付德報，王省偉

（1.中國礦業(yè)大學信電學院，江蘇徐州210082；河南神火鋁業(yè)股份有限公司永城鋁廠，河南永城476600）

電解鋁槽控機控制系統(tǒng)防雷措施

付德報1，2，王省偉2

（1.中國礦業(yè)大學信電學院，江蘇徐州210082；河南神火鋁業(yè)股份有限公司永城鋁廠，河南永城476600）

分析了雷電波入侵電解鋁槽控機及控制系統(tǒng)的途徑，根據(jù)雷電波的特點，在電源及通信裝置前加裝防雷裝置,同時對電源線及通信電纜進行屏蔽接地,減少感應電壓對電源線的耦合干擾,從而降低雷電波對槽控機的危害,提高工藝控制的可靠性。

電解鋁；槽控機；等電位連接；屏蔽；接地電阻；防雷器

0 前言

在電解鋁生產(chǎn)過程中，槽控機控制系統(tǒng)的作用是對電解槽自動化管理，槽控機及控制系統(tǒng)運行正常與否，對生產(chǎn)影響非常大。因此，要保證電解槽正常運行，維持各項工藝參數(shù)在設定的范圍內(nèi)，使電解鋁生產(chǎn)獲得最佳經(jīng)濟效益，槽控機控制系統(tǒng)的安全管理十分重要。

然而，許多電解鋁企業(yè)都存在槽控機控制系統(tǒng)遭受雷擊損壞的情況，對生產(chǎn)造成嚴重的影響，給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟損失。在2005年至2007年的3年間，本廠槽控機控制系統(tǒng)多次遭受雷擊，損失慘重。技術人員通過研究分析及探索實踐，開發(fā)了一種綜合防雷系統(tǒng)，該系統(tǒng)可使鋁電解槽槽控機控制系統(tǒng)免遭雷擊，并能在雷雨天氣中正常運行。

1 槽控機控制系統(tǒng)的構成

通常情況下，鋁廠生產(chǎn)控制系統(tǒng)主要包括一個主控室（計算機站）和生產(chǎn)廠房，主控室內(nèi)有監(jiān)控PC、服務器、交換機和監(jiān)控槽控機等設備；生產(chǎn)廠房中共設置2個或多個（根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模情況而定）CAN總線重復器，信號采集傳輸系統(tǒng)采用CAN總線通信方式，所采集的生產(chǎn)數(shù)據(jù)信號通過光電轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，由通信信號線線纜傳輸?shù)街骺厥?，再?jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后采用CAN總線通信方式進行信號的傳輸。槽控機內(nèi)有VIF板、主顯板等控制板，每臺槽控機控制一臺鋁電解槽，作用是采集電解槽在生產(chǎn)過程中的電壓、電流等數(shù)據(jù)，通過光纜傳輸?shù)接嬎銠C站的監(jiān)控PC，以便工作人員對電解槽生產(chǎn)狀態(tài)隨時進行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)問題及時解決。

2 雷電入侵槽控機控制系統(tǒng)的途徑

雷電入侵槽控機控制系統(tǒng)主要有：電源線路入侵，通信線路，數(shù)據(jù)線路入侵，地電位反擊電壓通過接地體入侵等幾種途徑。雷電防護的措施主要有分流、接地、屏蔽、等電位和安裝防雷器（瞬時過電壓保護）等方法。

電解鋁槽控機控制系統(tǒng)易受雷電入侵的主要原因是：

（1）直流母線正常時直流電壓為910 V，電流為350 kA，電壓高、電流大，本身的磁場很大，由于部分裸露在廠房外，遇到外界雷電磁場干擾時，很容易產(chǎn)生強變磁場并通過電流電壓采集線傳輸?shù)讲劭貦C，致使槽控機遭受強變磁場的干擾甚至損壞。

（2）隔離變壓器交流電源線路長距離裸露在廠房外，其采用金屬橋架進行走線，而金屬橋架部分沒有良好接地，且長期遭受廠房內(nèi)強磁場的影響，在有雷電的情況下，很容易遭受直擊雷的侵害。一旦金屬橋架或電源線路遭受直擊雷的侵害，加之其本身的強大磁場，將直接造成后端用電設備即槽控機受損。

（3）槽控機、CAN總線重復器、電流信號驅(qū)動器、電流頻率轉(zhuǎn)換器等各數(shù)據(jù)線，特別是電流信號線、通信信號線，正常工作電壓只有1V左右，最大不超過3 V，耐沖電壓很低又長期處在強大磁場的廠房內(nèi)，遭受雷電或強變磁場侵害時，電流信號線、通信信號線所控制的VF板和主板很容易損壞。

（4）槽控機、CAN總線重復器、電流信號驅(qū)動器、電流頻率轉(zhuǎn)換器等各數(shù)據(jù)線，特別是電流信號線、通信信號線，均為屏蔽數(shù)據(jù)線，由于部分屏蔽數(shù)據(jù)線的屏蔽層沒有良好接地，屏蔽層所感應的過電壓、電流致使電流信號線、通信信號線所控制的VF板和主板損壞。

3 解決方案及效果

通過以上分析可知，槽控機控制系統(tǒng)遭受雷擊是電源線路入侵造成的，屬于通信線路、數(shù)據(jù)線路入侵型。解決方案是做好控制系統(tǒng)的接地、屏蔽、等電位連接，安裝防雷器。

（1）在直流母線上并聯(lián)安裝限壓型直流防雷器，電流信號、驅(qū)動器信號、頻率轉(zhuǎn)換器信號加裝專用信號防雷器，如圖1所示。

（2）在隔離電源上并聯(lián)安裝第一級限流型交流防雷器，在隔離電源上并聯(lián)安裝第二級限壓型交流防雷器，在槽控機及數(shù)據(jù)控制箱控制電源上并聯(lián)安裝第三級限流型精細級防雷器，對計算機站上位機供電系統(tǒng)加裝限壓型和限流型交流防雷器，如圖2所示。

圖1 控制系統(tǒng)防雷布置圖

圖2 三級電源防雷布置圖

（3）電流信號、驅(qū)動器信號、頻率轉(zhuǎn)換器信號加裝專用信號防雷器4，信號防雷器接線如圖3所示。

（4）對于空架線纜的防雷，主要是采取對線纜的良好屏蔽及兩端良好接地處理，用不小于BV-16mm2的銅線良好接地。

圖3 信號防雷器接線圖

主控制室和2個電解廠房均有接地體，接地阻值小于4Ω，基本滿足防雷器接地要求。主控制室、2個電解廠房、動力車間作為4個防雷接地單元進行考慮，防雷器接地使用原有的接地體，考慮動力車間需要做獨立接地體，在每個防雷單元設置一個接地匯流排，從獨立接地體連接端引BV-25mm2銅線到接地匯流排，防雷器接地線采用BV-4mm2銅線與匯流排連接，這樣每個防雷單元的防雷器會形成一個良好等電位系統(tǒng)。

4 結(jié)束語

對電解鋁槽控機及控制系統(tǒng)進行防雷處理，很好地解決了槽控機控制系統(tǒng)遭雷擊問題。工廠采取以上措施后，槽控機控制系統(tǒng)再未遭受過雷擊，該項技術2009年獲國家實用新型專利，目前正推廣應用到公司其他槽控機控制系統(tǒng)。

[1]虞昊.現(xiàn)在防雷技術基礎[M].北京：清華大學出版社，2005.

[2]周志敏.電氣電子系統(tǒng)防雷接地使用技術[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.

[3]GB50174-1993，電子計算機房設計規(guī)范[S].

[4]GB50343-2005，建筑物電子信息防雷技術規(guī)范[S].

M easure of lightning p rotection in controlling system of pot controller of electrolytic alum inum

FUDe-bao，WANG Sheng-wei

The way of lightning invasion of pot controller and controlling system was analyzed.According to the features of lightning,the lightning protection device was added at the front of power source and communicator. At the same time,the power line and communication cablewere screened and grounded.The coupled interference of induced voltage on power line was reduced.Thereby the hazards of lightning on the pot controller of cells were reduced,and the reliability of controlwas enhanced.

electrolytic aluminum;pot controller;equal potential bonding;screening;grounding resistance; lightning protection device

TF821

B

1672-6103（2010）05-0044-03

付德報（1968—），男，河南永城人，中國礦業(yè)大學信電學院碩士研究生，高級工程師,河南神火鋁業(yè)股份有限公司永城鋁廠廠長。

2010-01-15

2010-05-10