劉宏，龐智強(qiáng)，賈培偉

(新疆華泰重化工有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830019)

新疆華泰重化工有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱“華泰重化工”)擁有50萬(wàn)t/a離子膜燒堿規(guī)模，二期30萬(wàn)t/a離子膜燒堿于2010 年10月建成投產(chǎn)。二期離子膜燒堿生產(chǎn)裝置采用藍(lán)星(北京)化工機(jī)械有限公司NBZ-2.7自然循環(huán)膜極距電解槽，單臺(tái)生產(chǎn)能力2.5萬(wàn)t/a,共有150個(gè)單元槽，設(shè)計(jì)電流14.85 kA，運(yùn)行電流13.5 kA。

離子膜整流裝置的進(jìn)線電壓選擇35 kV，選用35 kV整流變壓器，采用“一拖二”并聯(lián)運(yùn)行方式，由1臺(tái)整流變壓器帶2臺(tái)整流柜及2臺(tái)離子膜電解槽組成。共有16臺(tái)膜極距離子膜電解槽。

整流變壓器共8臺(tái)，整流變壓器型號(hào)為 ZHSFPT-16700 /35，主變兩側(cè)下部出線，所帶負(fù)載為并聯(lián)關(guān)系，主變散熱系統(tǒng)采用強(qiáng)油風(fēng)冷方式。主變調(diào)壓范圍70%～105%，有載開(kāi)關(guān)選用27級(jí)等差調(diào)壓，根據(jù)運(yùn)行情況可通過(guò)整流控制系統(tǒng)升降變壓器擋位，將控制角控制在最佳狀態(tài)，即5°～15°之間，可有效提高整流設(shè)備功率因數(shù)，降低整流設(shè)備的無(wú)功損耗。

1 整流變壓器參數(shù)的控制

整流變壓器的油冷卻器采用強(qiáng)油風(fēng)冷卻，分別由3組油泵和3組散熱器帶風(fēng)機(jī)組成。

油溫實(shí)現(xiàn)DCS實(shí)時(shí)監(jiān)控，油溫指示控制器為BWY-804型系列溫度指示控制器，其用于測(cè)量和控制大型變壓器的油溫，并且附帶有溫度指示儀，可通過(guò)遠(yuǎn)傳信號(hào)將溫度指示遠(yuǎn)傳至 DCS控制中心，在控制中心計(jì)算機(jī)界面顯示變壓器油溫，這樣可以做到實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)變壓器油溫作出適時(shí)調(diào)整。

為確保油風(fēng)冷卻器運(yùn)行良好，變壓器油溫是通過(guò)強(qiáng)制油循環(huán)風(fēng)冷冷卻，每組油冷都有1個(gè)強(qiáng)制循環(huán)泵來(lái)保證油量循環(huán)。 在夏季高溫天氣時(shí)，3組油風(fēng)冷卻器全開(kāi)時(shí)，變壓器油溫高達(dá)65 ℃，因此，在進(jìn)入高溫天氣時(shí)務(wù)必確保油風(fēng)冷卻器3個(gè)循環(huán)泵及管件密封處于優(yōu)良的運(yùn)行狀態(tài)。在冬季，3個(gè)循環(huán)泵開(kāi)2備1，即可滿足冷卻要求。

整流變壓器有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)設(shè)有自動(dòng)和手動(dòng)兩種調(diào)壓方式。

(1)自動(dòng)調(diào)壓方式。整流變壓器有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)與整流器控制角α聯(lián)動(dòng)調(diào)擋，控制角α設(shè)定范圍為5°～25°。當(dāng)控制角α超出上述范圍后，控制器發(fā)出調(diào)擋請(qǐng)求，自動(dòng)聯(lián)動(dòng)有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)進(jìn)行調(diào)擋。整流變壓器為一機(jī)二槽方式運(yùn)行，1臺(tái)整流器控制角α達(dá)到設(shè)定值范圍，控制器發(fā)出調(diào)擋請(qǐng)求，自動(dòng)聯(lián)動(dòng)有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)進(jìn)行調(diào)擋。在實(shí)際運(yùn)行中控制角α低于5°容易造成電流波動(dòng)，所以只要1臺(tái)整流控制系統(tǒng)控制角α低于5°就必須升擋，提高閥側(cè)電壓，增大控制角α，保障電槽設(shè)備電流穩(wěn)定。反之,當(dāng)整流設(shè)備控制角α高于25°時(shí)必須是兩臺(tái)同時(shí)滿足條件，才可以進(jìn)行降壓動(dòng)作，原因是兩臺(tái)整流設(shè)備α控制角大，不會(huì)造成電流波動(dòng)，不影響設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，其中還有升降電流造成的兩臺(tái)設(shè)備控制角α不同，電槽新舊程度等原因都會(huì)造成相同設(shè)備、相同負(fù)荷但是控制角不同的差別。

(2)手動(dòng)調(diào)壓方式。當(dāng)控制角α(5°≤α≤25°)超過(guò)設(shè)定值范圍上限或下限時(shí)，控制器即發(fā)出調(diào)擋請(qǐng)求。操作人員可在上位機(jī)或本控機(jī)上在手動(dòng)方式下對(duì)整流變壓器有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)擋位進(jìn)行升/降擋操作。

正常運(yùn)行狀況下，整流變壓器有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)應(yīng)設(shè)置在“手動(dòng)方式”調(diào)節(jié)，一般不設(shè)置“自動(dòng)方式”調(diào)節(jié)。在升/降電流的過(guò)程中嚴(yán)禁調(diào)擋；在升電流前或降電流后可根據(jù)整流器α控制角的范圍進(jìn)行擋位的調(diào)節(jié)，以避免擋位調(diào)節(jié)過(guò)程中電流有過(guò)大的波動(dòng)，影響電解槽正常工作。

整流變壓器瓷瓶安裝在35 kV進(jìn)線端， 因此其日常維護(hù)非常重要。整流變壓器瓷瓶須定期清灰、清理油污，保持清潔。瓷瓶處的進(jìn)線電纜應(yīng)做好絕緣保護(hù)，防止瓷瓶處與銅排尖端放電、拉弧產(chǎn)生大電流而引起電纜發(fā)熱，導(dǎo)致相間或?qū)Φ亟^緣擊穿，造成保護(hù)動(dòng)作跳閘；并要嚴(yán)格控制電網(wǎng)諧波，防止運(yùn)行中產(chǎn)生過(guò)電壓、涌流而發(fā)生事故。

2012年11月19日16:30，3#整流變壓器35 kV側(cè)A相電纜頭接地，急停5#、6#離子膜電解槽。35 kV母線發(fā)生單相接地報(bào)警后，現(xiàn)場(chǎng)人員巡檢發(fā)現(xiàn)3#整流變壓器35 kV側(cè)A相電纜冒煙，電氣人員立即啟動(dòng)緊急停車停電應(yīng)急預(yù)案，急停5#、6#離子膜電解槽后，斷開(kāi)3#整流變壓器35 kV側(cè)電源，并做好停電、驗(yàn)電、掛接地線工作。在重新制作35 kV單芯電纜頭，進(jìn)行電纜耐壓試驗(yàn)后，送電恢復(fù)生產(chǎn)。

造成該次事故的原因如下。

(1)瓷瓶固定的導(dǎo)電桿與電纜連接處發(fā)熱，引起電纜發(fā)熱而破壞絕緣，造成35 kV母線發(fā)生單相接地報(bào)警。

(2)電纜頭安裝時(shí)天氣寒冷，電纜頭制作不嚴(yán)格，有絕緣損傷，當(dāng)通過(guò)大電流時(shí)，因發(fā)熱，絕緣繼續(xù)降低，直到被擊穿而對(duì)地短路。

(3)電網(wǎng)諧波過(guò)電壓、涌流對(duì)電力設(shè)備、電纜的絕緣薄弱部分更容易造成絕緣破壞。

(4)電纜終端處灰塵引起放電。

總之，整流變壓器在日常維護(hù)中，瓷瓶和電纜頭的清掃工作、電網(wǎng)諧波的控制對(duì)絕緣保護(hù)都很重要，可減少停電事故。

整流變壓器每年須更換1次有載開(kāi)關(guān)內(nèi)的變壓器油，做1次變壓器油色譜分析， 每3 年進(jìn)行1次有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)抽芯檢查[1]。

2 整流柜的運(yùn)行和參數(shù)控制

整流柜共有16 臺(tái)，輸出電壓為530 V，電流為16 200 A，冷卻方式為純水冷卻，連接方式為交流后下進(jìn)線、 直流側(cè)上出線。每個(gè)整流柜由2組三相全控橋整流電路構(gòu)成同相逆并聯(lián)連接，單機(jī)組6脈波整流。移相范圍為0°～150°，觸發(fā)脈沖輸出為雙窄脈沖。同步信號(hào)取自整流變壓器閥側(cè)，采用數(shù)字雙通道熱備用控制器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作通道和備用通道是否工作正常。

如果工作通道發(fā)生故障，自動(dòng)將備用通道切換為工作通道，并指示出故障通道。 整流柜運(yùn)行時(shí)易出現(xiàn)橋臂過(guò)熱、純水冷卻裝置冷卻水管路超溫及滲漏水等故障。

整流柜橋臂過(guò)熱檢測(cè)溫度為65 ℃ ，運(yùn)行中出現(xiàn)橋臂過(guò)熱報(bào)警時(shí)要針對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行處理。

(1)由于多臺(tái)整流柜共用 1 套純水冷卻裝置，柜內(nèi)冷卻支路較多， 每次檢修冷卻水路后， 大量空氣滯留在個(gè)別橋臂或水套冷卻支路內(nèi)，一旦進(jìn)入管路內(nèi)，就會(huì)造成水流不暢。當(dāng)橋臂溫度超過(guò)65 ℃ 時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)橋臂過(guò)熱報(bào)警。

處理辦法：適當(dāng)開(kāi)大整流柜的進(jìn)水閥門(mén)，增加整流柜的水流量及水壓，使堵塞的氣泡循環(huán)至純水冷卻裝置的水氣分離器后排出，正常后把該進(jìn)水閥門(mén)的開(kāi)度還原。

(2)長(zhǎng)期運(yùn)行中的整流柜出現(xiàn)橋臂過(guò)熱報(bào)警，多為電腐蝕或雜質(zhì)堵塞冷卻水路造成的。

處理辦法：根據(jù)報(bào)警指示和采用手持式紅外線溫度儀確定堵塞部位后，停運(yùn)整流設(shè)備，并進(jìn)行疏通。

(3)在夏季，當(dāng)整流柜運(yùn)行環(huán)境的氣溫較高且濕度較大時(shí)，如果冷卻水溫度低于結(jié)露溫度， 水蒸氣將在水套表面凝成水珠，使絕緣體表面的絕緣強(qiáng)度降低，導(dǎo)致橋臂上安裝的溫度繼電器誤動(dòng)作而發(fā)出報(bào)警。

處理辦法：當(dāng)整流柜橋臂、水套凝結(jié)大量水珠造成誤報(bào)警時(shí)，立即關(guān)閉純水冷卻裝置的循環(huán)水控制閥門(mén)，使整流柜冷卻水回水溫度升高至38 ℃左右；待凝結(jié)的水珠蒸發(fā)后，再將整流柜回水溫度調(diào)整至合適溫度。

整流柜回水溫度超過(guò) 45 ℃報(bào)警(回水溫度冬季一般控制在 20～25 ℃，夏季控制在38 ℃左右)。在巡檢時(shí)，一旦發(fā)現(xiàn)冷卻水回水溫度超過(guò)38 ℃，就須立即調(diào)整純水冷卻裝置的循環(huán)水控制閥門(mén)，將冷卻水降至合適溫度。

注意：調(diào)節(jié)時(shí)不要忽大忽小，要緩慢平穩(wěn)，以免影響冷卻水壓力；要注意循環(huán)水的壓力不要太大，以免循環(huán)水滲漏到主水(整流柜冷卻用純水稱為主水)內(nèi)，引起副水(冷卻純水的循環(huán)水稱為副水)壓力大于主水壓力，水質(zhì)下降。

整流柜冷卻水壓力要求整流柜冷卻水水壓低于0.06 MPa時(shí)，先發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

如果在設(shè)定的60 s內(nèi)沒(méi)能消除故障，則整流裝置雙通道計(jì)算機(jī)控制柜封鎖觸發(fā)脈沖，使整流柜直流輸出降到零，以保證晶閘管元件不會(huì)過(guò)溫?fù)p壞。

冷卻水壓力應(yīng)控制在0.15 MPa左右。 在巡檢過(guò)程中，一旦發(fā)現(xiàn)壓力有波動(dòng)，應(yīng)及時(shí)查找原因，消除故障；管路有滲漏時(shí)，應(yīng)及時(shí)修復(fù)； 有影響冷卻水壓力的作業(yè)活動(dòng)時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng)措施，防止因壓力降低而引起保護(hù)封鎖觸發(fā)脈沖，甚至跳閘停車。

3 整流裝置直流電流的控制[2]

(1)整流裝置的軟啟時(shí)間設(shè)置及輸出電流設(shè)置：輸出電流參數(shù)按工藝要求設(shè)置，要求每分鐘運(yùn)行500 A 電流。現(xiàn)設(shè)置輸出運(yùn)行電流為12 000 A ，需升/降500 A。點(diǎn)按輸出電流設(shè)置對(duì)話框，寫(xiě)入電流升/降累加或累減值為12 500 A 或11 500 A。寫(xiě)入電流值后按確定鍵，輸出電流返回值與設(shè)定值相符時(shí)，參數(shù)設(shè)置成功。

(2)自動(dòng)運(yùn)行方式下，操作人員可以修改“輸出電流設(shè)置”參數(shù)，可以根據(jù)“輸出電流返回”值判斷參數(shù)是否設(shè)置成功。

(3)自動(dòng)運(yùn)行方式下，操作人員可以修改“軟啟動(dòng)時(shí)間設(shè)置”參數(shù)，可以根據(jù)“軟啟動(dòng)時(shí)間返回”值判斷參數(shù)是否設(shè)置成功?！败泦?dòng)時(shí)間”是指輸出電流從 0 上升到額定直流輸出電流所花費(fèi)的時(shí)間，此參數(shù)決定了電流上升的速率。手動(dòng)運(yùn)行方式下，操作人員可以修改“控制角設(shè)置”參數(shù)，可以根據(jù)“控制角返回”值判斷參數(shù)是否設(shè)置成功，設(shè)備調(diào)試時(shí)使用此方式。

(4)直流輸出電流達(dá)到設(shè)定值后，可以通過(guò)增、減按鈕操作改變輸出電流。增減輸出操作在本質(zhì)上直接改變的是調(diào)節(jié)器的給定值，可在上位機(jī)上進(jìn)行。

4 整流控制柜的運(yùn)行和控制

整流控制柜共有16臺(tái)，采用雙通道計(jì)算機(jī)控制PLC監(jiān)視系統(tǒng)，由雙通道全數(shù)字調(diào)節(jié)觸發(fā)控制系統(tǒng)、觸摸屏及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信接口組成。

(1)出現(xiàn)報(bào)警信號(hào)的處理方法。當(dāng)出現(xiàn)報(bào)警信號(hào)時(shí)，要立即解除報(bào)警音響，并根據(jù)報(bào)警故障指示，迅速查找原因；消除故障后，再按“故障復(fù)位”按鈕。

(2)在正常運(yùn)行過(guò)程中，A、B通道不能切換，停機(jī)時(shí)應(yīng)及時(shí)檢修，確保互為備用。

(3)“電源缺相”故障處理。同步電源取至整流變閥側(cè)母排，經(jīng)同步變壓器變壓后送至觸發(fā)控制板。出現(xiàn)“電源缺相”報(bào)警時(shí)，要檢查整流變投運(yùn)情況，檢查同步變壓器二次側(cè)AT、BT、 CT 相電壓12 V時(shí)的運(yùn)行情況；如不正常，要更換同步變壓器。

(4)給定電流不能升降的情況?？赡苁遣僮髌髋c控制器通信故障，或是雙通道熱備用控制器故障。

5 純水裝置的日常維護(hù)

在整流柜日常運(yùn)行過(guò)程中，由于電流的熱效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生熱量，須對(duì)晶閘管等設(shè)備降溫，確保變流元件正常運(yùn)行。

(1)在循環(huán)過(guò)程中，在各種因素的影響下，水質(zhì)不斷下降，為此須設(shè)置離子交換器進(jìn)行水質(zhì)凈化，維持純水水質(zhì)。在日常維護(hù)過(guò)程中，須定期進(jìn)行水質(zhì)化驗(yàn)，以便及時(shí)處理水質(zhì)變差的高純水。

(2)由于橋臂母排及水套水閥內(nèi)徑較小，為防止長(zhǎng)期運(yùn)行中產(chǎn)生的電腐蝕堵塞冷卻管路，整流柜冷卻水水質(zhì)要求為：懸浮物質(zhì)量濃度不超過(guò)30 mg/L， pH 值為6～9， 硬度(以氧化鈣濃度計(jì))不超過(guò)4.28 mmol/L，進(jìn)口壓力不低于0.15 MPa，進(jìn)水溫度為5～30 ℃，電阻率大于1 MΩ·cm。在運(yùn)行期間，如果水質(zhì)不合格，須對(duì)整流柜的純水冷卻水進(jìn)行置換(平均每?jī)蓚€(gè)月置換 1 次)。每次在設(shè)備停運(yùn)檢修時(shí)，須徹底排空冷卻管路內(nèi)的純水后，再注入合格的純水以確保冷卻水水質(zhì)合格。

(3)泵采用雙泵組合設(shè)計(jì)，兩泵互為備用，可根據(jù)水壓自動(dòng)切換電路。如果工作泵發(fā)生故障，備用泵就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)工作，泵切換時(shí)間不大于0.5 s。換向閥自動(dòng)換向并發(fā)出信號(hào)，可不停機(jī)對(duì)故障泵進(jìn)行檢修。

(4)設(shè)計(jì)中采用自動(dòng)切換電路和自動(dòng)單流的指揮閥門(mén)，工作泵萬(wàn)一發(fā)生故障，工作電路立即轉(zhuǎn)換，備用泵同時(shí)投入運(yùn)行，單流閥自動(dòng)換向，無(wú)需操作閥門(mén)，水壓就可以瞬間恢復(fù)，且不停機(jī)對(duì)故障泵進(jìn)行檢修，保障了純水裝置工作的連續(xù)可靠性。

(5)在實(shí)際生產(chǎn)中，啟動(dòng)備用泵的條件為純水壓力低，無(wú)論工作泵狀態(tài)如何，都啟動(dòng)備用泵。應(yīng)該注意的是，工作泵和備用泵的電源應(yīng)為兩路不同的電源。

6 直流大電流測(cè)量?jī)x的運(yùn)行

電流傳感器采用16臺(tái)DC-CT霍爾直測(cè)式直流大電流傳感器，每臺(tái)整流單元配1套，最大測(cè)量電流為20 kA，輸出DC 4～20 mA、0～5 V信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)就地安裝無(wú)干擾，安裝方便，系統(tǒng)精確度為0.1%。傳感器具有正反測(cè)功能并帶有逆電流報(bào)警門(mén)限，完成電流測(cè)量、報(bào)警，可以輸出多種信號(hào)，提供RS-485 總線接口，方便連接計(jì)算機(jī)。電流測(cè)量?jī)x故障造成整流柜輸出直流電流波動(dòng)，可能導(dǎo)致整流柜實(shí)際輸出電流升高或降低而電流儀表顯示正常。

原因分析：大電流直流測(cè)量?jī)x電路板上精密電位器電阻使輸出的控制信號(hào)(0～5 V)比實(shí)際值發(fā)生漂移(降低或升高)，正常時(shí)系統(tǒng)在自動(dòng)穩(wěn)流狀態(tài)下工作。 直流反饋信號(hào)(假信號(hào))達(dá)到給定值，觸發(fā)控制器CPU調(diào)節(jié)運(yùn)算，對(duì)換相角α進(jìn)行調(diào)節(jié)。

處理方法：安裝備用的大電流測(cè)量?jī)x，拆下來(lái)的測(cè)量?jī)x回廠進(jìn)行維修校驗(yàn)。對(duì)直流大電流測(cè)量?jī)x附件箱作密封處理， 防止受到環(huán)境腐蝕而損壞。在運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)不明原因的直流電流升高或降低時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)檢查直流大電流測(cè)量?jī)x。

7 極化柜的運(yùn)行

正常開(kāi)車時(shí)，在直流電流達(dá)到3.0 kA后，自動(dòng)切出極化柜；當(dāng)停車和緊急停車時(shí)，直流電流降至2.7 kA后，立刻投入極化柜。為了保證在供電中斷時(shí)極化柜能立即有備用電源投入，利用另一路的10 kV保安供電電源，形成了可靠的雙電源線路，以保證供電不間斷。華泰重化工共有16臺(tái)極化柜，極化柜由整流主回路、控制穩(wěn)流電路、繼電保護(hù)電路、電流檢測(cè)及操作界面顯示，也可以采用PLC和DCS組成。開(kāi)機(jī)可手動(dòng)控制、自動(dòng)控制。額定輸出電壓為 500 V，額定電流為120 A。

如果是極化給定電流超過(guò)整定值，復(fù)位即可；如果是晶閘管觸發(fā)控制板故障，一般多為電源變壓器燒壞。

由于極化電源觸發(fā)控制板RUN端子為外部封鎖脈沖/軟啟動(dòng)控制端，當(dāng)該端子與 GND端子短接時(shí)，解除脈沖封鎖，開(kāi)始正常工作；當(dāng)直流輸出降到零時(shí)，RUN端子懸空時(shí)觸發(fā)脈沖被封鎖，與GND控制線經(jīng)中間繼電器KA1常開(kāi)觸點(diǎn)輸出。由于該控制信號(hào)為弱電信號(hào)，繼電器KA1為普通式繼電器，一旦觸點(diǎn)接觸不良，就會(huì)造成RUN與 GND信號(hào)時(shí)有時(shí)無(wú)，引起觸發(fā)信號(hào)不正常，造成極化電源無(wú)輸出或電流不穩(wěn)。將繼電器 KA1改為封閉式小型繼電器，沒(méi)有再出現(xiàn)類似故障。

(1)檢查電源電壓是否正常。

(2)檢查輸出脈沖電壓發(fā)光二極管VL3～VL8指示，如有不亮，則可能是控制板到可控硅的脈沖線開(kāi)路或脈沖輸出回路故障而導(dǎo)致無(wú)脈沖輸出。

(3)檢查可控硅的導(dǎo)通性能，不好則更換。

8 整流系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行

(1)在整流系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，盡量調(diào)整整流柜相控角，使共用1臺(tái)整流變的2臺(tái)整流柜的相控角盡量一致，這樣可使整流變?cè)诘鸵粨跷贿\(yùn)行。

(2)整流柜在低相控角下運(yùn)行可以節(jié)電。比較運(yùn)行數(shù)據(jù)，微小的變化對(duì)于優(yōu)化運(yùn)行和節(jié)能降耗的影響都是非?？捎^的。所以，通過(guò)調(diào)整1#～16#整流柜的相控角控制范圍，由原來(lái)的5°～25°調(diào)整為5°～15°運(yùn)行，整流變壓器的整流效率上升，基本達(dá)到了97.5%以上。

9 結(jié)語(yǔ)

氯堿生產(chǎn)中要確保整流設(shè)備的安全運(yùn)行，提高操作運(yùn)行水平，嚴(yán)格控制工藝指標(biāo)，保證巡回檢查的質(zhì)量，提前做好對(duì)事故的防范工作；同時(shí)，還要做好事故預(yù)案，從而防止事故擴(kuò)大，避免次生事故，保證安全生產(chǎn),提高經(jīng)濟(jì)效益。