电解铝系统整流柜重点技术要求

电解铝系统整流柜重点技术要求
伴随着电解工艺水平的发展和进步，国内的整流装备制造水平也得到了较大的发展和进步，近10年来，建设投产的电解铝工程，整流机组设备从直流传感器、直流大电流隔离开关到调压整流变压器、整流器均采用的是国内制造商自行研制、开发、制造的设备，为我国电解铝工业的发展和建设做出了巨大的贡献。

整流机组作为电解铝系列供电的核心设备，其重要性可想而知，一旦发生严重故障不仅直接影响电解系列的正常生产，而且产生的直接和间接损失更是无法估计的。

然而，近10几年以来随着单系列电解铝产能越来越大，整流装置的单机容量、直流额定输出电压、电流及供电电源电压、电网容量等都已达到了较高的水平，对整流装置设计、制造、运行和维护的水平等要求很高，可是，一段时间以来，对调压整流变压器的要求只停留在主接线、型式结构、损耗、外形尺寸等，而对整流器的要求只注重对主要元件的参数、整机损耗及整流柜外形尺寸等的要求，对整流机组内部的其它重要细节要求得很少，这样调压整流变压器与整流器的整体配合、结构制造和辅助元器件的选择安全由制造商确定，缺少了一个统一规范的约束，也为后来的长期稳定运行留下了许多问题。

整流机组的控制、保护、结构等存在的问题
随着大型电解铝系列的开发和应用，系列直流电压越来越高，电流越来越大，对整流所的装备水平及设计要求也应相应提高，本应该进行深入研究提出相应的对策，对整流所的整体设计加以完善。

然而，由于前几年电解铝厂项目集中大面积快上，没有对整流机组设备及整流所设计作更多细致的工作，只是一味地提高直流电压，加大直流电流。

近两年来通过与国际知名公司的交流接触使我们对国外的一些设计理念和技术要求有了一定的了解，加上近期连续不断地出现整流所事故，通过分析故障的原因和经验教训的总结，我认为一直以来我们所作的整流所设计特别是高电压大系列电解铝整流所设计，无论是整流机组设备本体的装备水平、设计水平和整流机组的系统设计，在控制、保护、结构等诸多方面都存在一定的问题。

比如：
（1）设置完善可靠的直流侧逆流保护是整流装置系统保护的重要手段，然而，由于国产的逆流保护装置不够完善，直接购买国外的造价又高，因此，许多铝厂没有设置该保护；
（2）整流柜内的弧光探测保护可以有效地检测到整流柜内微小的事故弧光，及时作用于报警或跳闸，以防止严重的弧光短路故障发生，对于此项技术才略有认识，具体如何应用尚需要进一步研究；
（3）整流柜的设计绝缘水平不高、抗短路能力、防弧光短路能力不够；
（4）对辅助系统的检测、保护不够完善；
（5）整流柜的柜壳绝缘检测作法不一，没有一个统一的行业标准。

调压整流变压器与整流器的配合需要完善
调压整流变压器和整流器应该是一个密不可分的整体来构成整流机组，无论是调压整流变压器的主接线形式、短路阻抗取值等都应与整流器的元件选择、动热稳定设计、保护等统一协调考虑，在国外是由一个制造商统一进行设计，在国内目前两个制造商是完全独立的，设计调压整流变压器的不去考虑整流器的设计制造，设计整流器的不十分了解调压整流变压器，其之间的联系是由设计院来实现，而设计院起的作用又十分有限。

比如在确定保护快熔与硅元件的配合和整流器内部动、热稳定设计时，都需要详细计算整流器内各种形式的短路参数，而在进行短路参数计算时，应该详细了解调压整流变压器的主接线、短路阻抗、线圈布置等，然而，整流器制造商已经快要将整流器变成标准产品了，对不同用户的整流器只是将元件的数量、规格、快熔的参数稍加变化就可以制造了，很少去考虑供电系统及调压整流变压器结构形成等方面的影响。

整流器冷却系统存在的问题
铝电解整流装置其功率都很大，整流器的冷却均采用的是循环纯水冷却，即利用去离子水作为介质通过强迫循环将整流元件、快熔、导电铜排等的热量带到热交换器进行冷却。

整流器的冷却系统由两部分组成：一部分是冷却泵组与整流器直接相连的闭路循环去离子水系统；另一部分是对热交换器进行冷却的闭路循环水系统或冷却风扇。

冷却泵组与整流器直接相连的闭路循环水系统，对水质要求很高，目前国内采用的是去离子水，但是，由于该循环水系统并没有完全密闭，水质奕化的较快。

热交换器的冷却，目前国内采用最多的是闭路循环水系统，即在整流所附近建设一个循环水冷却系统，这种方式存在的最大问题是当水泵房故障或水路故障均造成整流装置全部停电。

还有一种是用风扇直接对热交换器进行冷却，此种方式是单元独立系统，运行可靠，但应用得较少，只有青海铝厂、河南焦作万方铝厂等少数几个铝厂采用。

解决方案及对策
通过上面的论述可见，近年来随着电解铝工业的发展，我国的整流装备制造业也得到了快速的发展，同时也暴露出了许多问题，需要我们业内人士下大力气共同努力改变现状。

通过对整流装备的现状和近期整流装置的故障情况分析，结合近年来对国外整流装备一些设计制造理念的了解，认为应从如下几个方面进行完善：
（1）尽快制定或修订整流装置的设计、制造、试验、验收等行业标准；
（2）在提供整流所重要设备的技术要求时，要进一步规范化、标准化，标准要提高，不仅对主要的元件、快熔、损耗等提出合理要求，对于内部辅助元器件的选型也要从元件的规格、结构等提出要求；
（3）对于整流柜的结构要进行合理的配置，比如，整流柜的动、热稳定校核、防弧措施、绝缘耐压、辅助保护原器件的安装配置等；
（4）进一步完善整流机组及整流所的系统控制、保护设计，无论是整流装置内部还是整流所的系统设计都要增加一些必要的保护；
（5）尽快探讨弧光探测保护装置的应用可行性及必要性，找到解决整流柜内产生微小事故弧光的早期发现的措施；
（6）整流装置直流侧设置完善可靠的逆流保护；
（7）整流装置循环水系统的改进建议：冷却整流柜的循环去离子水系统，建议采用完全与空气隔离的密闭循环去离子水系统，以保证水质长期稳定；密闭循环去离子水系统冷却的对象均是带电导体，国内元件水冷套及元件、快熔铜排均采用的是纯铜材质，耐腐蚀性较差，应考虑对相关材质进行改进；热交换器的冷却介质建议采用风扇冷却，即水风冷却机组，取消集中循环冷却水泵房。

（8）调压整流变压器设置完善可靠的灭火系统；
（9）在消防水泵房等重要部件设置足够容量的能够自启动的柴油发电机组。

目前国产整流装置的整体技术已经达到了相当的水平，但是尚存在一定的问题需要改进，否则难以与国际接轨，更难以走向国际市场，急需建立一系列切实可行的设计、制造、试验、验收等标准，完善制造工艺和相应的试验手段。