近幾年來，隨著自動控制技術、計算機技術、網(wǎng)絡技術以及通信技術的快速發(fā)展，電解鋁電氣控制保護技術也日趨成熟，并不斷地被推廣應用，特別是隨著國內鋁電解生產(chǎn)規(guī)模的日益擴大，在供電系統(tǒng)中應用綜合自動化技術已是必然趨勢。

　　摘要：詳細介紹了系列電流240kA、系列電壓860V電解鋁整流系統(tǒng)的配置，并介紹了ELE9000型電化學整流調節(jié)器所采用的現(xiàn)場總線、數(shù)字化控制、基于觸摸屏的人機界面等技術特點以及運用于系統(tǒng)結構方面的先進專利技術。以上各種先進技術和工藝的應用，大大提高了該電解整流系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性及節(jié)能效果，為供電系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟運行提供了保障。隨著該整流系統(tǒng)的廣泛應用，降低了人工勞動強度，促進了整流所管理水平的提高，提高了生產(chǎn)效率。

　　關鍵詞：數(shù)字化控制,電解鋁,整流系統(tǒng),電化學整流調節(jié)器

　　0引言

　　廣西百色銀海鋁業(yè)有限公司鋁電解生產(chǎn)線上配套使用的電解裝置為廣州擎天實業(yè)有限公司自主研制的基于工業(yè)計算機的全數(shù)字化系統(tǒng)——ELE9000型二極管整流器。該系統(tǒng)自動化程度高，自2007年投運以來運行穩(wěn)定，并具有節(jié)約電能的特點。

　　整流機組是電解鋁系統(tǒng)供電的核心設備，一旦發(fā)生嚴重故障不僅直接影響電解鋁系統(tǒng)的正常生產(chǎn)，而且產(chǎn)生的直接和間接損失更是無法估計。電解鋁的生產(chǎn)需耗用大量電能，節(jié)能降耗對于企業(yè)而言具有非常重要的意義。直流電流的平穩(wěn)度是影響鋁電解產(chǎn)量的重要因素之一，因此控制系統(tǒng)的反應迅速、控制精度高、對陽極效應的抑制深，也是極為關鍵的。智能化、網(wǎng)絡化的整流設備可以方便工廠的日常維護，保證長期可靠運行。

　　1整流系統(tǒng)的設計方案

　　該系統(tǒng)包括四套整流機組和一套集中控制臺。每套整流機組含整流器（ZES?43KA/8600V）兩臺、就地控制柜（ELE9000型）一套（兩柜）。四套整流機組共用一臺總控柜，其系統(tǒng)結構圖如圖1所示。

　　每臺整流器采用6脈波全橋非完全同相逆并聯(lián)連接方式，交流側橋臂采用專利技術——一體化澆鑄型導電排。每橋臂6只元件并聯(lián)，柜內共有72只5000A/4600V防爆型整流二極管，72只5000A/800V單體快速熔斷器。交流為后下中部進線，直流為頂部出線。

　　就地控制柜采用ELE9000型控制系統(tǒng)，它以工業(yè)控制計算機為核心，可靠性好、功能豐富、自動化程度高。就地控制柜對本機組進行穩(wěn)流調節(jié)，控制有載開關作電流粗調，控制飽和電抗器作電流細調，可抑制70V以上的效應電壓。

　　總控柜采用PLC和智能觸摸屏，主要完成在多機組并聯(lián)運行情況下的系統(tǒng)總調穩(wěn)流和每個機組負荷的均勻分配，保持單機組投切時的總電流恒定，同時也可以實時觀察、記錄整流系統(tǒng)的各種狀態(tài)參數(shù)。

　　該系統(tǒng)有以下幾個顯著特點：

　�。�1）它是一套完整的系統(tǒng)，通過現(xiàn)場總線，將整流系統(tǒng)各個部分有機的集成在一起；

　　（2）穩(wěn)流控制柜內不采用PLC，而采用工控機作為穩(wěn)流控制的核心，在保證可靠性的同時，大大提高了系統(tǒng)的智能化程度；

　�。�3）交流側橋臂采用一體化澆鑄型同相逆并聯(lián)橋臂，使橋臂的電磁振動和電氣絕緣問題得到了兼顧解決；

　　（4）直流側母線在整流器前后布置，有效解決了母線間短路隱患；

　�。�5）系統(tǒng)數(shù)字化、智能化

　　該系統(tǒng)的數(shù)字化不僅體現(xiàn)在調節(jié)器，也體現(xiàn)在整流柜、整流變壓器和其他輔助設備。整流系統(tǒng)的各個部分均能實現(xiàn)智能檢測、智能顯示、智能控制、信息智能傳輸和智能測試。

　�。�6）CAN總線的應用

　　CAN總線屬于現(xiàn)場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網(wǎng)絡，其最大特點是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對通信數(shù)據(jù)塊進行編碼，通信實時性好、速度快，硬件簡單，特別適合于工業(yè)過程監(jiān)控設備的互聯(lián)。該系統(tǒng)采用CAN總線對整流系統(tǒng)的各個部分進行控制和信息交換，使整套整流裝置成為一個完整體，既減少了大量的隔離器件、端子、柜間接線等，同時也節(jié)省了安裝、維護等費用，提高了工藝水平，實現(xiàn)了徹底的分散控制。

　　2全數(shù)字化整流系統(tǒng)的技術特點及功能

　　2.1雙通道冗余設計

　　ELE9000控制柜由兩個工控機控制通道組成，兩控制通道之間互為熱備用、自跟蹤，出現(xiàn)故障時實現(xiàn)無擾動切換，可確保任何工況下控制系統(tǒng)的可靠性，防止“掉電”。

　　2.2產(chǎn)品調試軟件化

　　隨機附送調試軟件，操作人員通過電腦操作對設備進行調試并存儲調試結果�？刂乒裥枰�更換板卡時可直接將存儲的數(shù)據(jù)拷貝而不需要重新調試，使用簡便。

　　2.3故障錄波功能

　　設備發(fā)生故障時，工控機自動保存故障前、后10s的整流設備數(shù)據(jù)，便于進行故障分析。

　　2.4遠程診斷

　　設備發(fā)生故障時，經(jīng)用戶許可，整流系統(tǒng)生成方（廣州擎天實業(yè)有限公司）可通過互聯(lián)網(wǎng)直接聯(lián)接整流設備，讀取相關數(shù)據(jù)進行故障分析并指導現(xiàn)場操作人員對設備進行維護，方便快捷。

　　2.5節(jié)約電能

　　ELE9000系統(tǒng)控制器采用了先進的DSP器件，可以實時采樣機組高壓側的電壓波形和電流波形，直接計算出本機的有功功率、無功功率和功率因數(shù)，聯(lián)鎖有載開關，便于實現(xiàn)節(jié)電經(jīng)濟運行。

　　2.6產(chǎn)品技術升級

　　目前電解整流器的控制方式仍采用恒流控制方式，電流值的整定仍依賴于人為設定，能耗浪費較為嚴重。隨著自動化水平的提高，各種新的工藝技術和控制技術不斷出現(xiàn)，屆時只需更新工控機控制器軟件即可實現(xiàn)產(chǎn)品的更新?lián)Q代，滿足自動化生產(chǎn)的需要。

　　2.7狀態(tài)檢修ELE9000整流系統(tǒng)在觸摸屏上實時顯示與整流系統(tǒng)相關的各種參數(shù)，包括各元件的狀態(tài)參數(shù)。通過參數(shù)比較，可及時預判可能發(fā)生的故障，提前對系統(tǒng)進行檢修，避免故障損失。

　　2.8現(xiàn)場總線（CAN總線）技術

　　整流系統(tǒng)的各個部分通過現(xiàn)場總線進行控制和信息交換，使整流系統(tǒng)成為一個有機的、完整的整體，系統(tǒng)簡潔，可靠性高。相關人員通過局域網(wǎng)可隨時了解整流系統(tǒng)的工作狀況。通信線采用光纜材料，安全、抗干擾。

　　2.9調節(jié)器故障自診斷

　　通常的雙通道系統(tǒng)需要專門的控制通道切換的器件，若該器件損壞則主通道故障時無法切換至備用通道，導致意外停機；而ELE9000調節(jié)器雙通道間具有互相巡檢功能，故障時可自動退出故障通道并無擾動切換至備用通道。

　　2.10控制系統(tǒng)無風扇設計

　　一般的穩(wěn)流控制柜都必須加裝散熱風扇，以降低柜內的溫升。因此，外界的塵埃、水汽和腐蝕性氣體都會隨著空氣的流動進入柜內，并且沉積下來，造成故障隱患。ELE9000控制柜采用了先進的器件和工藝，控制柜內發(fā)熱量極小，不需要散熱風扇，可以徹底杜絕這一問題。

　　2.11先進的人機界面

　　就地控制柜和遠控臺均裝有彩色觸摸屏，具有顯示、操作、報警、故障追憶等功能。整流系統(tǒng)各部分參數(shù)在觸摸屏上實時顯示，設備的各種參數(shù)設定和操作在觸摸屏上完成。信息集中，操作簡便。

　　2.12在線檢修

　　線路板安裝采用標準歐洲板卡結構，出現(xiàn)故障時可直接拔插更換，不需停電。更換板卡后可通過調試軟件直接將存儲數(shù)據(jù)下載至板卡中而后直接開機，無需重新調試。

　　2.13故障保護動作和信號傳輸?shù)慕M態(tài)技術

　　用戶可以通過軟件自行修改各種故障保護的后續(xù)動作和接點定義。這種修改在圖形化界面上完成，直觀且不易出錯，便于日常維護。

　　2.14光纖通信技術

　　整流系統(tǒng)內部的通信采用光纖為介質。光纖具有天然的絕緣特性，它可以徹底實現(xiàn)整流柜和控制系統(tǒng)之間的電氣隔離。光纖傳輸?shù)氖枪庑盘枺�在復雜電磁環(huán)境下不易受到干擾。另外，光纖還具有速度快、損耗小、距離長等優(yōu)點，非常適合總線系統(tǒng)傳輸大量的實時數(shù)據(jù)。

　　3結語

　　雖然電解鋁廠的整流器電流、電壓大幅提高，各電解鋁廠供電的整流設備也基本滿足要求，有些甚至還達到了國際水平；但是，整流設備負荷率高，要求無故障、少維護、技術自動化，安全可靠性永遠是擺在第一位。ELE9000型二極管整流器控制器的核心PID調節(jié)部分采用工業(yè)計算機控制，速度快、精度高、可靠性好，功能豐富。系統(tǒng)實現(xiàn)了冗余設計的先進理念，在調節(jié)器、控制電流整流橋、調節(jié)器供電電源、反饋信號和通信系統(tǒng)都實現(xiàn)了冗余設計，從根本上保證了可靠性。

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