1、前言 青銅峽鋁業(yè)集團(tuán)公司是以電解鋁為產(chǎn)品的有著40多年歷史的大型企業(yè)。鋁電解生產(chǎn)是一個耗電大的工業(yè)，有“電老虎”之稱，生產(chǎn)1t鋁消耗15000～18000 kW.h直流電，約占成本的1/3。降低鋁電解生產(chǎn)的電能消耗，不僅對降低鋁成本是個重要因素，而且在目前我國電力需求量日益增加的情況下，對于節(jié)約能源有極其重大的意義。 隨著電解鋁技術(shù)的不斷發(fā)展，我公司電解鋁產(chǎn)量發(fā)生了突飛猛進(jìn)的變化，由建廠的年3.2萬t，發(fā)展至現(xiàn)在的年43萬t，電解鋁所用的直流電流系統(tǒng)也由原來1個80 kA系列，擴(kuò)大至120 kA、150 kA、350kA3個系列，凼此減少電能消耗，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益就成了我公司工程技術(shù)人員長期研究的課題，而最有效的措施之一就是合理用電，設(shè)備經(jīng)濟(jì)運行，硅整流裝置穩(wěn)流系統(tǒng)的上陣，滿足了電解鋁對直流電流的要求。 2、論述 電解法制鋁所采用的直流電，是將接收的110 kV交流電經(jīng)變壓器降壓后，由硅整流設(shè)備轉(zhuǎn)換為lkV直流電提供給電解生產(chǎn)用電，直流電是否平穩(wěn)直接影響了電解鋁的質(zhì)量、產(chǎn)量。提高電解鋁質(zhì)量、產(chǎn)量的途徑，一是提高甲均電流強(qiáng)度，二是提高電流效率。 2.1、提高平均電流強(qiáng)度 在般情況下是不允許系列全停電的，因為這樣會降低平均電流強(qiáng)度，減少鋁的產(chǎn)量，必須停電時，應(yīng)盡量減少停電時間和次數(shù)，避免降低過多的電流強(qiáng)度而導(dǎo)致產(chǎn)量減少。在期80 kA電流條件下，每增加1000A電流，通過計算，在160臺電解槽生產(chǎn)的情況下，每年可增產(chǎn)400t鋁錠。 2.2、提高電流效率 在期80kA電流條件下，160臺電解槽生產(chǎn)，每增1％的電流效率，相當(dāng)于系列增加2臺電解槽的產(chǎn)量。電流效率是決定鋁產(chǎn)量的重要因素。 由此，電解錨生產(chǎn)對供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量、可靠性及穩(wěn)定性有較高要求，而硅整流柜穩(wěn)流控制系統(tǒng)起到了穩(wěn)定電流，實現(xiàn)平穩(wěn)供電的目的，為此，我公司技術(shù)人員經(jīng)過不斷的研究和分析，多次對硅整流穩(wěn)流系統(tǒng)進(jìn)行改造，使直流供電更加平穩(wěn)、經(jīng)濟(jì)。 穩(wěn)流原理框圖如附圖所示。 [ALIGN=CENTER] 附圖 穩(wěn)流原理框圖[/ALIGN] 該穩(wěn)流控制系統(tǒng)在整流裝置正常工作時，如果電網(wǎng)電壓或負(fù)荷發(fā)生變化，則整流裝置輸出電流會發(fā)生相應(yīng)的變化，從直流電流測量回路中提取反饋電壓信號與穩(wěn)流裝置的給定電壓進(jìn)行比較，其差值經(jīng)調(diào)節(jié)放大器放大，限幅后經(jīng)緩沖級放大送至集成電路，由脈沖變壓器發(fā)出脈沖信號使飽和電抗器的控制導(dǎo)通角發(fā)生變化，調(diào)節(jié)飽和電抗器的控制繞組電流，使飽和電抗器的感抗發(fā)牛變化，改變整流裝置的輸出電流，從而實現(xiàn)穩(wěn)流的目的。 3、改造分析 3.1、第一次改造 1995年采用晶體管穩(wěn)流裝置，運行至2003年時，出現(xiàn)很多問題。 1）元件老化 運行時間長，晶體管性能下降，參數(shù)發(fā)生變化，各元件間匹配失調(diào)，穩(wěn)流效果下降，經(jīng)常出現(xiàn)穩(wěn)流失調(diào)的現(xiàn)象。 2）可靠性低 晶體管元件受損率高，經(jīng)常因元件損壞導(dǎo)致穩(wěn)流系統(tǒng)癱瘓，使電解生產(chǎn)遭到嚴(yán)重的損失。 3）穩(wěn)流精度低，靈敏度差 由于飽和電抗器的控制特性足非線性變化的，采用模擬電路控制，環(huán)節(jié)多，調(diào)節(jié)復(fù)雜，反應(yīng)速度受到限制，同步信號不能及時反饋并進(jìn)行比較，控制精度低，在系統(tǒng)波動時，反應(yīng)速度慢，調(diào)節(jié)靈敏度差，電流返回速度長，穩(wěn)定時間長達(dá)2～3min。 由于以上原因，我們對穩(wěn)流系統(tǒng)進(jìn)行了改造，選用一套西門子S7-200 PLC穩(wěn)流控制系統(tǒng)，用綜合控制方式，將所有的電抗器控制繞組串聯(lián)起來，通過改變控制繞組的電流來調(diào)節(jié)電抗器的電抗值，達(dá)到穩(wěn)流的目的。改造后有以下特點。 1）系統(tǒng)構(gòu)成靈活，可靠性高 PLC可編程序控制器是將傳統(tǒng)的繼電器技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融合為一體的新型通用自動控制裝置，采用模塊化結(jié)構(gòu)，I/O點數(shù)多，采樣速度快，分析能力強(qiáng)，反應(yīng)靈活。 2）穩(wěn)流精度高，速度快 可編程控制器能提供上千條指令，直接完成數(shù)據(jù)計算功能，PLC自動識別飽和電抗器非線性工作范圍，執(zhí)行速度快，時間極短，只為0.lμs，使系統(tǒng)電流的回歸速度相應(yīng)提高，從而提高控制精度。 經(jīng)濟(jì)效益： 1）此次改造大大提高了電流效率，電流效率由原91％提高至97％，因為每增1％的電流效率，相當(dāng)于系列增加2臺電解槽的產(chǎn)量，由此推算，相當(dāng)于增加了12臺電解槽，年增產(chǎn)2400t鋁，按16000元/t價格計算，年增效3.84千萬元。 2）因電流效率的提高，交流電量節(jié)約0.41億kW.h，按0.31/kW.h計算．節(jié)約電費1.271千萬元。 3.2、第二次改造 2005年3月，公司將一期規(guī)模擴(kuò)大，將原80 kA電流提升至120 kA，增加1組整流機(jī)組，因新增整流機(jī)組容量比原4組整流機(jī)組容量大I.5倍，原穩(wěn)流裝置不能對其進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，故對穩(wěn)流系統(tǒng)進(jìn)行第二次改造。 采用5+1的結(jié)構(gòu)方式，實現(xiàn)5組單機(jī)組各自的小閉環(huán)穩(wěn)流控制和1臺總穩(wěn)流大閉環(huán)控制。小閉環(huán)控制將每組機(jī)組的直流輸出電流經(jīng)變換后，反饋給PLC，與上位機(jī)給定的信號比較，PLC進(jìn)行計算后，控制IGBT占空比，改變飽和電抗器的位移繞組電流，從而達(dá)到穩(wěn)定電流的目的。大閉環(huán)調(diào)節(jié)，由上位機(jī)設(shè)定系列電流總量，總調(diào)PLC將從總電流互感器反饋來的電流與給定電流比較，進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，并平均分配給各機(jī)組，最終實現(xiàn)系列直流電流的恒定。 經(jīng)濟(jì)效益： 1）此次改造直流電流由80 kA升高至120 kA，電流增加40 kA，按一期160臺電解槽生產(chǎn)計算，每年可增產(chǎn)16000t鋁錠，按16000元/t價格計算，年增效2.56億兒。 2）電流效率由原97％提高至98％，提高了1％，因每增1％的電流效率，相當(dāng)于系列增加2臺電解槽的產(chǎn)量，年增產(chǎn)400t鋁，按16000元/t價格計算，年增效640萬元。 4、結(jié)論 穩(wěn)流系統(tǒng)技術(shù)的改進(jìn)，減少了機(jī)組停電次數(shù)，平穩(wěn)了電解供電，節(jié)約了交流電量，電解鋁增產(chǎn)可觀，達(dá)到了節(jié)能降耗，提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。