电解铝整流机组逆流保护故障的浅析

杜洪茹

摘要：电解铝整流系统逆流保护时有动作信号出现，给整流设备安全运行带来巨大的隐患。我们结合系统图纸分析故障原因，对比历史记录，深入现场实际查找问题，发现问题症结并实施对策。

关键词：逆流保护  故障 对策

正文：

一．背景

电解铝企业普遍采用大电流高电压的整流方式给电解槽提供安全稳定的电能，因整流系统故障造成的事故时有发生，给电解铝造成很大的损失。因此，在电解铝整流柜运行时，设置逆流保护防止元器件突爆事故产生的逆向电流对设备及人员造成严重损害是整流系统保护的重要手段之一。众所周知现在电解铝企业发展产能越来越大，系列直流电压越来越高，系列电流也越来越大的时候，从人身与设备安全方面考虑，在动力供电系统整流柜直流侧加装逆流保护装置，一旦整流柜发生逆流故障就可以快速、准确、可靠的跳开本机组和其他机组断路器，有效保护其它整流机组安全的运行，大大减轻故障整流机组的损坏程度，通过此种方式将人身与设备损失降至最小。但是，逆流保护在实际使用过程中，可能会出现误动作导致设备停机的现象。所以，我们结合实际工作对设备现状作了进一步的分析，根据可能导致保护误动的成因，进行技术改造，并且作了相应的一些防范的措施。

  我厂200kA系统是4台机组共8台整流柜并列供电。任一台整流柜内直流母排出现短路故障时，其它整流柜通过直流总母线向该故障点输送电流，即形成逆流。逆流保护是控制箱内的逆流保护出口继电器并联后，接入机组的跳闸出口继电器回路，一旦有一台整流柜发生事故，通过反送到事故点的逆向电流，使逆流保护装置动作出口，迅速跳开事故机组及其它各机组交流侧断路器，切断故障电流，可以有效防止逆流时对整流器的损坏。如果逆流保护系统信号误动，或者整流系统发生紧急停机等，都有可能使逆流保护动作。在整流所主控室内的值班人员可以通过本机组PLC上传给综合自动化监控系统，很清楚的看到逆流保护动作报警信号。

二、故障分析

我厂200kA系统电解铝整流系统主设备完成改造后在运行磨合、消缺过程中逆流保护时有动作信号出现，给整流设备安全运行带来巨大的隐患。我们结合系统图纸分析故障原因，对比历史记录，深入现场实际查找问题，发现问题症结是：

1.在实际运行中并不存在A或B单柜运行的方式，A、B柜逆流功能单独投退，必要性不大且容易造成混淆、误投、漏投压板；

2.保护出口中间继电器与机组跳闸端子之间未设置出口压板，没有物理断点，在部分机组进行检修、调试、电缆改接、信号测试等工作时，无法单独投退，为避免影响其余机组运行，只能整体退出逆流保护，并且需要将跳闸电缆临时拆除，灵活性和安全性较差；

3.原有逆流保护投运时间较为久远，相关技术资料空白。运行操作、隐患排查和检修维护无相应技术支撑，工作质量、设备安全无法保证；

4.电气元件老化严重。部分逆流继电器失准，精度很差；出口中间继电器触点氧化，接触不良，动作不可靠；熔断器底座龟裂，扳动操作卡涩，熔芯使用多年，特性改变，可靠性差；导线绝缘外皮老化，存在短路风险。

5.在原有控制回路的布线重叠交错、保护元件多但是实现的功能单一、散热空间不足、PLC程序中未留冗余空间，所以存在保护动作的可靠性和稳定性不强等问题，是造成逆流保护信号错报主要原因。

三、针对存在的问题实施的对策

1.梳理旧的接线方式，重新设计绘制新的接线图

根据逆流保护柜现状，对照实物测绘出原有接线方式。按照硬接线必须有物理断点，功能和跳闸出口分离的原理，实施将原来单一控制触点的压板改为双路控制，将控制拓扑结构由单直线型改为树状拓扑结构，重新绘制逆流保护系统原理接线图。

逆流保护改造前后对比图

2.元件更换、布置及接线

对原有配电柜内的元器件拆除，重新布局元件、接线，使柜内空间布局更加合理，有利于电气元件散热，尽最大限度的提高元器件的利用率，留出设备运行的散热空间，延缓老化。

3.拆除逆流保护柜与老稳流系统和总调屏间的电缆，排除隐蔽接线和寄生回路产生的安全风险。

4.根据新的接线控制回路优化原有的逆流保护PLC程序，并对PLC硬件进行重新接线；

5.调试

1）使用信号发生器对逆流继电器的精度和定值进行校验；

2）核对逆流传感器信号电缆的极性并接入逆流保护回路；

3）校对逆流保护柜与整变非电量保护屏间的信号电缆并接入；

4）退出各机组非电量保护屏“逆流保护”，用信号发生器模拟逆流信号，对逆流保护、信号回路进行传动验证，确保正确；

5）根据图纸和实际接线完善元件标识。

四、强化防止逆流保护动作的其它一些措施：

1、定期检查校验整流柜正负隔离刀合入的密闭性，防止道口接触面不紧密发生过热，长期运行造成的隔离刀变形，不能隔离故障机组，无法及时恢复供电。

2、选择合理的保护装置。快熔额定电流要能够保护整流元件，除了要有足够的灵敏度外，还要有足够的分断能力，保证元件异常时快熔可以及时、可靠地熔断，避免引起短路爆炸。设置逆流保护，在整流柜内有短路发生时，及时跳开高压断路器。现在同行业也有采用弧光检测装置的，即在整流柜内有弧光产生时，跳开高压侧断路器。

3、设定合理的继电保护定值。整流变压器的电流速断保护应延伸至整流柜后侧大母线，在整流柜出线侧发生短路时，应无延时跳开高压侧断路器。

4、定期对整流柜巡视，发现螺栓松动、冷却水管接头渗水问题及时停机处理。

5、定期清扫擦拭整流柜内元件、绝缘板等表面灰尘，防止灰尘积聚出现爬电。

6、定期测量整流柜元件表面温度，如温度有异常，应进一步测量均流系数，或进行元件特性测试，对元件性能参数测试不合格的及时更换。

7、机组检修停送电前要正确退出逆流保护压板。机组断路器分闸前，先退出检修停电机组逆流保护压板，等机组停电完毕以后，再退出其他机组逆流保护出口压板。机组检修结束断路器合闸时，检查其他机组逆流保护压板都已退出，再投入送电机组逆流保护，以免在断路器合闸时，合闸涌流导致整流柜产生故障时逆流保护动作或者误动作，导致机组断路器全跳。

五、小结

改造后我们进行测试验收达到预期目标。后续我们跟踪观察6个月的设备运行记录发现逆流保护再未发生误动，逆流保护故障得到根本排除。此次逆流保护改造强化了200kA整流柜保护动作的准确性、可靠性、速动性、稳定性。依据相关资料进行经济测算，这次整流机组逆流保护故障排除是一次利用小成本解决大问题的实践，可以给同行业在整理机组逆流保护故障排除上提供借鉴。

参考文献：

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