作用，决定对全部电容器进行了更换，在整流元件保护上提供了保证。

3、结合本次直流短路事故教训，根据现场柜子结构在直流母线出口正负极间加装绝缘隔板，防止再次发生直流短路事故。

在各桥臂间同时加装绝缘隔板，防止整流元件损坏时，因磁套环炸裂而波及其他元件。

4、对整流柜的纯水冷却系统进行完善，提高运行时的水质，增强整流柜的运行效率。

五、整流柜其他事故原因及防范措施

根据我单位整流柜事故原因分析，相应的采取了预防措施。

但在同行业中近年也连续出现了整流柜爆炸事故，其造成的损失和影响远大于我厂的事故。

因此有必要结合其他单位整流柜事故原因，对所采取的相应预防措施进行简单的总结。

1、整流元件的冷却水套质量问题，会造成在压接过程中变形，使元件的导电接触面积大大的减小，造成元件局部过热，导致元件劣变速度增加，在外界运行工况不变的情况下发生电压击穿起弧，造成整流元件大面积损坏，甚至造成直流短路。

这种情况的预防措施一方面在桥臂之间和直流母线间加装绝缘隔板，另一方面对元件和配件进行整改，提高产品质量。

同时对保护装置进行完善。

2、同相逆并联的桥臂正负母线采用穿心螺栓固定，螺栓套绝缘套筒。

由于整流柜运行振动特别大，绝缘套筒会因磨擦而逐渐破坏；

同时柜内母排温度较高，绝缘老化速度也快；

为保护元件的换相吸收保护电容器经常放电，造成过电压也会造成绝缘破坏，。

当绝缘破坏到一定程度时，必然引起正负母排短路，造成事故。

这种事故的原因很清楚，更换穿心螺栓为正负母排各一个螺栓，同时在必要的部位加装绝缘隔板就行了。

3、一些电解铝扩建工程，由于受场地的限制，新增加的整流柜只能在原整流柜的基础上进行内部改造，即更换整流元件、快速熔断器及相关配件，其整体尺寸受到限制，造成了先天的不足，各种安全距离受到限制，是造成事故的根本原因。

这种情况只能在原有基础上对配套的相关配件进行优化，由于场地的限制，只能对换相吸收保护进行改造，提高换相吸收的可靠性。

对柜内所有裸线采用耐压更高的电缆并加套玻璃丝套管，以提高绝缘防护等级。

根据其他事故原因，对可能的安全隐患部位进行更换。

4、由于整流变压器的特殊结构，无法配置差动等变压器主保护，只能通过过流和速断及变压器的本身保护来实现整流机组的保护。

特别是整流柜的过流和速断保护定值和变压器的相应保护定值的匹配问题，也是造成整流柜事故的一个主要原因。

由于电解直流非常大，在事故时如果时退过长，即使机组延时后跳闸，也会造成整流柜烧毁的事故发生。

河南某铝厂就因为延时的0.3秒，造成了整流柜爆炸的重大事故，在行业内引起了高度重视。

因保护配置和定值匹配等原因的事故，只能通过严格的计算、合理整定、标准的传动及定期试验等手段来预防。

5、整流柜事故最可怕的原因也是最容易避免的就是整流元件质量问题，在一些重