電解鋁企業(yè)電壓驟降影響分析及治理措施

劉 峰

（酒鋼集團(tuán)甘肅東興鋁業(yè)有限公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)自動化、信息化和智能化水平的不斷提升，電力電子設(shè)備廣泛運(yùn)用于現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)的檢測、識別、控制、調(diào)節(jié)和管理等各個(gè)環(huán)節(jié)，這些產(chǎn)品對短時(shí)的電壓驟降具有很高的敏感性，對其工作電源質(zhì)量有很高的要求。電壓驟降是企業(yè)供配電系統(tǒng)常見的故障現(xiàn)象，也是破壞企業(yè)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的主要原因。

1 電壓驟降產(chǎn)生原因

電壓驟降又名電壓跌落，國內(nèi)還稱為電壓凹陷、電壓暫降等，是指供電電壓有效值短時(shí)間突然下降的事件，其工頻電壓有效值下降至0.1～0.9 p.u.，典型的持續(xù)時(shí)間為0.5～30個(gè)周波。造成電壓驟降的主要原因是由于電力系統(tǒng)中某處電流突然增大或某處阻抗突然增大造成的[1]。

電解鋁企業(yè)電壓驟降產(chǎn)生的原因主要因?yàn)殡娋W(wǎng)系統(tǒng)故障引起的。電網(wǎng)系統(tǒng)故障主要為向電解鋁企業(yè)供電的地區(qū)電網(wǎng)發(fā)生供電線路單相接地或兩相短路、電力變壓器電氣故障、倒閘操作故障、雷電等原因?qū)е碌碾娋W(wǎng)電壓驟降。電網(wǎng)系統(tǒng)雖然配置有線路光纖差動保護(hù)、電力變壓器差動保護(hù)、母線差動保護(hù)等，能夠及時(shí)切除和隔離故障區(qū)域，但是因微機(jī)保護(hù)裝置及斷路器操作機(jī)構(gòu)的固有動作特性，故障發(fā)生至故障切除總是有60 ms以上的時(shí)間，電壓驟降在故障區(qū)域附近不可避免的出現(xiàn)，電壓驟降時(shí)間一般在70～150 ms之間。若供電線路設(shè)置有重合閘保護(hù)，供電線路保護(hù)跳閘后線路頻繁重合閘，將會引起電壓驟降反復(fù)出現(xiàn)，造成連續(xù)性的電壓驟降。電壓驟降會引起機(jī)電設(shè)備的接觸器、繼電器、PLC、DCS、計(jì)算機(jī)、變頻器、微機(jī)控制器等設(shè)備失壓停止工作，從而影響企業(yè)的正常生產(chǎn)。

2 電壓驟降對電解鋁生產(chǎn)的影響分析

2.1 電壓驟降對整流供電系統(tǒng)的影響

整流供電系統(tǒng)主要為電解車間提供恒定電流的直流電供電電解鋁生產(chǎn)使用，電壓驟降對整流供電系統(tǒng)的影響主要有以下方面：

1）晶閘管整流機(jī)組控制的核心是晶閘管數(shù)字穩(wěn)流控制器，該控制器采集電網(wǎng)電壓作為同步信號，當(dāng)電網(wǎng)電壓驟降應(yīng)導(dǎo)致晶閘管觸發(fā)脈沖停發(fā)，整流機(jī)組直流輸出關(guān)斷，導(dǎo)致電解鋁整流供電系統(tǒng)故障，電解鋁生產(chǎn)中斷。

2）整流供電380 V自用電系統(tǒng)采用框架式斷路器進(jìn)線開關(guān)，具有失壓保護(hù)功能，當(dāng)電網(wǎng)電壓驟降時(shí)會導(dǎo)致整流系統(tǒng)附屬設(shè)備全部失電停運(yùn)，導(dǎo)致整流供電系統(tǒng)中斷。

3）整流供電副水冷卻循環(huán)水泵采用交流接觸器控制，控制電源為市電，當(dāng)電網(wǎng)電壓驟降至85%以下時(shí)，交流接觸器無法可靠吸合，循環(huán)水泵停運(yùn)，影響整流供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

4）整流變壓器油風(fēng)冷卻裝置、整流器純水冷卻裝置和穩(wěn)流控制裝置的控制部分均采用UPS電源供電，發(fā)生電壓驟降不影響整流機(jī)組的運(yùn)行。

2.2 電壓驟降對壓縮空氣及供水系統(tǒng)的影響

壓縮空氣主要向電解、熔鑄、陽極組裝車間提供生產(chǎn)工藝使用的壓縮空氣，主要由空氣壓縮機(jī)組、余熱式干燥機(jī)和自潔式空氣過濾器組成?？諝鈮嚎s機(jī)組主電機(jī)為10 kV高壓電機(jī)，為保護(hù)高壓電機(jī)置有低電壓保護(hù)；其控制部分采用市電，當(dāng)發(fā)生電壓驟降至80%以下時(shí)，控制PLC、繼電器等失壓停止工作，壓縮機(jī)組全部停運(yùn)，影響電解鋁正常生產(chǎn)。余熱式干燥機(jī)及自潔式過濾器短時(shí)電壓丟失不影響其正常工作。縮空氣冷卻循環(huán)水泵采用交流接觸器控制，控制電源為市電，當(dāng)電網(wǎng)電壓驟降至85%以下時(shí)，交流接觸器無法可靠吸合，循環(huán)水泵停運(yùn)，影響壓縮空氣系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

供水系統(tǒng)主要為整流供電、壓縮空氣、熔鑄和陽極組裝車間提供生產(chǎn)冷卻用水，電壓暫降雖會導(dǎo)致供水設(shè)備停運(yùn)，但短時(shí)間不影響其他車間冷卻系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2.3 電壓驟降對電解、熔鑄及陽極組裝車間的影響

電解車間電解槽操控系統(tǒng)采用UPS電壓，不受電網(wǎng)電壓波動的影響。電解應(yīng)急急停系統(tǒng)電壓采用雙電源失電供電，電壓驟降時(shí)，電解應(yīng)急急停報(bào)警裝置和電解應(yīng)急電話裝置無法正常工作，影響電解應(yīng)急處置。熔鑄和陽極組裝車間生產(chǎn)工藝設(shè)備短時(shí)間停電時(shí)不受影響，低壓配電系統(tǒng)配置有低電壓保護(hù)功能，能夠在電網(wǎng)電壓驟降時(shí)停機(jī)保護(hù)設(shè)備。

3 應(yīng)對電壓驟降的主要治理措施

結(jié)合電解鋁企業(yè)自身特性以及電網(wǎng)電壓驟降持續(xù)時(shí)間一般不超過5～8個(gè)周波的特點(diǎn)，提出以下主要治理措施。

3.1 整流供電系統(tǒng)治理措施

1）晶閘管整流機(jī)組：優(yōu)化晶閘管穩(wěn)流控制器同步信號判斷策略，增加同步電壓丟失延時(shí)功能，確保晶閘管觸發(fā)脈沖在電網(wǎng)電壓驟降時(shí)能夠持續(xù)觸發(fā)一段時(shí)間，躲過電壓驟降，保證整流機(jī)組持續(xù)工作。

2）整流供電自用電系統(tǒng)：由于380 V自用電系統(tǒng)負(fù)荷使用率不高，電壓驟降恢復(fù)時(shí)負(fù)荷設(shè)備啟動電流不大，建議拆除斷路器失壓脫扣器或采用具有延時(shí)功能的失壓脫扣裝置[2]。

3）整流供電冷卻循環(huán)水泵：利用永磁接觸器采用永磁保持，電子控制，受電網(wǎng)電壓影響波動小的特點(diǎn)，將原普通型交流接觸器優(yōu)化為永磁型交流接觸器，避免電壓驟降對交流接觸器的影響。

4）電力監(jiān)控系統(tǒng)：雖然電力監(jiān)控系統(tǒng)由UPS電源供電，但考慮電力監(jiān)控系統(tǒng)在事故狀態(tài)下的重要性，在電力監(jiān)控系統(tǒng)雙UPS電源裝置間增加SSTS（固態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)），確保電壓驟降時(shí)UPS電源切換故障，利用SSTS開關(guān)切換時(shí)間可在15 ms內(nèi)，將生產(chǎn)設(shè)備的電壓切換到另一路電源[3]。另外，電力監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)的交換機(jī)、通訊管理機(jī)等通訊設(shè)備全部由直流電源供電。

3.2 壓縮空氣系統(tǒng)治理措施

空氣壓縮機(jī)組控制系統(tǒng)加裝UPS電源裝置，由UPS電源單獨(dú)為空氣壓縮機(jī)控制PLC、傳感器、冷卻油泵等控制設(shè)備供電，能夠?qū)崿F(xiàn)電壓驟降時(shí)的如擾動快速切換，保障壓縮機(jī)組持續(xù)運(yùn)行。

壓縮空氣冷卻循環(huán)水泵：將原普通型交流接觸器優(yōu)化為永磁型交流接觸器，避免電壓驟降對交流接觸器的影響。

3.3 電解應(yīng)急系統(tǒng)治理措施

電解應(yīng)急急停裝置和應(yīng)急電話裝置分別加裝UPS電源裝置，由UPS電源單獨(dú)供電，能夠?qū)崿F(xiàn)電壓驟降時(shí)的無擾動快速切換。

4 日常運(yùn)行中的保障措施

4.1 蓄電池直流電源及UPS電源裝置的維護(hù)

蓄電池直流電壓裝置和UPS電源裝置在電解鋁企業(yè)控制系統(tǒng)發(fā)揮著重要作用，應(yīng)特別注重日常的維護(hù)保養(yǎng)。加強(qiáng)對直流電壓及UPS電源裝置運(yùn)行狀態(tài)的檢查，尤其是充放電電流、工作電壓、電池電壓、主備回路工作狀態(tài)等。對于蓄電池組，環(huán)境溫度的過高或過低都會影響蓄電池的放電性能和使用壽命，要確保環(huán)境溫度在15～30℃之間[4]。經(jīng)常對主機(jī)進(jìn)行檢查和清掃，緊固線路連接，防止電路出現(xiàn)接觸不良等問題，定期開展蓄電池核對性充放電試驗(yàn)和內(nèi)阻測試，驗(yàn)證蓄電池的容量，及時(shí)更換存在問題的蓄電池。

4.2 定期試驗(yàn)切換及低壓保護(hù)功能驗(yàn)證

建立雙電源定期試驗(yàn)及切換制度，定期開展雙電源或UPS電源切換試驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的缺陷，對于切換試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)較大的設(shè)備，應(yīng)檢修時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)切換，確保雙電源切換功能正常。在設(shè)備停機(jī)檢修時(shí)，要對具有低壓保護(hù)功能的裝置嚴(yán)格按照定值進(jìn)行低壓功能驗(yàn)證性試驗(yàn)，確保低壓功能正常。