[发明专利]一种电解槽电压保护方法及保护系统

说明书

技术领域

本发明属于电解铝厂电解槽电压保护系统技术领域，尤其是涉及一种电解 槽电压保护方法及保护系统。

技术背景

目前公知的电解铝厂是利用氧化铝，在电解槽内经过直流电解后，生成铝 和二氧化碳；电解铝厂由整流所、电解车间、其它辅助车间构成。如图1所示 整流所为终端变电站，一般电压等级为110kV或220kV。整流所内配置有整流 机组，包括整流变压器(2)、饱和电抗器(3)和整流柜(4)等构件和动力变 压器等一次设备构成；所述整流机组并联运行，在图1中，整流变压器把高压 交流电经过有载调压开关调节成低压交流电，经饱和电抗器输送至整流柜，整 流柜将低压交流电整流成直流电供电，并通过直流母线(5)送至电解车间。

所述整流装置是一种将三相工频交流电转换成电流可调的直流电的装置 “以伊川铝厂为例”，220KV线路首先进入调压变压器，调压变压器上安装有有 载调压开关，通过控制有载调压开关来调整调压变压器的一、二次线圈匝数比， 来达到改变整流变二次侧输出电压的目的；每台调压变压器二次侧连接有两台 整流变压器，整流变压器二次侧经饱和电抗器与整流柜串联连接；饱和电抗器 上装有位移绕组和控制绕组，通过控制这两个绕组形成的磁场，来达到系列电 压变化的时候稳定系列电流的目的；整流柜为三相桥式整流结构，通常每台整 流柜共有12相整流臂，每臂有7只硅元件并联组成，将整流变输入的交流电通 过硅二极管整流成电解用的直流电，其单台整流机组最大输出电流2*33KA；整 流柜分为A、B两台柜子，每台柜子通过正负极母线分别与电解直流正负大母 线并联连接。六台整流机组均与电解大母线并联连接最大输出电流6*66KA。

直流系统的正负直流母线(5)之间的电压叫系列电压，直流母线(5)电 流叫系列电流(6)；并可通过调节整流变压器(1)的有载开关和饱和电抗器(3) 的控制电流来改变系列电压和系列电流的大小；配置整流所综合自动化系统用 于完成终端变电站的所有功能，如保护、测控功能等；配置整流所稳流系统用 于调节系列电压和系列电流以实现稳流功能。

电解槽位于电解车间内，电解槽串联成一个系列，如图2所示；电解槽正 常运行时单台槽电压为4.12V左右，现阶段电解铝厂每个系列配置200-300台 电解槽，系列电压高达1500VDC，系列电流高达400kA，总用电负荷高达30 -40万KW。

电解槽是串联运行的，每台电解槽的电压为4.12V左右，按200台电解槽 一个系列时，一个系列电压就是200×4.12V加上母线上公摊部分的电压就是一 个系列的电压了。

下面分析现有电解槽过电压可能引起的危害：

电解槽串联运行，系列电流大，任何一处出现断路或者趋向于断路，均会 引起断路口剧烈拉弧放电，甚至发生强烈爆炸，严重危害设备和人身安全；电 解槽可能引起的故障主要有下列几种：

1)、短路口爆炸：每台电解槽都有一个短路口，负责电解槽的启停；短路 口用绝缘板隔离，用绝缘套管固定，绝缘板设计的耐压为65V以上；由于电解 槽长时间运行，特别是受电解车间高温、高粉尘、高污染等恶劣环境条件影响， 致使绝缘板和绝缘套管的绝缘值降低，短路口绝缘击穿而发生短路口爆炸。

2)、阳极抬脱：人为抬阳极操作不当，或者控制阳极升降的电气二次回路 出现异常时，比如上升接触器的电接点粘连等现象，均可能使阳极抬高以致脱 离电解质液面产生离极现象，使整个直流系列由闭合的电气回路转变成开路状 态，由于直流系列电流较大，在开路点处产生剧烈拉弧放电，便会产生强烈爆 炸。

3)、漏槽：电解槽由于长期运行引起漏槽现象，此时铝液面迅速降低，当 铝液面降低至阳极脱离电解质时或因极距过大造成高电压AE时，电压短路口 的电压超过短路口绝缘值造成短路口击穿，放炮爆炸。

4)、脱极：当电解槽电流严重偏流时，一组阳极上通过电流超过其导杆爆 炸焊所能承受的电流时，就出现了脱极，一组阳极脱极会把电流转到其它的阳 极上经过，就会造成其它阳极更大的偏流，容易形成多组阳极脱极，当此台电 解槽所剩阳极不能承受全电流时，就会造成迅速全面阳极脱落，电解槽发生离 极爆炸；焙烧期的电解槽及病槽都有脱极的可能性。

5)、影响电网安全：当电解铝厂发生重大事故时，高达30-40万KW的用 电负荷瞬间甩给电网，很容易造成电网波动事故。

现有保护系统及其缺陷：