[發明專利]一種電解槽電壓保護方法及保護系統

無效

• 申請號: 200910064546.2
• 申請日: 2009-03-23
• 公開（公告）號: CN101550567A
• 公開（公告）日: 2009-10-07
• 發明（設計）人: 謝強偉;張振江;黃集金
• 申請（專利權）人: 謝強偉;張振江
• 主分類號: C25C3/16
• 分類號: C25C3/16;C25C3/20
• 代理公司: 洛陽市凱旋專利事務所
• 代理人: 林志堅

技術領域

本發明屬于電解鋁廠電解槽電壓保護系統技術領域，尤其是涉及一種電解 槽電壓保護方法及保護系統。

技術背景

目前公知的電解鋁廠是利用氧化鋁，在電解槽內經過直流電解后，生成鋁 和二氧化碳；電解鋁廠由整流所、電解車間、其它輔助車間構成。如圖1所示 整流所為終端變電站，一般電壓等級為110kV或220kV。整流所內配置有整流 機組，包括整流變壓器(2)、飽和電抗器(3)和整流柜(4)等構件和動力變 壓器等一次設備構成；所述整流機組并聯運行，在圖1中，整流變壓器把高壓 交流電經過有載調壓開關調節成低壓交流電，經飽和電抗器輸送至整流柜，整 流柜將低壓交流電整流成直流電供電，并通過直流母線(5)送至電解車間。

所述整流裝置是一種將三相工頻交流電轉換成電流可調的直流電的裝置 “以伊川鋁廠為例”，220KV線路首先進入調壓變壓器，調壓變壓器上安裝有有 載調壓開關，通過控制有載調壓開關來調整調壓變壓器的一、二次線圈匝數比， 來達到改變整流變二次側輸出電壓的目的；每臺調壓變壓器二次側連接有兩臺 整流變壓器，整流變壓器二次側經飽和電抗器與整流柜串聯連接；飽和電抗器 上裝有位移繞組和控制繞組，通過控制這兩個繞組形成的磁場，來達到系列電 壓變化的時候穩定系列電流的目的；整流柜為三相橋式整流結構，通常每臺整 流柜共有12相整流臂，每臂有7只硅元件并聯組成，將整流變輸入的交流電通 過硅二極管整流成電解用的直流電，其單臺整流機組最大輸出電流2*33KA；整 流柜分為A、B兩臺柜子，每臺柜子通過正負極母線分別與電解直流正負大母 線并聯連接。六臺整流機組均與電解大母線并聯連接最大輸出電流6*66KA。

直流系統的正負直流母線(5)之間的電壓叫系列電壓，直流母線(5)電 流叫系列電流(6)；并可通過調節整流變壓器(1)的有載開關和飽和電抗器(3) 的控制電流來改變系列電壓和系列電流的大小；配置整流所綜合自動化系統用 于完成終端變電站的所有功能，如保護、測控功能等；配置整流所穩流系統用 于調節系列電壓和系列電流以實現穩流功能。

電解槽位于電解車間內，電解槽串聯成一個系列，如圖2所示；電解槽正 常運行時單臺槽電壓為4.12V左右，現階段電解鋁廠每個系列配置200-300臺 電解槽，系列電壓高達1500VDC，系列電流高達400kA，總用電負荷高達30 -40萬KW。

電解槽是串聯運行的，每臺電解槽的電壓為4.12V左右，按200臺電解槽 一個系列時，一個系列電壓就是200×4.12V加上母線上公攤部分的電壓就是一 個系列的電壓了。

下面分析現有電解槽過電壓可能引起的危害：

電解槽串聯運行，系列電流大，任何一處出現斷路或者趨向于斷路，均會 引起斷路口劇烈拉弧放電，甚至發生強烈爆炸，嚴重危害設備和人身安全；電 解槽可能引起的故障主要有下列幾種：

1)、短路口爆炸：每臺電解槽都有一個短路口，負責電解槽的啟停；短路 口用絕緣板隔離，用絕緣套管固定，絕緣板設計的耐壓為65V以上；由于電解 槽長時間運行，特別是受電解車間高溫、高粉塵、高污染等惡劣環境條件影響， 致使絕緣板和絕緣套管的絕緣值降低，短路口絕緣擊穿而發生短路口爆炸。

2)、陽極抬脫：人為抬陽極操作不當，或者控制陽極升降的電氣二次回路 出現異常時，比如上升接觸器的電接點粘連等現象，均可能使陽極抬高以致脫 離電解質液面產生離極現象，使整個直流系列由閉合的電氣回路轉變成開路狀 態，由于直流系列電流較大，在開路點處產生劇烈拉弧放電，便會產生強烈爆 炸。

3)、漏槽：電解槽由于長期運行引起漏槽現象，此時鋁液面迅速降低，當 鋁液面降低至陽極脫離電解質時或因極距過大造成高電壓AE時，電壓短路口 的電壓超過短路口絕緣值造成短路口擊穿，放炮爆炸。

4)、脫極：當電解槽電流嚴重偏流時，一組陽極上通過電流超過其導桿爆 炸焊所能承受的電流時，就出現了脫極，一組陽極脫極會把電流轉到其它的陽 極上經過，就會造成其它陽極更大的偏流，容易形成多組陽極脫極，當此臺電 解槽所剩陽極不能承受全電流時，就會造成迅速全面陽極脫落，電解槽發生離 極爆炸；焙燒期的電解槽及病槽都有脫極的可能性。

5)、影響電網安全：當電解鋁廠發生重大事故時，高達30-40萬KW的用 電負荷瞬間甩給電網，很容易造成電網波動事故。

現有保護系統及其缺陷：