李慶華

摘 要：本文通過對影響鋁電解槽生產(chǎn)控制系統(tǒng)正常運行的過電壓進行分析，根據(jù)過電壓產(chǎn)生的特點，分別對直流母線、供電電源加裝過電壓吸收裝置，對電源線、信號線進行屏蔽接地處理，從而減少鋁電解槽生產(chǎn)控制系統(tǒng)過電壓危害，提高電解工藝生產(chǎn)控制的穩(wěn)定性。

關鍵詞：鋁電解槽 生產(chǎn)控制系統(tǒng) 過電壓保護 等電位連接 接地電阻

一、過電壓對電解槽生產(chǎn)控制系統(tǒng)的危害

鋁電解槽自動化生產(chǎn)控制系統(tǒng)是整個電解鋁生產(chǎn)控制的樞紐，在電解鋁生產(chǎn)中發(fā)揮著巨大的作用，電解鋁生產(chǎn)也越來越依賴控制系統(tǒng)進行管理及生產(chǎn)控制，但由于這些生產(chǎn)控制系統(tǒng)和設備耐過電壓能力低，雷電高電壓以及雷電電磁脈沖侵入所產(chǎn)生的電磁效應、熱效應都會對控制系統(tǒng)和設備造成干擾或永久性損壞。一旦自動化生產(chǎn)控制系統(tǒng)發(fā)生故障，將會使整個生產(chǎn)控制系統(tǒng)癱瘓，甚至會導致工廠短暫停產(chǎn)等事故。某鋁業(yè)公司的三個電解分廠電解槽生產(chǎn)控制系統(tǒng)均采用CAN總線控制方式?？刂葡到y(tǒng)主要包括直流母線排、主控制室、隔離變電源、電解槽控機、NETBXO轉(zhuǎn)換箱、電流頻率轉(zhuǎn)換器、電流信號驅(qū)動器及接地等電位連接等系統(tǒng)單元。2011年6月25日凌晨1時20分電一、電二槽控機遭受雷擊，雷擊造成電一7、8區(qū)，電二3、4、5、6、7、8區(qū)通訊及單槽故障。

電一、電二雷擊損壞板件統(tǒng)計：主顯板 19塊、VFC板13塊、智能通訊板7塊、中繼器2個、CPU板 1塊、電源塊 1塊、重復器 1塊，造成了槽控機大量內(nèi)部板件損壞，難以在短時間內(nèi)全部修復，對維修及庫存?zhèn)浼斐珊艽髩毫?，對生產(chǎn)也造成了影響。實例說明過電壓保護關系到鋁電解生產(chǎn)控制系統(tǒng)能否正常安全運行，所以有必要對鋁電解生產(chǎn)控制系統(tǒng)采取過電壓保護。

二、過電壓入侵鋁電解槽生產(chǎn)控制系統(tǒng)分析

過電壓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，地電位反擊等幾種途徑。

1、過電壓的產(chǎn)生

1.1直擊雷，直擊雷蘊含極大的能量，電壓峰值可達5000KV，電流峰值一般在100KA以下，具有極大的破壞力。如電解廠房直接被雷電擊中，巨大的雷電流沿引下線入地，會造成以下三種影響：a：巨大的雷電流在數(shù)微秒時間內(nèi)流入地下，使地電位迅速抬高，造成反擊事故，危害人身和槽控機設備安全。b：雷電流產(chǎn)生強大的電磁波，在電源線和信號線上感應極高的脈沖電壓。c：雷電流流經(jīng)槽控機等電氣設備，會產(chǎn)生極高的熱量，誘發(fā)火災或爆炸事故。

1.2感應雷，遠處的雷電活動以及云層之間的頻繁放電，產(chǎn)生強大的電磁波，在電源線和信號線上感應極高的過電壓，峰值可達50KV，同樣對槽控機設備有損壞能力。

1.3開關過電壓，供電系統(tǒng)中的電感性和電容性負載啟動或斷開、電源線路短路等，都能在電源線路上產(chǎn)生高壓脈沖，其脈沖電壓可達到線電壓的數(shù)倍，從而損壞電解槽的電氣設備。

2、過電壓對槽控機設備的危害

2.1損壞槽控機內(nèi)元器件，a：過高的電壓使槽控機器件內(nèi)部過熱或擊穿半導體結（PN節(jié)），造成器件的永久性損壞。b：較低而更為頻繁的過電壓沖擊雖在槽控機元器件的耐壓范圍之內(nèi)，但易使器件加速老化，工作壽命大為縮短。C：電能轉(zhuǎn)化為熱能，毀壞觸點、印刷電路板，甚至造成火災。

2.2破壞數(shù)據(jù)文件及設備誤動作，a：過電壓造成槽控機通訊傳輸和存儲的數(shù)據(jù)受到干擾或丟失，信息控制網(wǎng)絡不穩(wěn)定。B： 過電壓使槽控機設備誤動作、死機，甚至系統(tǒng)癱瘓。

因此，應該根據(jù)實際情況具體分析，采取相應的防過電壓保護措施，確保電解槽生產(chǎn)控制系統(tǒng)安全、穩(wěn)定地工作。

三、鋁電解槽生產(chǎn)控制系統(tǒng)過電壓保護措施

（一）依據(jù)GB50343-2004《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范》5.4.2條、GA371-2001《計算機信息系統(tǒng)實體安全技術要求》第5.4.3規(guī)定：電源進線、信號傳輸線在進入計算機信息系統(tǒng)設備時必須安裝電涌、信號保護器（防雷器）；第5.4.7條：“信號線上安裝的電涌保護器，其通流容量、插入損耗、駐波、頻率、帶寬等參數(shù)應符合信息系統(tǒng)的匹配要求”。對焦作萬方鋁電解槽生產(chǎn)控制系統(tǒng)進行過電壓保護，具體措施主要采用分流、屏蔽、等電位連接和過電壓保護。

1、分流，利用電解廠房周圍避雷針、避雷帶和避雷網(wǎng)等將雷電流沿引下線安全地流入大地，防止雷電直接擊在電解廠房和槽控機設備上。

2、屏蔽，鋁電解自動化生產(chǎn)控制系統(tǒng)所有的金屬導線，包括電力電纜、通信電纜和信號線均采用屏蔽線或穿金屬管屏蔽，利用建筑物鋼筋網(wǎng)和其他金屬材料，使機房形成一個屏蔽罩。用以防止外來電磁波（含雷電的電磁波和靜電感應）在線路上感應過電壓。

3、等電位連接，等電位是用連接導線或過電壓保護器將處在需要防雷的空間內(nèi)的防雷裝置、建筑物的金屬構架、金屬裝置、外來的導體物、電氣和電訊裝置等連接起來。

4、過電壓保護，在直流母線、槽控機設備的信號線、電源線上安裝相應的過電壓保護器，將線路上過高的脈沖電壓濾除，保護設備不被過電壓破壞。

（二）實施方案，某鋁業(yè)公司針對電解槽生產(chǎn)控制系統(tǒng)運行環(huán)境及現(xiàn)狀進行防雷措施，防雷器選用德國OBO系列防雷產(chǎn)品。

1、直流母線過電壓防護，在每個電解分廠直流母線的正極安裝1套德國OBO直流電源防雷器；

2、計算機站雷電防護，按照標準規(guī)定計算機站供電系統(tǒng)需要進行三級電源保護，即在計算機站總電源柜實行電源第一級防雷保護，計算機站分配箱/柜實行電源第二級防雷保護，終端設備實行電源第三級防雷保護。同時計算機站從室外引入的以太網(wǎng)信號線和電流分配箱 （系列電流、電壓信號線：4—20mA）也加裝相應的防雷器綜合保護。

3、隔離變電源雷電防護，按照標準規(guī)定供電系統(tǒng)需要進行三級電源保護，即在隔離變電源柜實行電源第一、二級綜合防雷保護，槽控機邏輯電源實行電源第三級防雷保護，每個工區(qū)光纖箱電源處和第一臺、末臺槽控機處安裝電源防雷器。

4、槽控機雷電防護，每臺槽控機的電流信號線、通信信號線端需要分別安裝相應的防雷器進行防雷保護。即每一臺槽控機通訊CAN-H/CAN-L與地之間、電流IP+/IP-與地之間加裝OBO ASP-V11E1/4防雷器，并且在通訊線路中各加裝四個RS485 rep-2兩通道rs485隔離中繼/轉(zhuǎn)換器，在線路中起到隔離、加強信號的作用。

5、貫通地線、接地與等電位連接處理，計算機站和電解廠房均有接地體，接地阻值小于4歐姆，可以滿足防雷器接地要求，計算機站大樓有良好接地系統(tǒng)，將接地線分別引到各用電設備端和防雷器接地端。電解分廠廠房側(cè)面均有接地引線端，采用鍍鋅扁鋼將各個接地引線端良好連接后形成一個貫通地線，固定在電解廠房槽控機一側(cè)的外側(cè)，再從貫通地線引BV10mm2多股銅線到每個槽控機下方的接地匯流銅排上，防雷器接地線和信號屏蔽線接地線采用BV2.5-6mm2銅線均與接地排良好連接。

四、改造效果

某鋁業(yè)公司對鋁電解槽生產(chǎn)控制系統(tǒng)進行過電壓保護改造后，未在發(fā)生電解槽生產(chǎn)控制系統(tǒng)遭受過電壓的侵害，避免了因槽控機受過電壓損壞，而影響電解系列的正常生產(chǎn)。

參考文獻：

[1]GB50343-2004《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范》

[2]GA371-2001《計算機信息系統(tǒng)實體安全技術要求》