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【摘要】采用技术先进的铝电解整流综合自动化系统是我国铝电解工业的迫切需暮，对促进我国铝电解工业的发展和进步有着重要意义。本文在介绍铝电解工艺及供电系统基础上，分析了铝电解生产供电系统自动化发展情况，提出了大型铝电解整流供电综合自动化系统设计关键技术
【关键词】电解铝，整流电源，综合自动化系统
【中图分类号】U223【文献标识码】A【文章编号】1005-1074(2009)02-0201-01
伴随着铝电解厂生产规模的日益扩大和计算机技本信息网络技的高速发展，铝电解供电系统综合自动化系统技术也日趋成熟，应用也越来越广泛。采用技术先进的铝电解整流综合自动化系统是我国铝电解工业的迫切需要，对促进我国铝电解工业的发展和进步有着重要意义[1,2]。整流供电综合自动化系统是指应用自动控制技术、微型机及网络通信技术，采用单元模块化结构，以智能继电保护装置和监控装置为核心，以分散安装或集中组合方式，集数据采集、测量、监控、保护、运行操作管理、信息远传为一体的特殊计算机网络系统，具有统一规划、整体管理、功能综合、结构模块化、操作监视屏幕化、运行管理智能化等特征。本文就如何选择和构建高性能并且稳定的，能够满足铝电解生产工艺要求的整流综合自动化系统进行相关技术分析。
1铝电解工艺及供电自动化生产特点
电解是通过直流电的作用，使金属在电源阴极析出的一种金属冶炼方法。铝电解过程具有如下特点:电解铝生产耗电量大，每吨铝耗电近15000度电;电解质的电阻影响槽电压，电解质的电压降占槽电压的36%～40%;电解质的密度影响金属铝与电解质的分离;电解质的勤度影响电解过程。薪度过大，阳极气泡不易溢出，加入电解质内的氧化铝不易沉降而成悬浮状态:薪度过低，电解质循环加快，加速铝滴和溶解了铝的转移，影响了电流效率;电流强度和电流效率影响铝电解生产的产量。目前国内电解铝供电整流系统均采用1I0KV(或220KV)直降整流机组，均采用同相逆并联结构型式，每台直降机组带两台整流柜，按照N+1的方式配置机组。其稳流装置采用饱和电抗器与有载分接开关联合调压方式。
2铝电解整流供电综合自动化系统技术分析
电解铝整流所微机综合自动化系统集中了变电整流所的所有功能，应用自动控制技术、计算机数字信号技术处理和数字化信息通信技术，将变电所相互有关联的各部分连接为一个有机的整体，完成变电所继电保护、安全监视、开关操作、稳流生产过程控制、数据存储和处理等全部功能;同时，应用INTERNET网络和TCP/IP技术，实现了变电站的遥测、遥控、遥调、遥信等功能，为变电站的无人值守打下了基础。采用先进的自动稳流技术，是电解铝整流供电系统的一个关键要素。按生产过程类别分，铝电解属熔盐电解。它依靠不断供给电解槽以直流电能，在1000℃左右将含有氧化铝的电解质进行加热和电解，生成的熔融铝并沉积于电解槽底部，连续不断地输入直流电方能保持电解槽正常生产所需的槽温。电能消耗在铝电解企业产品制造成本中占有很大的比例，最高可达45%左右。可见，在铝电解生产直流供电系统中采用自动稳流技术对提高产量、节能降耗是一项重要的技改措施。
3大型铝电解整流供电综合自动化系统设计关键技术分析
供电综合自动化系统取代常规的仪表盘、柜及一些中央信号装置，集测量、保护、控制、远传等功能于一体，与整流所和电解系列的工艺过程直接联系在一起，它的故障将直接影响被控对象的正常运行。因此，在进行系统设计时，都必须围绕系统可靠性和设备安全性这一原则，这里的可靠性是指系统长期、稳定进行工作的能力。为了保证系统的可靠性，关键系统和控制单元采用双机热备份的冗余方式，同时，尽量避免所有的功能都集中在一起，采用分层的方式将功能分散。整流供电综合自动化系统有如下技术特点，保护和监控系统相对独立设置，监控微机集中统一管理变电站综合自动化系统中保护的可靠性是第一重要的，独立设置保护有利于全系统的安全稳定运行；分层、分散、系列化、多配置，满足不同用户需要；系统简单可靠、综合造价低；PML监控和SEL保护具有独特的分析记录和逻辑可编程功能；系统软件及特殊功能监控装置性能价格比高。此整流供电系统以带远程通信接口的单元式SEL微机保护装置和PML监控装置为核心，采用分层分布、面向对象设计概念，将主控层、通信管理层、现场控制层单独设计，具有保护、监控完全分开的技术特点，可靠、完全地实现了就地监控。系统采用上位机直接通过两个独立的通信网络管理保护、监控及PLC单元的系统软件，取消了通信管理的可靠性瓶颈，完全实现了真正的双监控微机双通信网的分散式系统结构。在系统中，间隔层保护装置、监控装置、PLC都通过完全不同的通信网络与两台微机独立连接，网络和监控微机不仅是双冗余的，而且是完全对等的，任何一个通路出现故障，或者任何一台微机出现故障，均不影响系统的可靠运行，系统的可靠性得到极大的提高。为了提高系统的可靠性，系统采用了工程上常用的冗余技术。这种冗余方式简称为N+l，即N个设备增加一个冗余备用。统设计为分层分布式双网双机冗余局域网网络结构，主要有三部分组成，第一层为现场控制层，第二层为通信管理层；第三部分为最上层的主控层。下面具体分析某大型铝电解整流供电综合系统的具体装置配置情况。其中，该系统选择SEL-587作为电流差动保护装置，这是一种较为可靠的电流差动继电保护装置，可提供电流差动保护以及两组完整的过电流保护，主要应用于双绕组变压器、电抗器、发电机、大型电动机以及其它双端设备的电流差动保护，适应各种连接方式的电力变压器。该系统选择SEL一351A作为保护测控装置，该继电器是一种集保护、监视、控制和故障定位于一体的保护装置。它的保护功能包括过电流、低电压/过电压、低频率/过频率，另外还有相、接地、中性点保护以及方向元件。其中还有完整的一套增强型自动化功能。在该系统中我们选择了SEL-551作为整流变继电保护装置,该继电器是一种集保护、测量、监视、控制、逻辑功能于一体的过电流重合闸综合保护测控装置。它包括各种继电器元件，可实现过电流保护和重合闸控制，其相、接地、中性点保护元件可以完全独立整定。另外，选择该系统选择SEL-2030作为系统的智能通讯处理器，它是美国SEL公司推出的微机型智能通信处理器。SEL一2030通信处理器是对变电所通信和综合自动化技术的一个突破。它将多端口通信、数据库处理、非易失存储器、时间保持和同步、报警监视及辅助控制集成在一个便携的、功能强大的、经济的、使用方便的、坚固的通信处理设备中。该系统选择7700ION作為系统监控、测量装置装置，该装置是加拿大户。Power Measurement Ltd.公司研制的高档电量动态监视、记录、事故分析和智能控制装置，它以多CPU、高性能、大容量记忆内存、一路交流、42路I/O、多数据通信口为主要特征，具有高速采样捕捉电量瞬变、电量波动、电量越限、高次谐波分析、长时间故障录波、不平衡度、负序和零序分量测量、永久性数据存贮、可编程逻辑控制等强大实用的功能，适用于各种规模和电压等级的变电站、发电厂和电力系统电网调度中心。滤波装置的监控，系统选用73301ON智能监控单元，它具有独立AI、DI和DO，双通信接口，具有PLC逻辑编程功能，直接安装在开关柜上，通过通信网络直接与两台监控微机通信。SEL-501是美国SEL公司推出的微机型双通用过电流保护装置。网络通信介质主要有金属性通信电缆和光缆，价格都越来越低。通信介质因为需要远距离敷设，故障概率也比较高。通信介质的接口连接处也比较容易出现问题。为了提高系统的可靠性，系统的通信网络应该实行冗余配置。根据技术要求，通信连接可全部采用屏蔽双绞线，也可以采用屏蔽双绞线与光纤相结合的方式。综合考虑可靠性和经济性要求，通信介质的选择如下:主控室内、各个6kV配电所内采用屏蔽双绞线，而在各个6kV配电所与主控室之间采用光纤连接。
4结语
铝电解是高能耗工业，随着电价的不断提高，电费已占吨铝成本的40%以上，严重威胁和制约着铝工业的发展。如何改善铝电解槽的运行工况，努力降低电耗和提高产量已是铝工业面临的急需解决的课题。本文对于铝电解整流供电综合自动化系统的配置进行详细分析，以期为保持电解系列电流的平稳，改善电解生产指标，提高电解铝的产量，特别是降低电耗作出一定贡献。
5参考文献
[1]张秀岭,王洪永,赵建民.铝电解生产中延长电解槽寿命的新措施[J].轻金属,2008,12
[2]龚泉禄.浅谈铝电解节能降耗措施[J].甘肃冶金,2008,05
【关键词】电解铝，整流电源，综合自动化系统
【中图分类号】U223【文献标识码】A【文章编号】1005-1074(2009)02-0201-01
伴随着铝电解厂生产规模的日益扩大和计算机技本信息网络技的高速发展，铝电解供电系统综合自动化系统技术也日趋成熟，应用也越来越广泛。采用技术先进的铝电解整流综合自动化系统是我国铝电解工业的迫切需要，对促进我国铝电解工业的发展和进步有着重要意义[1,2]。整流供电综合自动化系统是指应用自动控制技术、微型机及网络通信技术，采用单元模块化结构，以智能继电保护装置和监控装置为核心，以分散安装或集中组合方式，集数据采集、测量、监控、保护、运行操作管理、信息远传为一体的特殊计算机网络系统，具有统一规划、整体管理、功能综合、结构模块化、操作监视屏幕化、运行管理智能化等特征。本文就如何选择和构建高性能并且稳定的，能够满足铝电解生产工艺要求的整流综合自动化系统进行相关技术分析。
1铝电解工艺及供电自动化生产特点
电解是通过直流电的作用，使金属在电源阴极析出的一种金属冶炼方法。铝电解过程具有如下特点:电解铝生产耗电量大，每吨铝耗电近15000度电;电解质的电阻影响槽电压，电解质的电压降占槽电压的36%～40%;电解质的密度影响金属铝与电解质的分离;电解质的勤度影响电解过程。薪度过大，阳极气泡不易溢出，加入电解质内的氧化铝不易沉降而成悬浮状态:薪度过低，电解质循环加快，加速铝滴和溶解了铝的转移，影响了电流效率;电流强度和电流效率影响铝电解生产的产量。目前国内电解铝供电整流系统均采用1I0KV(或220KV)直降整流机组，均采用同相逆并联结构型式，每台直降机组带两台整流柜，按照N+1的方式配置机组。其稳流装置采用饱和电抗器与有载分接开关联合调压方式。
2铝电解整流供电综合自动化系统技术分析
电解铝整流所微机综合自动化系统集中了变电整流所的所有功能，应用自动控制技术、计算机数字信号技术处理和数字化信息通信技术，将变电所相互有关联的各部分连接为一个有机的整体，完成变电所继电保护、安全监视、开关操作、稳流生产过程控制、数据存储和处理等全部功能;同时，应用INTERNET网络和TCP/IP技术，实现了变电站的遥测、遥控、遥调、遥信等功能，为变电站的无人值守打下了基础。采用先进的自动稳流技术，是电解铝整流供电系统的一个关键要素。按生产过程类别分，铝电解属熔盐电解。它依靠不断供给电解槽以直流电能，在1000℃左右将含有氧化铝的电解质进行加热和电解，生成的熔融铝并沉积于电解槽底部，连续不断地输入直流电方能保持电解槽正常生产所需的槽温。电能消耗在铝电解企业产品制造成本中占有很大的比例，最高可达45%左右。可见，在铝电解生产直流供电系统中采用自动稳流技术对提高产量、节能降耗是一项重要的技改措施。
3大型铝电解整流供电综合自动化系统设计关键技术分析
供电综合自动化系统取代常规的仪表盘、柜及一些中央信号装置，集测量、保护、控制、远传等功能于一体，与整流所和电解系列的工艺过程直接联系在一起，它的故障将直接影响被控对象的正常运行。因此，在进行系统设计时，都必须围绕系统可靠性和设备安全性这一原则，这里的可靠性是指系统长期、稳定进行工作的能力。为了保证系统的可靠性，关键系统和控制单元采用双机热备份的冗余方式，同时，尽量避免所有的功能都集中在一起，采用分层的方式将功能分散。整流供电综合自动化系统有如下技术特点，保护和监控系统相对独立设置，监控微机集中统一管理变电站综合自动化系统中保护的可靠性是第一重要的，独立设置保护有利于全系统的安全稳定运行；分层、分散、系列化、多配置，满足不同用户需要；系统简单可靠、综合造价低；PML监控和SEL保护具有独特的分析记录和逻辑可编程功能；系统软件及特殊功能监控装置性能价格比高。此整流供电系统以带远程通信接口的单元式SEL微机保护装置和PML监控装置为核心，采用分层分布、面向对象设计概念，将主控层、通信管理层、现场控制层单独设计，具有保护、监控完全分开的技术特点，可靠、完全地实现了就地监控。系统采用上位机直接通过两个独立的通信网络管理保护、监控及PLC单元的系统软件，取消了通信管理的可靠性瓶颈，完全实现了真正的双监控微机双通信网的分散式系统结构。在系统中，间隔层保护装置、监控装置、PLC都通过完全不同的通信网络与两台微机独立连接，网络和监控微机不仅是双冗余的，而且是完全对等的，任何一个通路出现故障，或者任何一台微机出现故障，均不影响系统的可靠运行，系统的可靠性得到极大的提高。为了提高系统的可靠性，系统采用了工程上常用的冗余技术。这种冗余方式简称为N+l，即N个设备增加一个冗余备用。统设计为分层分布式双网双机冗余局域网网络结构，主要有三部分组成，第一层为现场控制层，第二层为通信管理层；第三部分为最上层的主控层。下面具体分析某大型铝电解整流供电综合系统的具体装置配置情况。其中，该系统选择SEL-587作为电流差动保护装置，这是一种较为可靠的电流差动继电保护装置，可提供电流差动保护以及两组完整的过电流保护，主要应用于双绕组变压器、电抗器、发电机、大型电动机以及其它双端设备的电流差动保护，适应各种连接方式的电力变压器。该系统选择SEL一351A作为保护测控装置，该继电器是一种集保护、监视、控制和故障定位于一体的保护装置。它的保护功能包括过电流、低电压/过电压、低频率/过频率，另外还有相、接地、中性点保护以及方向元件。其中还有完整的一套增强型自动化功能。在该系统中我们选择了SEL-551作为整流变继电保护装置,该继电器是一种集保护、测量、监视、控制、逻辑功能于一体的过电流重合闸综合保护测控装置。它包括各种继电器元件，可实现过电流保护和重合闸控制，其相、接地、中性点保护元件可以完全独立整定。另外，选择该系统选择SEL-2030作为系统的智能通讯处理器，它是美国SEL公司推出的微机型智能通信处理器。SEL一2030通信处理器是对变电所通信和综合自动化技术的一个突破。它将多端口通信、数据库处理、非易失存储器、时间保持和同步、报警监视及辅助控制集成在一个便携的、功能强大的、经济的、使用方便的、坚固的通信处理设备中。该系统选择7700ION作為系统监控、测量装置装置，该装置是加拿大户。Power Measurement Ltd.公司研制的高档电量动态监视、记录、事故分析和智能控制装置，它以多CPU、高性能、大容量记忆内存、一路交流、42路I/O、多数据通信口为主要特征，具有高速采样捕捉电量瞬变、电量波动、电量越限、高次谐波分析、长时间故障录波、不平衡度、负序和零序分量测量、永久性数据存贮、可编程逻辑控制等强大实用的功能，适用于各种规模和电压等级的变电站、发电厂和电力系统电网调度中心。滤波装置的监控，系统选用73301ON智能监控单元，它具有独立AI、DI和DO，双通信接口，具有PLC逻辑编程功能，直接安装在开关柜上，通过通信网络直接与两台监控微机通信。SEL-501是美国SEL公司推出的微机型双通用过电流保护装置。网络通信介质主要有金属性通信电缆和光缆，价格都越来越低。通信介质因为需要远距离敷设，故障概率也比较高。通信介质的接口连接处也比较容易出现问题。为了提高系统的可靠性，系统的通信网络应该实行冗余配置。根据技术要求，通信连接可全部采用屏蔽双绞线，也可以采用屏蔽双绞线与光纤相结合的方式。综合考虑可靠性和经济性要求，通信介质的选择如下:主控室内、各个6kV配电所内采用屏蔽双绞线，而在各个6kV配电所与主控室之间采用光纤连接。
4结语
铝电解是高能耗工业，随着电价的不断提高，电费已占吨铝成本的40%以上，严重威胁和制约着铝工业的发展。如何改善铝电解槽的运行工况，努力降低电耗和提高产量已是铝工业面临的急需解决的课题。本文对于铝电解整流供电综合自动化系统的配置进行详细分析，以期为保持电解系列电流的平稳，改善电解生产指标，提高电解铝的产量，特别是降低电耗作出一定贡献。
5参考文献
[1]张秀岭,王洪永,赵建民.铝电解生产中延长电解槽寿命的新措施[J].轻金属,2008,12
[2]龚泉禄.浅谈铝电解节能降耗措施[J].甘肃冶金,2008,05