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計規(guī)范，內(nèi)部過熱，主變與電抗器軟連接存在設計缺陷且過熱;

（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? ? 設備基礎砼改鋼

整流柜基礎采用預制鋼結(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、油風冷設備基礎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，保證基礎的整體強度和基準精度，為后期設備安裝創(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，確保運行設備有保護、停電設備硬隔離、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，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。