摘 要：介紹了蘭州鋁業(yè)有限公司200 kA電解系列整流機組的不停電技術(shù)改造方案及其特點，闡述了改造后的效果，可為同類型電解整流機組局部和整體改造提供參考。

關(guān)鍵詞：200 kA電解整流機組;不停電;技術(shù)改造

0? ? 引言

蘭州鋁業(yè)有限公司200 kA電解系列共配建4臺ZHSFPTB-96100/220型整流機組。受當時設(shè)計理念、裝備制造水平及投資等所限，該機組配置相對保守，整流元件等關(guān)鍵零部件老化，整流效率低下，穩(wěn)流效果較差。整流機組投產(chǎn)近20年，設(shè)備自身存在的問題和弊端逐步顯現(xiàn)，且有加劇和擴大的趨勢：

（1）整流變壓器調(diào)變中性點絕緣不符合設(shè)計規(guī)范，內(nèi)部過熱，主變與電抗器軟連接存在設(shè)計缺陷且過熱;

（2）整流柜內(nèi)部短路故障時有發(fā)生;

（3）直流刀開關(guān)長期超溫運行。

至2019年共發(fā)生1次整流變壓器繞組燒毀返廠維修事件，3次以上因整流元件擊穿致整流柜爆炸造成系列停電的嚴重事故。因此，我司于2019年12月—2020年4月對機組進行了整體技術(shù)改造。

1? ? 改造方案及其特點

為保證200 kA電解系列能正常連續(xù)生產(chǎn)，必須在電解系列不停電的條件下完成全部改造工作，存在技術(shù)復雜、安全風險大、工期緊張、施工組織復雜等問題。

1.1? ? 設(shè)備基礎(chǔ)砼改鋼

整流柜基礎(chǔ)采用預制鋼結(jié)構(gòu)整體加固砼結(jié)構(gòu)。場外預制鋼結(jié)構(gòu)在整流柜拆除后整體拼裝。濾波補償、油風冷設(shè)備基礎(chǔ)采取混凝土基底與鋼結(jié)構(gòu)基準面組合體，對基底使用的少量混凝土添加早強劑并采取電加熱保溫措施，促進低溫條件下水泥水化和強度發(fā)展，從而節(jié)省混凝土支模、澆筑、振搗、養(yǎng)護、二次灌漿找平等工序所需時間，避免細砂漿與基底結(jié)合不牢造成強度下降和坍塌，保證基礎(chǔ)的整體強度和基準精度，為后期設(shè)備安裝創(chuàng)造有利條件。

1.2? ? 梁柱加固方案優(yōu)化

由于改造施工在電解系列不停電條件下實施，相鄰的兩側(cè)設(shè)備帶電，5.5 m母線支吊鋼梁的梁柱加固方案實施難度較大，且耗時較長。結(jié)合現(xiàn)場勘察計算，采用預制牛腿鋼結(jié)構(gòu)支撐取代混凝土立柱與墻面穿孔固定，減少整流室內(nèi)土建作業(yè)，降低在帶電設(shè)備鄰近施工的風險，同時也節(jié)省了混凝土立柱現(xiàn)筑和墻面打孔的時間。鋼結(jié)構(gòu)場外預制，將施工由串行轉(zhuǎn)化為并行，加快施工進度。梁柱加固方案如圖1所示。

1.3? ? 防火墻等結(jié)構(gòu)優(yōu)化

將補償室與變壓器之間的防火隔墻由原設(shè)計磚墻變更為鋼骨架雙面封防火板，降低了高空臨邊作業(yè)的難度和安全風險，省去了腳手架搭設(shè)的工序和時間，為變壓器安裝作業(yè)節(jié)省了空間和時間;加寬加固閥側(cè)母線洞口，提高結(jié)構(gòu)強度的同時，增大絕緣間距，降低安全風險。

1.4? ? 等電位作業(yè)

直流刀開關(guān)的拆除更換采用等電位作業(yè)。使用絕緣隔板將匯流母線、分支母線、臨時作業(yè)平臺與構(gòu)筑物、墻體、地面之間進行隔離，作業(yè)人員著防護服與絕緣手套并攜帶絕緣工具在作業(yè)平臺上實施帶電拆、裝作業(yè)。拆除匯流母線側(cè)的直流刀連接銅排，將匯流母線與改造機組進行絕緣隔離。直流刀更換改造完畢，再逆序進行安裝，采用螺栓固定方式將專用連接銅排并入?yún)R流母線。

1.5? ? 穩(wěn)流與綜自系統(tǒng)在線割接

對穩(wěn)流、綜自系統(tǒng)進行同步改造時，提前對新系統(tǒng)進行測試和排錯，并進行多次仿真試運。在設(shè)備拆除、安裝及調(diào)試過程中，穩(wěn)流、綜自系統(tǒng)先行，采取數(shù)據(jù)封鎖、解除總調(diào)、手動開環(huán)調(diào)節(jié)、新舊系統(tǒng)并列運行的在線割接方案，最大限度保證穩(wěn)流、綜自系統(tǒng)逐臺機組平滑、無擾過渡到新系統(tǒng)。在4臺機組均已接入后，再對公用部分進行整體調(diào)試，避免通信和信號中斷造成穩(wěn)流總調(diào)解列，穩(wěn)流紊亂，直流電壓、電流波動，影響電解生產(chǎn)。

1.6? ? 繼電保護及二次回路帶電接入

制訂嚴格的繼電保護施工策略和措施，系統(tǒng)性完整排查全站繼電保護及二次接線，嚴密確定拆、接線順序。將保護投退與機組改造的節(jié)點緊密結(jié)合，嚴絲合縫，確保運行設(shè)備有保護、停電設(shè)備硬隔離、公用系統(tǒng)及保護公用部分退出時間最短，確保施工過程中220 kV進線、母線、母聯(lián)、母線PT以及其余機組電氣設(shè)備的安全。

1.7? ? 總直流互感器換型

將總直流互感器更換為光纖電流傳感器，消除原霍爾檢測式電流傳感器絕緣等級低、易受磁場干擾、磁飽和導致線性度差和偏差增大的缺點。光纖電流傳感器具有絕緣性能良好、測量精度高、抗干擾能力強、動態(tài)測量范圍大、頻帶寬的優(yōu)點，同時由于其體積小、重量輕，檢修維護方便，適應(yīng)了電力保護和計量數(shù)字化、智能化以及光通信的發(fā)展趨勢。

1.8? ? 施工組織

為了更好地組織施工，將改造工作按照互不影響、相對獨立的原則分解為表1所示子項，從時間和空間上進行統(tǒng)籌，以達到并行施工、節(jié)點匯流、協(xié)調(diào)一致的目的，提高整體效率。

2? ? 改造后的效果

200 kA整流機組改造項目的成功實施，徹底解決了整流供電設(shè)備老化、運行風險高的問題，為200 kA整流系統(tǒng)長周期安全平穩(wěn)供電奠定了堅實的基礎(chǔ)，同時具有較好的經(jīng)濟效益。

2.1? ? 經(jīng)濟效益

整流機組技術(shù)改造項目投運后，對其運行數(shù)據(jù)連續(xù)監(jiān)測，根據(jù)交流進線電能表和總直流互感器的計量、測量數(shù)據(jù)測算，整流效率由2019年的96.90%（年均值）提高到最高98.55%。200 kA電解系列2019年直流電量16.77億kWh，交流電量17.30億kWh。參考以上數(shù)值進行測算：按照整流效率最高提升1.65%，折算至全年的交流電量為17.01億kWh，每年可節(jié)電0.29億kWh。按結(jié)算電價0.381元/kWh估算，每年可節(jié)約電費約1 104萬元。

穩(wěn)流系統(tǒng)經(jīng)過改造，采用數(shù)字調(diào)節(jié)技術(shù)，使穩(wěn)流調(diào)節(jié)性能提高，響應(yīng)速度、調(diào)節(jié)精度、電能質(zhì)量均有改善，對電解效率的提高和產(chǎn)品質(zhì)量的改善均有較大價值，產(chǎn)生的經(jīng)濟效益通過長期的累積得以顯現(xiàn)。

2.2? ? 安全效益

通過改造，徹底解決了原整流機組存在的問題，消除了設(shè)備運行和人身安全方面的重大隱患。其中：

（1）調(diào)壓變壓器中性點對地絕緣提高到110 kV，變壓器運行安全可靠性提高。

（2）調(diào)壓整流變壓器整體更換和大修，對內(nèi)部絕緣構(gòu)件進行緊固，對絕緣材料進行更換和加強，整體性能提高。

（3）整流柜整體改造，整流器采用非同相逆并聯(lián)結(jié)構(gòu)，降低了整流器正負母排短路的安全風險。

（4）直流大電流刀開關(guān)整體改造，觸頭結(jié)構(gòu)優(yōu)化，接觸面增大，接觸電阻減小，溫升減小，安全性提高。

（5）整流變與飽和電抗器一體化，出線連接結(jié)構(gòu)整體優(yōu)化，解決了軟連接過熱問題;同時絕緣和密封性能提高，消除了短路和漏油導致的安全和環(huán)保風險。

（6）此次還對綜自、穩(wěn)流、保護裝置、濾波補償設(shè)備、調(diào)變中性點接地刀閘等進行了整體改造，并對220 kV架空線絕緣子等進行改造、更換、升級，消除了安全隱患，能夠確保整流機組長周期安全穩(wěn)定運行。

3? ? 結(jié)語

蘭州鋁業(yè)有限公司200 kA整流機組的技術(shù)改造，是在200 kA電解系列不停電的條件下施工，單臺機組改造施工時間最短壓縮至8天以內(nèi)，在此期間未發(fā)生一般及以上事故，未發(fā)生環(huán)境污染事件及影響社會穩(wěn)定事件。工程自檢合格率100%，優(yōu)良率65%，實現(xiàn)了預期的安全、工期、質(zhì)量目標。該項目的成功實施，對同類型電解整流機組的不停電局部和整體改造有一定的參考價值。

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收稿日期：2021-02-03

作者簡介：劉勝祥（1973—），男，遼寧寬甸人，工程師，研究方向：電氣管理。