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电解铝厂整流系统故障分析及对策研究

发表时间：2021/9/6 来源：《中国科技信息》2021年9月下作者：何显亮

[导读] 对于电解铝厂而言，整流机组的安全稳定运行至关重要，提高动力系统装备水平、优化动力系统结构、逐步淘汰落后装备、实现节能减排、岗位优化、提高全员劳动生产率等目标具有非常重大的意义，本文就电解铝厂整流系统故障进行分析并研究解决措施。

广西百矿铝业有限公司何显亮

摘要：对于电解铝厂而言，整流机组的安全稳定运行至关重要，提高动力系统装备水平、优化动力系统结构、逐步淘汰落后装备、实现节能减排、岗位优化、提高全员劳动生产率等目标具有非常重大的意义，本文就电解铝厂整流系统故障进行分析并研究解决措施。
关键词：电解铝厂；整流系统；故障及对策
        1.整流系统故障
        1.1整流系统元件长期高温运行危害分析
        随着我国铝电解产业技术的发展，目前国内铝企业已基本实现大型预焙化，而且槽型越来越大，用电负荷呈几何级增长，给电解铝整流系统安全运行带来了巨大压力。再加上企业对产量要求越来越大，导致整流元件长期高温运行，这势必使其加速绝缘老化。长此以往，整流元件绝缘纸不在合格范围内，会造成运行电压击穿、各类元件接地短路，整流二极管、晶闸管反向击穿造成重大事故的发生。特别是近两年来，全国高电压、大电流整流器发生爆炸事故十几起，损失惨重，直接经济损失3000余万元，间接经济损失过亿元。对于大电流多台整流器并列运行供电安全事故的预防及保护措施越来越引起各企业的高度重视。
        1.2整流冷却系统故障分析
        目前企业中整流机组众多，造成整流系统热交换器堵塞，交换出主水温度高，致使桥臂温度过高整机电流归零；整流机组由于电磁造成主水结垢、水嘴腐蚀严重导致毛细管堵塞，脱落；由于单臂多元件各自的性能不同及毛细管多，导致元件所带负荷不同，温度及均流度差等问题，严重影响整机长周期安全、稳定、可靠运行，每年会造成整机多次故障，影响公司产品的质量及产量。通过整机运行中逐渐暴露出在高压系统、控制系统、冷却系统、操作环节及运行环境上存在的诸多缺陷问题，例如：整机桥臂温度报警回路不完善、整机纯水冷却系统压力过低，付水水温高，整机运行过程中造成桥臂及毛细管、热交换堵塞而发热，致使冷却效果差；单桥臂多整流元件匹配难，造成元件均流差；部分整机辅助系统未实现在线监控，运行人员无法及时发现辅助设备故障并采取措施等。上述缺陷已严重影响了大功率整流机组的长周期安全可靠运行。
        循环系统存在的主要问题是电导率偏高，电化学腐蚀导致整流柜各处水嘴腐蚀严重，造成整流柜渗漏水，危及整流机组安全。电化学腐蚀产生的原因。整流柜柜内目排水包均采用无氧紫铜加工而成，管接头是采用无氧紫铜棒加工而成，由于电位差的存在，在高压直流电的作用下，电化学腐蚀不可避免。运行中腐蚀产生的金属离子进入冷却水，导致水质变差，电离和电解的能力逐渐加强，便会出现强电解和电离，强电离和电解又加速水质的恶化，如此循环反复，加速了腐蚀。电化学腐蚀带来的隐患。由于管接头的尖端放电和同种金属间不存在电位差的特点，在电化学腐蚀的作用下，整流柜的水冷母线进、出口水嘴及整流元件冷却水包的水嘴腐蚀最为严重。由于腐蚀，导致水管连接处出现松动，造成渗漏水，严重时冷却水管脱落，水到处喷溅，导致冷却水压力降低，母线超温、整流柜各部绝缘性能降低，引起机组被迫停运或跳闸，并且极易引起整流柜内部短路故障，严重时将会导致整流柜烧损。由于水嘴腐蚀在运行过程中无法检查发现，运行一段时间后，将会频繁出现渗漏水情况，需频繁停运机组处理，并随时延长，渗漏水次数呈急剧增加之势，机组安全受到严重威胁，供电难以保证。
        纯水冷却装置的热交换器中易结垢，水—水热交换器为波纹平板式，结构堵塞，导致水流量减小，并且水垢敷在波纹板表面，影响换热效果，造成冷却效果差，水温较高。结垢的原因。一般采用软化后的工业水，水的硬度较高，并且采用冷却塔冷却，雨水、粉尘等对副水均造成污染。有时为了增强冷却散热，水池采用不封闭或半封闭的方式。特别是在干旱、少雨、多风的季节，更为严重。配套的软化水设施只是定期补充一定的软化水，相对于水池来说，可谓杯水车薪。副水的硬度往往逐渐升高，不好控制。水硬度高，则容易结垢。
        2.整流系统故障改善措施
        由于近几年电解铝工业发展的突飞猛进。新型的大电流、高电压整流柜层出不穷，但设计上主要延续以前。在老的设计基础上进行了简单的放大制造。随着多起整流柜装置崩溃性爆炸事故的发生，国内铝厂现运行的整流柜设备设计缺陷也相继暴露出来。
        2.1提高冷却系统的冷却效率
        在整流纯水冷却系统中，整流柜具有水路多和水管接头多等特点。

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而这个特点必然会造成冷却系统出现水路堵塞的情况，在管路中会因为各种各样的原因而出现气泡和杂质等，这些情况的出现会致使桥臂出现过热的现象。当温度超过继电器规定的温度后，就会产生系统报警。如果将这个故障情况视而不见的话，会造成严重的事故后果。常见的整理纯水冷却系统是一机两槽的形式，如果出现桥臂发热故障而进行停车维修的话，所需要付出的代价是非常大的。所以对于桥臂发热的故障问题，应该找寻更加稳妥和有效的处理对策。针对于这个故障问题的具体对策是：首先，需要将整流柜的电接点压力表的下限进行调整，设置为零。其次，将控制中柜的纯水压力输入信号进行断开。再次，关闭纯水的进出口阀门。当完成以上操作后，就可以将水路堵塞地方的软管和主管连接处打开，进行防水，拍出造成水路堵塞的气泡和杂质。在排水的过程中，需要注意的是应该持续的保证高位水箱的水位，并为防止纯水的溅出而做相应的准备工作和防范措施。
        整流纯水冷却系统中的冷却水一般是来自于工厂内的循环水。为了保证冷却水的水质，需要定期的向循环水的水中添加保证水质质量和稳定的添加剂，像杀菌剂、稳定剂以及剥离剂等等。无论是循环水的水质还是添加剂的影响等，都会是循环水中存在着不可避免的杂质和结晶物。这些杂质会长期的沉积，导致板式换热器的循环水路受到严重的阻塞，影响热交换效率，致使纯水的水温持续偏高。当纯水的水温超过规定上限时，系统会报警。这个故障会严重的影响整流纯水冷却系统的安全运行，为了能够保证整流纯水冷却系统的安全运行和持续生产，需要对于这个故障找寻相应的处理对策。针对于这个故障问题的具体对策是：为了不让这个故障问题影响到整流纯水冷却系统的持续生产，需要采取不停车检修的方法。通过循环水反冲进行故障检修，可以得到需要的效果。首先，在保证纯水冷却水泵的正常运行过程中，通过高水位水箱来保持水位的同时，通过排水管道将部分纯水进行排出，使纯水的水温能够降到规定的范围内。等纯水的水温降下来之后，需要将换热器上方的循环水入口水阀打开。这样，就可以充分的利用循环水回水压力，通过反冲压力对循环冷却水路进行清洗，将水路中的杂质全部冲出。当完成循环水反冲清洗检修工作后，纯水的水温会出现明显的改善。在这个清洗检修的过程中需要特别注意的是，需要断开控制中柜的纯水压力输入信号，以及电动机和电控中柜的防水工作。以保证整个检修工作的安全和有效。
        在整流纯水冷却系统运行中会出现解槽停车事故。发生这种事故的原因主要是因为纯水冷却装置中的液流量信号器内部出现了短路故障，从而引起纯水冷却装置的二次控制回路出现空开跳闸现象，致使水泵停止工作，造成水压过低而出现系统停车的情况。针对于这个问题，技术人员进行了故障原因的分析。除去流量信号器自身可能存在的质量问题外，造成电器二次回路故障的原因可能是因为纯水冷却装置的二次回路设计上仍存在着一些问题，需要进一步的改进。首先，需要加强对纯水水质的监控和管理，完善定期排水置换工作的工作制度，这些是起到预先防范作用的人为改进对策。其次，需要进行最为主要的纯水冷却装置的二次回路设计改造。针对于这个故障问题的具体对策是：首先，可以在回路当中加入电动机保护短路器，这样可以实现对电动机的短路保护以及过载保护。并同时在回路中装备短路故障的显示器和辅助的触头，这样就可以通过短路故障的辅助触头来实现故障时设备的自动切换功能。
        2.2改善环境温度
        温度较高时，可加装遮阳板避免阳光直射或西晒造成环境温度升高。另外，整流变的油泵和风机全部运行，变压器油温还会很高。处理方法是在变压器室内增加临时风机和增加喷淋装置，喷淋装置为：将纯水透过喷头成水雾状喷洒到整流变散热器，既达到散热的效果又不浪费纯水
        2.3加强设备维护定期进行预防性试验
        整流机组的冷却系统，对于整流机组的安全运行均十分重要。因此在整流机组的日常维护和管理中，均应引起足够重视，要加强设备维护定期进行预防性试验，避免冷却系统故障而危及整流机组安全。整流机组冷却系统，既能充分保证整流装置正常运行，又减少了整流装置无法降温而被迫降电流运行甚至停产的次数，还能降低生产成本，保护环境，具有良好的经济效益和社会效益。
        3.结语
        整流冷却系统是整流变电系统的重要组成部分，电解工艺的连续运行要求整流系统不能故障停机，因此，要在生产系统中多积累经验，采取有效措施，维持冷却系统的正常运行，保障整流装置的正常输出。
参考文献：
[1]刘万祥.整流器采用水风冷却存在问题探讨[J].轻金属,2015,{4}(03):56-59.
[2]黄林.电解铝供电整流系统优化改造思路探讨[J].电子世界,2013,{4}(24):42-43.
作者信息：何显亮，男（1986.10-），壮族，广西百色市那坡县人，专科，研究方向：电解铝厂整流系统故障及对策研究