祝元兵,周明珠,高 濤,馬青爽,王 健,梁綿鑫,趙 鑫

(1.內(nèi)蒙古電投能源股份有限公司,內(nèi)蒙古 通遼 028000;2.沈陽鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司,遼寧 沈陽 110001)

隨著我國鋁冶煉工業(yè)的飛速發(fā)展,鋁冶煉企業(yè)數(shù)量急劇增加,規(guī)模逐步增大。鋁電解槽供電設(shè)計(jì)都是采用串聯(lián)方式連接, 槽周圍及底部鋁母線不僅是每臺(tái)槽自身導(dǎo)電系統(tǒng)中的一部分, 也是整個(gè)電解系列導(dǎo)電回路中不可或缺的組成部分。其中任何一臺(tái)電解槽短路口一旦發(fā)生爆炸事故,熔斷的鋁母線和短路后電流產(chǎn)生的能量將摧毀立柱母線。若在短時(shí)間內(nèi)修復(fù)不好,而且又沒有其它特殊短路措施將事故槽跨接, 整個(gè)系列就無法恢復(fù)送電,繼而造成系列停產(chǎn),給企業(yè)帶來巨大的直接或間接損失。同時(shí)還會(huì)對一線操作人員造成嚴(yán)重的安全威脅,給企業(yè)帶來巨大的安全隱患及經(jīng)濟(jì)損失。而傳統(tǒng)的人工預(yù)防、預(yù)警及應(yīng)急處置措施,均已無法全面保障現(xiàn)有的現(xiàn)代化大型鋁電解生產(chǎn)過程安全[1,6]。

因此,亟需開發(fā)一套智能化實(shí)時(shí)評(píng)判、報(bào)警及自動(dòng)應(yīng)急處置的保護(hù)系統(tǒng),從而可及時(shí)有效的對鋁電解短路口異常情況進(jìn)行初期報(bào)警和連鎖自動(dòng)保護(hù)處置,可極大地提升鋁電解運(yùn)行的穩(wěn)定性及安全性。

1 系統(tǒng)概述及架構(gòu)配置

短路口超壓爆炸事故由電解槽斷路或近似斷路情況引發(fā),是短路口電壓遠(yuǎn)大于正常電解槽效應(yīng)電壓而導(dǎo)致的短路口爆炸事故。此類事故往往破壞性極強(qiáng),需要所有電解鋁企業(yè)予以重點(diǎn)防范。本方案主要集中于短路口高壓狀態(tài)的檢測和應(yīng)急處置。

本系統(tǒng)按照統(tǒng)一規(guī)劃,逐步改進(jìn)的策略,采用數(shù)據(jù)融合評(píng)判技術(shù),達(dá)到對鋁電解短路口異常狀態(tài)的實(shí)時(shí)捕捉、精準(zhǔn)評(píng)判、及時(shí)處理的目的,可將短路口超壓風(fēng)險(xiǎn)及影響有效消除。

鋁電解短路口異常自診斷及連鎖保護(hù)系統(tǒng)是由單槽采集終端、多槽累加采集終端、邊緣數(shù)據(jù)采集器以及核心智能評(píng)判機(jī)為主要設(shè)備組成的分散式邊緣計(jì)算+集中評(píng)判管理架構(gòu)模式(如圖1所示)。該系統(tǒng)利用核心智能評(píng)判機(jī),依據(jù)電解槽單槽電壓、小組累加槽壓、電解系列電流、電解系列電壓、全系列單槽槽壓等數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合評(píng)判;系統(tǒng)將電解車間所有單槽、分組電壓采集器輸出的開關(guān)量信號(hào),通過獨(dú)立光纖網(wǎng)絡(luò),傳送給設(shè)置在動(dòng)力分廠主控室的核心智能化遠(yuǎn)動(dòng)通訊控制管理機(jī)。管理機(jī)具有邏輯可編程功能,通過內(nèi)部編制的專用算法評(píng)判軟件對系統(tǒng)實(shí)時(shí)參數(shù)進(jìn)行解算;一旦某一分組槽電壓和該組內(nèi)某一單槽電壓同時(shí)發(fā)生超限輸出,核心智能化遠(yuǎn)動(dòng)通訊控制管理機(jī)傳送一路信號(hào)給綜合自動(dòng)化系統(tǒng),在后臺(tái)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警,另一路信號(hào)通過重動(dòng)裝置將信號(hào)傳給急?？刂苹芈?向動(dòng)力保護(hù)系統(tǒng)發(fā)出切斷負(fù)荷執(zhí)行信號(hào),完成動(dòng)力分廠降負(fù)荷操作,同時(shí)將故障點(diǎn)位第一時(shí)間定位[2-4]。

圖1鋁電解短路口異常自診斷及連鎖保護(hù)系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

2 系統(tǒng)評(píng)判分析流程

系統(tǒng)主要評(píng)判流程(如圖2所示):當(dāng)單槽槽壓異常時(shí),結(jié)合小組累加采樣值進(jìn)行雙判據(jù)邏輯判定,減少初級(jí)干擾及誤判,兩個(gè)評(píng)判要素同時(shí)滿足條件,并向核心評(píng)判管理機(jī)發(fā)出狀態(tài)標(biāo)記信號(hào)。核心評(píng)判管理機(jī)綜合初級(jí)評(píng)判結(jié)果,參考當(dāng)前瞬時(shí)電解系列電流、電解系列電壓、單槽槽壓等數(shù)據(jù)的變化特征進(jìn)行再次校驗(yàn)比對,最終自主決策發(fā)出系列停電保護(hù)指令,通過預(yù)設(shè)的聯(lián)動(dòng)、告警、控制輸出向動(dòng)力繼電保護(hù)系統(tǒng)發(fā)出執(zhí)行信號(hào),完成動(dòng)力分廠降負(fù)荷操作全系列停電自動(dòng)操作。項(xiàng)目建設(shè)規(guī)劃先以初級(jí)評(píng)判為基礎(chǔ)依據(jù),進(jìn)行系統(tǒng)初期試運(yùn)行,并模擬各類型異常特征,通過對過程數(shù)據(jù)的積累和比對,不斷完善各評(píng)判參考條件的權(quán)重比例,最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體的穩(wěn)定、精準(zhǔn)、安全。項(xiàng)目實(shí)施初期,將以電解車間槽電壓組合采樣評(píng)判結(jié)果為主要依據(jù)進(jìn)行模擬評(píng)判和投運(yùn)試行。同時(shí),將企業(yè)原有動(dòng)力綜自系統(tǒng)中部分關(guān)鍵生產(chǎn)數(shù)據(jù)(系列電壓、電流、全系列單槽槽壓值)進(jìn)行對照檢測,收集數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)特性,進(jìn)行計(jì)法建模的逐步完善,最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體判斷的正確、及時(shí)、可靠[5]。

圖2 鋁電解短路口異常自診斷及連鎖保護(hù)系統(tǒng)評(píng)判流程圖

3 生產(chǎn)應(yīng)用

該系統(tǒng)已在內(nèi)蒙古某大型鋁電解企業(yè)300 kA、350 kA、400 kA三個(gè)鋁電解生產(chǎn)系列的920臺(tái)電解槽上安裝并投運(yùn)。項(xiàng)目實(shí)施后,將彌補(bǔ)傳統(tǒng)人工巡檢盲區(qū),實(shí)現(xiàn)全時(shí)域高速監(jiān)測電解槽槽壓變化,在母線立柱短路口超壓事故發(fā)生的初期及時(shí)準(zhǔn)確自動(dòng)評(píng)判及連鎖保護(hù)處置,并能及時(shí)記錄關(guān)鍵處置數(shù)據(jù)信息。將鋁電解短路口超壓事故消除在初期階段,極大地減小事故對系列生產(chǎn)的影響和事故造成的人員、經(jīng)濟(jì)損失;對超壓引發(fā)的鋁電解立柱母線短路口損毀事故及時(shí)處置率不低于98%。系統(tǒng)設(shè)備現(xiàn)場檢測及運(yùn)行如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)軟硬件設(shè)備現(xiàn)場運(yùn)行

4 結(jié) 語

本系統(tǒng)的研發(fā)屬于填補(bǔ)國內(nèi)該領(lǐng)域技術(shù)空白,作為一套鋁電解生產(chǎn)中獨(dú)立的專項(xiàng)保護(hù)系統(tǒng),對其他系統(tǒng)和技術(shù)依賴性較低,可以應(yīng)用于國內(nèi)任何鋁電解生產(chǎn)企業(yè),對其生產(chǎn)安全具有較大的收益,市場前景廣闊。目前,該項(xiàng)目成果正在進(jìn)行轉(zhuǎn)化,爭取盡快進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用,為企業(yè)和社會(huì)創(chuàng)造更多直接效益和間接效益。