青銅峽鋁業(yè)股份有限公司寧東鋁業(yè)分公司 趙 祥

現階段，國內電解鋁項目普遍表現出了電壓等級高、產能及規(guī)模較大的特點，要想使電解鋁的優(yōu)勢得到充分發(fā)揮，關鍵是要對其進行整流供電。事實證明，對維護難度低、質量良好的綜自系統(tǒng)加以運用，不僅能夠降低電解鋁因故停運的概率，還可使其生產效能得到顯著提升，引入綜自系統(tǒng)勢在必行。

1 項目概況

2008年，寧東鋁業(yè)分公司展開了對整流一所供電系列進行建設的工作，項目于2009年竣工并正式投運。該項目所包含設備的種類較多，主要有整流機組、分配電室和動力變，數量分別為7臺、6個以及2臺。2011年，整流二所供電系列正式投運，該項目的建設重點為整流變，通過新增6臺整流變的方式，使供電系列整體性能變得更加理想。上述供電系列均搭載330kV進線，兩條進線由徐家莊變電站提供，另外兩條進線則由臨河電廠提供，站內母線所采取供電模式為雙分段、雙母供電。供電車間動力變壓器容量為50000kVA，由新疆變壓器廠提供，隨著動力變壓器的加入，進線所提供電能由最初的330kV降為10kV，通過總配電室進行輸送，確保各分配電室均能夠獲得運行所需電能。

350kA直流供電配有7套整流設備，每套包括1臺變壓器組、2臺整流器，其中變壓器組的規(guī)格為117000kVA。400kA直流供電則配有6套整流設備，對應變壓器組的規(guī)格為136200kVA。350kA的7號機組為共用機組，一般情況下，該機組均依托350kA系統(tǒng)進行運行，若400kA所配置機組故障不能立即處理或檢修機組不能立即恢復，在確保350kA 7臺整流機組運行的情況下，則需要將該機組轉入400kA系統(tǒng)，但要注意一點，即該機組不參與穩(wěn)流控制工作[1]。

2 電解鋁整流供電問題

2.1 二次線有待優(yōu)化

電解鋁整流供電的電壓較高，仍沿用以多股銅線為代表的常規(guī)二次線，考慮到二次小線所具有性能往往會給整流柜運行產生較大影響，存在難以保證系統(tǒng)運行穩(wěn)定且可靠[2]。

2.2 保護設計效果仍有改進空間

要想使保護效果更加理想，通常需要做到三管齊下，具體做法如下：一是新增逆流保護專業(yè)設備，當某臺整流機組短路故障，其他機組通過直流大母線向故障機組短路點反向輸入大電流，可以防止其他機組因短路造成設備損壞，同時對設備所處運行狀態(tài)進行測試。另外，出于對變壓器所具有靈敏度提供保護的考慮，還應新增對反向限過流進行保護的裝置，使保護效果最大限度接近預期。二是對離極保護裝置進行安裝，通過及時切斷開關的方式，對事故影響范圍加以控制，降低電解槽爆炸的概率，同時避免整流柜元件受損。與此同時，還應增設相應的總停開關，以便于工作人員手動切換電源啟閉狀態(tài)，避免事態(tài)進一步惡化。三是給予弧光保護充分的重視，借助電流閉鎖削弱電流所形成磁場給保護程序所造成不良影響，為系統(tǒng)所具有可靠性及穩(wěn)定性提供保證。

3 綜合自動化系統(tǒng)的應用策略

3.1 系統(tǒng)概述

3.1.1 供電系統(tǒng)

電解鋁供電的作用主要是為電解系統(tǒng)提供其正常運行所需的電能，常見供電方式如下：基于三相硅整流裝置、有載變壓器對交流電進行轉換，使其成為電解所需直流電[3]。該系統(tǒng)通常需要配備開關、變壓器和硅整流裝置等設備，其中整流器還配有自控系統(tǒng)，可通過細調飽和電阻器與粗調有載開關相結合的方式，使直流電流更加穩(wěn)定。

3.1.2 綜自系統(tǒng)

寧東鋁業(yè)分公司供電車間綜自系統(tǒng)，其定位是以計算機技術和現代網絡為基礎的、兼具多種功能的自動組態(tài)軟件。其中，PecStar軟件主要負責為市政建設、工業(yè)企業(yè)、商業(yè)用戶和電力系統(tǒng)提供所需服務，確保建筑電氣、電能得到有效管理?，F階段，該軟件已在電力系統(tǒng)和市政建設等領域得到了廣泛運用，基于該軟件所衍生出的生產自動管理、工業(yè)電能管理等系統(tǒng)，均為社會的發(fā)展貢獻了力量。由此可見，綜自系統(tǒng)的特點在于其充分運用了現有的計算機及網絡技術，強調以自控技術為前提，以監(jiān)控、保護裝置為基礎，憑借集中組屏、分散安裝對數據進行采集并管理，這里需要注意一點，該系統(tǒng)所搭載網絡通信和微機均為模塊化結構。詳細配置見圖1。

圖1 綜自系統(tǒng)配置圖

3.2 應用方案

綜自系統(tǒng)所搭載結構類型主要分為兩種，分別是網絡型、分散式，其中網絡型的特點是以分散綜自結構為基礎，利用現有通信模式及網絡技術對過程層、間隔層進行優(yōu)化，使過程層所涵蓋智能設備成為網絡主要組成部分。而分散式監(jiān)控的對象通常以整流所、變電站電氣間隔為主?，F階段，電解鋁領域所用綜自系統(tǒng)多為分散式結構，系統(tǒng)往往配有兩臺性能完全相同的監(jiān)控機，同時保證各主機獨立運行，這樣設計的目的是確保即使某臺監(jiān)控機出現故障，另一臺監(jiān)控機同樣能夠承擔起相應的責任，保證系統(tǒng)平穩(wěn)且高效地運行。系統(tǒng)間隔層采用單元配置模式，保護單元及測控單元分別經由對應通道與主站層相連，通訊所用介質以光纖為主，同時借助PLC對監(jiān)控機加以控制，確保系統(tǒng)能夠高效完成實時監(jiān)控、采集數據等工作。另外，相關人員還根據現有監(jiān)控主站所具有功能，對相應的工程師站進行了配置。

3.3 系統(tǒng)配置

戶內配電裝置所搭配供電系統(tǒng)為雙母線系統(tǒng)，該系統(tǒng)設有兩回進線，兩組互感器，一個母聯。同時，兩回進線分別配有相應的互感器，配電裝置所設置間隔的數量較多，在配電裝置所對應間隔內安裝保護單元。另外，出于增強系統(tǒng)所具有可靠性及穩(wěn)定性以及降低日后電氣維護難度的考慮，相關人員選擇將單個間隔作為主體，對相應的監(jiān)控進行設置，杜絕多個間隔接入相同保護單元的情況發(fā)生。保護單元所采取核心技術為交流采樣，其特點在于可快速完成測量以及計量電參數的工作，同時新增錄波、分析高次諧波等功能[4]。

3.3.1 網絡結構

該系統(tǒng)配有雙通信網及雙微機，此舉在一定程度上增強了系統(tǒng)所具有的可用性、可靠性。對系統(tǒng)結構進行分析不難看出，各個監(jiān)控裝置及保護裝置均能夠憑借通信網絡連接微機，而對監(jiān)控微機進行雙冗余設計的初衷，主要是將通路故障給系統(tǒng)運行所造成不良影響降至最低。考慮到兩臺微機啟動條件、功能完全一致，在對其加以應用時，工作人員可通過發(fā)布不同操作口令的方式，使二者所存在差別得到體現。事實證明，雙機獨立運行的優(yōu)點主要是任一微機既能夠承擔起全部的工作，同時二者互為備用，系統(tǒng)所具有可靠性自然能夠得到大幅提高。

3.3.2 軟件配置

綜自系統(tǒng)所選用監(jiān)控軟件具有容量大、兼容性良好的特點，將其與整流供電相結合，可使該軟件的優(yōu)勢得到更加充分的發(fā)揮。其特點主要體現在以下幾方面：一是安全性。該軟件可做到長期穩(wěn)定運行，確保數據一致且不存在遺漏，將誤操作和人為失誤出現的概率降至最低。現階段，搭載該軟件的綜自系統(tǒng)已正式投運，且未發(fā)生系統(tǒng)崩潰、微機死機等問題。二是實時性。該軟件從接收指令到給出響應的時間極短，在實時性方面具有突出表現。三是開放性。該軟件既能夠和其他系統(tǒng)進行無縫連接，同時還可以和監(jiān)控中心或調度中心互聯。四是友好性。軟件交互界面直觀且簡潔，在一定程度上降低了用戶的使用難度。五是完備性。該軟件既保留了監(jiān)控軟件的基本功能，同時又新增了防誤操作、分時計費還有分析電能質量等多項功能，無論是在運行管理，還是在內部審核方面，均具有極為重要的作用。

3.3.3 硬件配置

在硬件配置方面，該系統(tǒng)同樣對冗余技術進行了應用，旨在通過打造雙服務器的方式，為自身穩(wěn)定且可靠的運行奠定基礎。兩臺服務器互為備用，除特殊情況外，信息處理工作均交由主服務器負責，另一臺服務器則需要密切關注主服務器運行情況，并根據主服務器情況對自身所存儲數據進行自動更新。若主服務器因故停止運行，另一臺服務器需要承擔起信息處理的任務。

3.4 系統(tǒng)功能

3.4.1 采集數據

采集各設備、各回路溫度、諧波及其他相關數據?；赑LC對整流系列各項數據進行采集，包括但不限于冷卻器狀態(tài)、偏移/直流電流。采集隔離刀閘和開關的狀態(tài)量，調壓開關所處位置以及接點狀態(tài)還有保護信號，提供CAD圖，如實記錄設備狀態(tài)和變化趨勢。

3.4.2 設置定值

實時顯示現有機組對應偏移繞組電流以及控制繞組電流?？刂普鳈C組、直流電流，同時對溫流參數進行設定。對于單機組，可通過細調電流的方式，將其給直流總電流所造成不良影響降至最低。對保護定值進行設置，實時跟進保護的退出與投入情況，通過上位機加以展示。

3.4.3 事故報警

按照事故發(fā)生順序進行記錄（可精確到1ms），針對開關量變化發(fā)布預警并進行報警，啟動針對報警事件的追憶、錄波。根據上位機情況設定限值，在上位機達到限值的第一時間報警，按照類別對報警時間還有事件性質進行準確記錄。記錄系統(tǒng)設置人為操作、已發(fā)生的通信故障、保護動作、測量諧波，同時對是否存在越限情況進行監(jiān)視。

3.4.4 四遙遠動

綜自系統(tǒng)具有微機測控、遠動保護等多項功能，可通過四遙的方式，有序開展采集并分析數據、微機保護、安全監(jiān)視等工作。事實證明，對該系統(tǒng)加以運用，一方面可使電解鋁整流供電所具有自控水平得到顯著提高，另一方面能夠減少工作量，通過全過程管理的方式，為供電系統(tǒng)可靠性及安全性提供保證，將人為事故發(fā)生的概率降至最低。

3.4.5 統(tǒng)計分析

提供數據計算所需工具，對采集所得電量數據進行實時記錄并分類保存。以年/月/日/時為單位，對電能進行統(tǒng)計。以用戶所提供報表為依據，對全新報表進行生成，可保留兩年的歷史數據，供工作人員查詢或使用。記錄每日有載分接開關的啟閉頻次、歷史啟閉頻次，同時對斷路器的啟閉頻次進行準確記錄，分時計費。用戶以自身情況為依據，對最小/最大值進行定義，同時對電壓的負荷率以及合格率進行統(tǒng)計，打印全部畫面。

3.5 整流機組保護

3.5.1 概述

供電車間一所內共有7臺整流機組，均配有SEL+西門子的雙套保護裝置。整變設過電流保護、過負荷保護及電流速斷保護，配置1臺SEL-501-2和兩臺西門子7SJ600；調變設變壓器零序保護、電流速斷保護及電壓閉鎖保護，配置1臺SEL-351A和1臺西門子7SJ681。

3.5.2 SEL裝置

該裝置由過流繼電器負責提供保護功能，各組保護均有輸入/輸入光電隔離的接點對應。

3.5.3 西門子裝置

本項目所使用西門子裝置多被用于對電動機、配電系統(tǒng)進行保護，此外還可被用來對變壓器進行后備保護。

3.6 弧光保護

3.6.1 系統(tǒng)概述

弧光保護裝置可被用來對整流柜進行保護，本項目所選用弧光保護裝置可被拆分成弧光保護單元和繼電器，各機組均配有1臺繼電器、3臺保護單元，連接6根單模光纖，任一光纖均能夠為整流柜的4個臂提供保護。保護單元負責將檢測所得光信號向電信號進行轉換，再將電信號上傳至對應繼電器，隨后由繼電器負責對跳閘信號進行上傳。

3.6.2 跳閘說明

在出現弧光故障且總控柜各組跳閘柜的鑰匙均位于ON位時，機組跳閘。若有任一機組鑰匙處于OFF位，則只有該機組正常運行，其余鑰匙處于ON位的機組跳閘。

3.7 應用效果

本文所討論綜自系統(tǒng)以現有通信技術、計算機技術為基礎，將變電站常規(guī)二次設備模式打破，搭載間隔設備均為保護單元，強調根據保護對象實際情況，對相關設備進行分散安裝，并借助光纖對通信網絡進行建立，真正做到了間隔、計算機信息實時共享?，F階段，該系統(tǒng)已正式投運并取得了突出的成績，未來應加大對該系統(tǒng)推廣的力度，由此來為國內電解鋁的發(fā)展助力。

4 結論

事實證明，相較于常規(guī)的監(jiān)控系統(tǒng)，綜自系統(tǒng)的優(yōu)點主要體現在以下幾方面：一是通過控制二次電纜使用量的方式，減少系統(tǒng)占地面積，同時使造價更符合客戶預期。二是利用現有抗干擾措施對間隔設備進行優(yōu)化，用光纖取代原有通訊媒介，使系統(tǒng)對電磁干擾所具有抵抗能力得到顯著增強，即使長期處于環(huán)境較為惡劣的電解鋁廠內，系統(tǒng)仍然能夠做到穩(wěn)定運行。