浅析电解铝整流柜常见事故及预防措施

浅析整流柜爆炸事故原因

及预防措施

摘要：近年来随着国内市场需求的增长，我国的铝电解工业得到了迅猛的发展。电解铝产能的不断增加必然要求设备容量的不断扩大，虽然各种设备的装备技术水平有所提高，但仍然存在由于系统扩容带来的许多技术问题和设备隐患。尤其在整流供电设备方面，已经出现了许多设备事故，给各个企业带来了不同程度的经济损失，造成这一局面的因素很多，但设备因素是导致事故发生的主要原因，尤其是在近几年投入使用的高电压、大电流机组，发生此类事故的频率相对较高。基于此点，本文针对电解铝整流供电系统事故发生的原因进行分析，提出对整流柜进行优化改造，消除整流设备中存在的设计缺陷；并增加弧光保护装臵、逆电流保护装臵等后备保护，达到增强整流供电系统抗事故能力的目的，在生产实践中取得了良好效果。

关键字：电解铝；整流柜；预防措施

随着我国铝电解产业技术的发展，目前国内铝企业已基本实现大型预焙化，而且槽型越来越大，用电负荷呈几何级增长，给电解铝供电系统安全运行带来了巨大压力。特别是近两年来，全国高电压、大电流整流器发生爆炸事故的频率相对较高。

今年1月和3月，我厂200KA整流系统某整流柜B柜连续两次发生整流元件大面积爆炸损坏事故。由于整流供电系统的保护动作及时、可靠，虽然没有造成事故扩大对电解生产有什么影响，但整流柜的元件大面积损坏事故仍引起了本单位、生产厂家的高度重视，怎样尽快查找事故原因，采取相应的预防措施，在同行业中杜绝类似事故的发生，是摆在同行业面前的一项重要工作。

对此，我们进行深入的原因分析，现将所总结了一些经验进行总结。

1、造成电解铝整流系统事故的原因分析 1.1 造成整流柜爆炸的原因

（1） 我厂的大型铝电解槽系列采用4个机组，每个整流机组由一台变压器，2 个整流柜组成，每套机组都能实现单柜稳流控制。而当其中一套整流机组直流侧汇流母线或整流内部出现短路故障时，往往会造成总汇流母线向该故障点回馈电流，形成逆流。特别是在超高直流电压的情况下，会形成很大的逆流，使故障范围扩大，引起整流柜组雪崩式烧毁，产生爆炸的恶性事故。使得电解生产长时停电，造成巨大的经济损失。

（2）整理柜中整流元件击穿，产生弧光，快熔不能及时熔断，引起弧光扩大，发展为整流柜内正负母线短路，产生爆炸。

（3）整流柜内冷却水管渗漏、喷水造成柜内元件放电短路，产生爆炸。 1.2 现有整流柜的设计缺陷

由于近几年电解铝工业发展的突飞猛进，新型的大电流、高电压整流柜层出不穷，但设计上主要延续以前，在老的设计基础上进行了简单的放大制造。随着多起硅整流柜装臵崩溃性爆炸事故的发生，国内铝厂现运行的整流柜设备设计缺陷也相继暴露出来。

（1）目前国内铝行业整流机组普遍采用同相逆并联结构，这种大功率高电压的整流设备，可以有效避免整流柜体产生涡流、磁场集中以及巨大吸引力造成桥臂变形、短路、框架融化坍塌。但是这种结构也有缺陷，运行中震动大，臂间电压高，相间电压高，存在很大的安全隐患。轻者整流柜造成跳闸电解停电事故，严重者则会造成整流柜爆炸，后果不堪设想。

（2）我厂采用的是8组ZHS—2×37.5KA/1020V整流机组，接线方式为三相桥式同相逆并联。在运行中暴露出整流柜内电容漏液、直流母线框架发热、整流柜运行震动大、整流柜内绝缘材质少、绝缘强度小等问题，存在着极大的事故隐患。 2、电解铝整流系统事故的预防

电解铝整流系统的安全运行，对电解生产起着至关重要的作用。加大对整流系统供电事故的超前预防，是减少事故频率的有效手段。 2.1 对整流设备优化改造，消除事故隐患

（1）在整流柜内同相逆并桥臂相与相之间加装了隔弧板，隔弧板采用插槽式，选用高分子复合材料制品的玻璃布板，提高了相与相之间的绝缘性能。 （2） 对整流柜内的操作过电压吸收装臵进行了改造。将电容改为干式自愈式电容，并将柜内过电吸收装臵全部移出柜外，单独安装在新增电器箱内，解决了因振动引起的松动和失效问题，同时解决了检查人员穿越带电区域问题。 （3）换相过电压吸收装臵移位，将整流柜内换相过电压装臵移出整流柜，采用耐压800～1000V、耐热、阻燃导线且引出柜外，有效缩短了连线减小了电感，易于人员检查巡视。

（4）更换柜内小线，将整流柜内的操作过电压与交流母线排连接线全部更换为耐高温、阻燃、耐压3000V 6mm2的高压线；换相过电压与交流线排连接的线全部更换为耐高温、阻燃、耐压5000V 1.5mm2 的高压线，消除了二次小线引发的故障。

（5）接头更换，将柜内二极管母排和纯水间接头由塑料改为不锈钢接头，杜绝了渗水和漏税现象。

（6）更换水温、水压表，将指针式水温、水压表改为数字式数显表，大大提高了安全运行系数。

（7）桥臂过热和快熔熔断报警由电磁式继电器改为电子式继电器，彻底解决了因整流柜本身震动大，游丝和顶尖经过长期震动经常出现失灵或误动作的问题。 （8）减少柜子振动，增加了中玻璃支板，横拉玻璃支板，从而减少了整流柜振动，最大限度的减少了整流柜的噪声 2.2 智能均流测试仪的应用

对整流设备而言，整流器的均流度是国内外有关专家极为关注的一个课题。均流的劣化并不直接烧毁元件，但容易导致元件电压击穿，引起设备事故。智能均流测试仪实现了实时监测整流器，实时采集各元件参数，保证了整流系统长期均流运行，有效解决了如下问题：

（1）解决了人工测量快熔两端毫伏数来计算元件均流系数误差大、不准确的难题。

（2）消除了不停电检测均流发生人身伤害事故和交直流短路造成设备损坏的事故隐患。

2.3 晶闸管参数测试仪的应用

通过多年的运行经验，我们发现个别硅元件在长期运行情况下，电流忽大忽小，即使对其重新擦洗，也不能保证稳定的电流，给均流带来很大的影响。所以，在每次检修时，我们都要用晶闸管参数测试仪测量每个硅元件的反向泄露电流和 通态（正向）峰值压降。根据测量的参数对硅元件进行如下适当的调整： （1）对于测量中出现问题的通态（正向）峰值压降不稳定的硅元件，全部更换，防止运行过程中电流过大过小。

（2）对于测量中出现的反向泄露电流瞬间变大的硅元件进行更换，防止发生过压击穿事故。

（3）通过测量硅元件的若干参数，可以对整个桥臂重新调整，将通态（正向）峰值压降相近的硅元件安装在同一桥臂上，确保整个桥臂的均流系数，达到预防事故的目的。

3、提高整流系统的后备保护能力

在超前预防的基础上，提高整流系统的后备保护能力，可以有效防止重大恶性事故，为整流系统的供电安全提供最后一道防线。纵观国内各类整流柜爆炸事故的发生，都是前一级保护起不到应有的作用，造成事故扩大造成的。目前国内各家铝厂新增加的弧光探测保护装臵、逆电流保护装臵两套后备保护，取得了良好的效果。

3.1 增加弧光探测保护装臵

在整流柜内加装弧光探测保护装臵，是解决电弧光危害的一种有效的方法，当整流柜内有微小弧光时，可以最快的速度切断所有运行的整流机组，使事故限定在最小范围内，尽可能减少损失。但同时弧光保护存在着受外界干抗影响较大的缺点。电焊光、雷电、手电光等都易引起其误动作。因此在使用过程中，要最大限度地消除外界干扰。 3.2 增加逆电流保护装臵

多套整流机组并列供电系统中，在各台整流器直流侧汇流母线上安装逆流保护装臵，是防止逆电流引起整流柜恶性爆炸事故的有效手段。当出现逆流故障时，逆流保护装臵可以直接发出跳闸信号使交流侧高压断路器分断，迅速切断故障电流使其不波及其它并联的整流机组，从而防止恶性事件的发生。

4、结论

（1）采用对整流系统进行改造，消除设备缺陷，能最大限度的提高整流柜的抗事故能力，有效预防整流系统事故的发生。

（2）利用增加弧光保护装臵，逆电流保护装臵，可以提高电解铝整流供电系统的后备保护能力，可以减少恶性事故的发生。

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