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摘要：某铝厂电解车间发生了两次电解多功能天车与电解槽的短路故障，对原有防雷接地系统进行分析，本文提出了电解铝厂防雷接地系统的优化方案，以避免类似问题的发生。
关键词：电解车间；防雷接地；绝缘
1 铝电解厂房防雷接地系统的现状
某大工业电解铝厂，电解产能均在150kt/a，单栋电解厂房外形尺寸为1000mX27mx18m(长x宽x高)，电解厂房为钢结构厂房。防雷设计安装三类防雷等级设置，厂房所处位置为西北干旱地区，接地电阻较大。为满足防雷及配电系统的接地要求，电解铝车间防雷配置如下：
屋面防雷利用电解金属屋面彩钢板，钢板厚度大于2.0mm,满足防雷设计规范的要求，引下线利用钢结构柱，所有屋面板均与钢结构柱紧密相连，接地装置利用混泥土基础内的钢筋作为自然接地体，为满足接地电阻的要求，所有基础钢筋均用-25x4镀锌扁钢沿基础外缘1m连接，施工完成后实测接地电阻小于4Ω。电解厂部布置如图一
2 铝电解厂房的绝缘要求
铝电解采用电解技术进行生产，电解槽采用绝缘安装，按照相关规范，在电解槽的操作区内不能将大地电位引入，凡与电解槽有直接连接的工艺管道均需与接地系统做绝缘处理，所有电解槽的上部用电设备的配电均采用隔离变压器供电。
3 电解车间天车灼伤事故现象及情况介绍
1#厂房124#电解槽1#天车正在出铝，2#厂房408#电解槽处5#天车正将吸铝管插入电解槽准备出铝，此时发生天车起弧事故。
经检查1#天车吊钩上有2处直径约6mm的灼伤痕迹，吊钩的升降部分及旋转部分均有多处灼伤点。408#槽和124#槽及其门型架的绝缘全部击穿；408#槽的烟管绝缘击穿。
1#、2#、5#、6#天车为进口NEL天车。该4台车运行在靠整流所侧，承受正负直流电压约800～900V。
该电解系列2005年投产，在2005年至2010年之间运行正常，2010年发生过1次同样现象的事故,事故槽涉及408#槽和6#天车。
4 事故分析
正常情况下两栋电解厂房内电解槽之间的电压回路见图二。
当两栋厂房内两台电解槽同时出铝时，正负母线间电压回路为：124#槽负极——1#天车——1#厂房建筑物钢立柱——大地接地线——2#厂房建筑物钢立柱——5#天车——408#槽正极，在电压回路中两台天车分别承受约50%的正负极之间的电压，由于天车已作多级绝缘，故能安全产生。
正常生产时，电压回路一为：124#电解槽——大地接地线——408#电解槽，在电压回路中，两台电解槽分别承受约50%的正负极之间的电压，由于电解槽已作绝缘，故能安全产生。
正常生产时，电压回路二为：124#电解槽——124#电解槽烟管——大地接地线——408#电解槽烟管——408#电解槽，在电压回路中，由于电解槽烟管已作绝缘，故能安全产生。
事故时当1栋厂房内靠近整流所侧的124#槽天车正在出铝，如果408#槽绝缘损坏或绝缘降低，电压回路为：正极——408#槽——大地——1#厂房建筑物钢立柱——1#天车——124#电解槽——负极，1#天车直接与124#槽内铝水接触，故承受约900V电压，若天车绝缘降低，绝缘将被击穿，天车被灼伤，而124#槽的烟管与1#天车并联，由于未直接与铝水接触，回路电阻大于1#天车，故烟管被保护。
如果408#槽绝缘损坏或绝缘降低，电压回路二为：，正极——408#槽——408#槽烟管——2#厂房建筑物钢立柱——大地——1#厂房建筑物钢立柱——1#天车——124#电解槽——负极，由于1#天车击穿，烟管承受较高电压使烟管的绝缘击穿；由于5#天车与408#槽烟管为并联，5#天车的有多級绝缘，其电阻较烟管大，故烟管被击穿，5#天车被保护。
经以上分析，笔者认为：
（1）1#天车的绝缘已降低，需检查绝缘；
（2）408#电解槽绝缘也有问题，存在绝缘薄弱的位置，致使2次事故均与该槽有关。
5 结合事故现象防雷接地系统的改进措施
从事故现象看，是由于电解槽及设备的绝缘下降造成的事故，但是由于两栋厂房间的接地扁钢是也是让高电压穿越两栋厂房的原因。
铝电解厂房环境差、多尘、有沥青烟气和腐蚀性气体，项目投产的前期由于设备的绝缘能满足要求，故能安全生产，经个多年的运行，设备绝缘下降，产生事故的几率会大大提高，争对上述故障，可采取以下措施来解决上述问题。
（1）为避免因防雷接地系统造成的直流高电压引入接地的机械设备的故障，应将防雷接地与配电系统接地网完全分开，并将1厂房，2厂房的防雷接地网独立，这样即使在设备绝缘遭到破坏，由于绝缘破坏的电解槽间电压较低，对设备的伤害可大大降低。
对新建项目，应采用独立避雷接地系统，若为钢厂房，不宜将整个厂房联为一个接地的整体，尤其避免在电解槽的操作面将接地系统引入，并采取适当的绝缘措施，以保证操作面的安全。
（2）对现有设备加强检修，并加装绝缘监测装置，当车间内设备绝缘下降时及时发出信号，及时安排检修，避免事故的发生。
参考文献；
1《有色金属冶炼厂电力设计规范》YS5002-96
2《工业与民用配电设计手册》中国电力出版社 第三版
3《钢铁企业电力设计手册》冶金工业出版社
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：电解车间；防雷接地；绝缘
1 铝电解厂房防雷接地系统的现状
某大工业电解铝厂，电解产能均在150kt/a，单栋电解厂房外形尺寸为1000mX27mx18m(长x宽x高)，电解厂房为钢结构厂房。防雷设计安装三类防雷等级设置，厂房所处位置为西北干旱地区，接地电阻较大。为满足防雷及配电系统的接地要求，电解铝车间防雷配置如下：
屋面防雷利用电解金属屋面彩钢板，钢板厚度大于2.0mm,满足防雷设计规范的要求，引下线利用钢结构柱，所有屋面板均与钢结构柱紧密相连，接地装置利用混泥土基础内的钢筋作为自然接地体，为满足接地电阻的要求，所有基础钢筋均用-25x4镀锌扁钢沿基础外缘1m连接，施工完成后实测接地电阻小于4Ω。电解厂部布置如图一
2 铝电解厂房的绝缘要求
铝电解采用电解技术进行生产，电解槽采用绝缘安装，按照相关规范，在电解槽的操作区内不能将大地电位引入，凡与电解槽有直接连接的工艺管道均需与接地系统做绝缘处理，所有电解槽的上部用电设备的配电均采用隔离变压器供电。
3 电解车间天车灼伤事故现象及情况介绍
1#厂房124#电解槽1#天车正在出铝，2#厂房408#电解槽处5#天车正将吸铝管插入电解槽准备出铝，此时发生天车起弧事故。
经检查1#天车吊钩上有2处直径约6mm的灼伤痕迹，吊钩的升降部分及旋转部分均有多处灼伤点。408#槽和124#槽及其门型架的绝缘全部击穿；408#槽的烟管绝缘击穿。
1#、2#、5#、6#天车为进口NEL天车。该4台车运行在靠整流所侧，承受正负直流电压约800～900V。
该电解系列2005年投产，在2005年至2010年之间运行正常，2010年发生过1次同样现象的事故,事故槽涉及408#槽和6#天车。
4 事故分析
正常情况下两栋电解厂房内电解槽之间的电压回路见图二。
当两栋厂房内两台电解槽同时出铝时，正负母线间电压回路为：124#槽负极——1#天车——1#厂房建筑物钢立柱——大地接地线——2#厂房建筑物钢立柱——5#天车——408#槽正极，在电压回路中两台天车分别承受约50%的正负极之间的电压，由于天车已作多级绝缘，故能安全产生。
正常生产时，电压回路一为：124#电解槽——大地接地线——408#电解槽，在电压回路中，两台电解槽分别承受约50%的正负极之间的电压，由于电解槽已作绝缘，故能安全产生。
正常生产时，电压回路二为：124#电解槽——124#电解槽烟管——大地接地线——408#电解槽烟管——408#电解槽，在电压回路中，由于电解槽烟管已作绝缘，故能安全产生。
事故时当1栋厂房内靠近整流所侧的124#槽天车正在出铝，如果408#槽绝缘损坏或绝缘降低，电压回路为：正极——408#槽——大地——1#厂房建筑物钢立柱——1#天车——124#电解槽——负极，1#天车直接与124#槽内铝水接触，故承受约900V电压，若天车绝缘降低，绝缘将被击穿，天车被灼伤，而124#槽的烟管与1#天车并联，由于未直接与铝水接触，回路电阻大于1#天车，故烟管被保护。
如果408#槽绝缘损坏或绝缘降低，电压回路二为：，正极——408#槽——408#槽烟管——2#厂房建筑物钢立柱——大地——1#厂房建筑物钢立柱——1#天车——124#电解槽——负极，由于1#天车击穿，烟管承受较高电压使烟管的绝缘击穿；由于5#天车与408#槽烟管为并联，5#天车的有多級绝缘，其电阻较烟管大，故烟管被击穿，5#天车被保护。
经以上分析，笔者认为：
（1）1#天车的绝缘已降低，需检查绝缘；
（2）408#电解槽绝缘也有问题，存在绝缘薄弱的位置，致使2次事故均与该槽有关。
5 结合事故现象防雷接地系统的改进措施
从事故现象看，是由于电解槽及设备的绝缘下降造成的事故，但是由于两栋厂房间的接地扁钢是也是让高电压穿越两栋厂房的原因。
铝电解厂房环境差、多尘、有沥青烟气和腐蚀性气体，项目投产的前期由于设备的绝缘能满足要求，故能安全生产，经个多年的运行，设备绝缘下降，产生事故的几率会大大提高，争对上述故障，可采取以下措施来解决上述问题。
（1）为避免因防雷接地系统造成的直流高电压引入接地的机械设备的故障，应将防雷接地与配电系统接地网完全分开，并将1厂房，2厂房的防雷接地网独立，这样即使在设备绝缘遭到破坏，由于绝缘破坏的电解槽间电压较低，对设备的伤害可大大降低。
对新建项目，应采用独立避雷接地系统，若为钢厂房，不宜将整个厂房联为一个接地的整体，尤其避免在电解槽的操作面将接地系统引入，并采取适当的绝缘措施，以保证操作面的安全。
（2）对现有设备加强检修，并加装绝缘监测装置，当车间内设备绝缘下降时及时发出信号，及时安排检修，避免事故的发生。
参考文献；
1《有色金属冶炼厂电力设计规范》YS5002-96
2《工业与民用配电设计手册》中国电力出版社 第三版
3《钢铁企业电力设计手册》冶金工业出版社
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。