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摘 要：介绍了兰州铝业有限公司200 kA电解系列整流机组的不停电技术改造方案及其特点，阐述了改造后的效果，可为同类型电解整流机组局部和整体改造提供参考。
关键词：200 kA电解整流机组;不停电;技术改造
0 引言
兰州铝业有限公司200 kA电解系列共配建4台ZHSFPTB-96100/220型整流机组。受当时设计理念、装备制造水平及投资等所限，该机组配置相对保守，整流元件等关键零部件老化，整流效率低下，稳流效果较差。整流机组投产近20年，设备自身存在的问题和弊端逐步显现，且有加剧和扩大的趋势：
（1）整流变压器调变中性点绝缘不符合设计规范，内部过热，主变与电抗器软连接存在设计缺陷且过热;
（2）整流柜内部短路故障时有发生;
（3）直流刀开关长期超温运行。
至2019年共发生1次整流变压器绕组烧毁返厂维修事件，3次以上因整流元件击穿致整流柜爆炸造成系列停电的严重事故。因此，我司于2019年12月—2020年4月对机组进行了整体技术改造。
1 改造方案及其特点
为保证200 kA电解系列能正常连续生产，必须在电解系列不停电的条件下完成全部改造工作，存在技術复杂、安全风险大、工期紧张、施工组织复杂等问题。
1.1 设备基础砼改钢
整流柜基础采用预制钢结构整体加固砼结构。场外预制钢结构在整流柜拆除后整体拼装。滤波补偿、油风冷设备基础采取混凝土基底与钢结构基准面组合体，对基底使用的少量混凝土添加早强剂并采取电加热保温措施，促进低温条件下水泥水化和强度发展，从而节省混凝土支模、浇筑、振捣、养护、二次灌浆找平等工序所需时间，避免细砂浆与基底结合不牢造成强度下降和坍塌，保证基础的整体强度和基准精度，为后期设备安装创造有利条件。
1.2 梁柱加固方案优化
由于改造施工在电解系列不停电条件下实施，相邻的两侧设备带电，5.5 m母线支吊钢梁的梁柱加固方案实施难度较大，且耗时较长。结合现场勘察计算，采用预制牛腿钢结构支撑取代混凝土立柱与墙面穿孔固定，减少整流室内土建作业，降低在带电设备邻近施工的风险，同时也节省了混凝土立柱现筑和墙面打孔的时间。钢结构场外预制，将施工由串行转化为并行，加快施工进度。梁柱加固方案如图1所示。
1.3 防火墙等结构优化
将补偿室与变压器之间的防火隔墙由原设计砖墙变更为钢骨架双面封防火板，降低了高空临边作业的难度和安全风险，省去了脚手架搭设的工序和时间，为变压器安装作业节省了空间和时间;加宽加固阀侧母线洞口，提高结构强度的同时，增大绝缘间距，降低安全风险。
1.4 等电位作业
直流刀开关的拆除更换采用等电位作业。使用绝缘隔板将汇流母线、分支母线、临时作业平台与构筑物、墙体、地面之间进行隔离，作业人员着防护服与绝缘手套并携带绝缘工具在作业平台上实施带电拆、装作业。拆除汇流母线侧的直流刀连接铜排，将汇流母线与改造机组进行绝缘隔离。直流刀更换改造完毕，再逆序进行安装，采用螺栓固定方式将专用连接铜排并入汇流母线。
1.5 稳流与综自系统在线割接
对稳流、综自系统进行同步改造时，提前对新系统进行测试和排错，并进行多次仿真试运。在设备拆除、安装及调试过程中，稳流、综自系统先行，采取数据封锁、解除总调、手动开环调节、新旧系统并列运行的在线割接方案，最大限度保证稳流、综自系统逐台机组平滑、无扰过渡到新系统。在4台机组均已接入后，再对公用部分进行整体调试，避免通信和信号中断造成稳流总调解列，稳流紊乱，直流电压、电流波动，影响电解生产。
1.6 继电保护及二次回路带电接入
制订严格的继电保护施工策略和措施，系统性完整排查全站继电保护及二次接线，严密确定拆、接线顺序。将保护投退与机组改造的节点紧密结合，严丝合缝，确保运行设备有保护、停电设备硬隔离、公用系统及保护公用部分退出时间最短，确保施工过程中220 kV进线、母线、母联、母线PT以及其余机组电气设备的安全。
1.7 总直流互感器换型
将总直流互感器更换为光纤电流传感器，消除原霍尔检测式电流传感器绝缘等级低、易受磁场干扰、磁饱和导致线性度差和偏差增大的缺点。光纤电流传感器具有绝缘性能良好、测量精度高、抗干扰能力强、动态测量范围大、频带宽的优点，同时由于其体积小、重量轻，检修维护方便，适应了电力保护和计量数字化、智能化以及光通信的发展趋势。
1.8 施工组织
为了更好地组织施工，将改造工作按照互不影响、相对独立的原则分解为表1所示子项，从时间和空间上进行统筹，以达到并行施工、节点汇流、协调一致的目的，提高整体效率。
2 改造后的效果
200 kA整流机组改造项目的成功实施，彻底解决了整流供电设备老化、运行风险高的问题，为200 kA整流系统长周期安全平稳供电奠定了坚实的基础，同时具有较好的经济效益。
2.1 经济效益
整流机组技术改造项目投运后，对其运行数据连续监测，根据交流进线电能表和总直流互感器的计量、测量数据测算，整流效率由2019年的96.90%（年均值）提高到最高98.55%。200 kA电解系列2019年直流电量16.77亿kWh，交流电量17.30亿kWh。参考以上数值进行测算：按照整流效率最高提升1.65%，折算至全年的交流电量为17.01亿kWh，每年可节电0.29亿kWh。按结算电价0.381元/kWh估算，每年可节约电费约1 104万元。 稳流系统经过改造，采用数字调节技术，使稳流调节性能提高，响应速度、调节精度、电能质量均有改善，对电解效率的提高和产品质量的改善均有较大价值，产生的经济效益通过长期的累积得以显现。
2.2 安全效益
通过改造，彻底解决了原整流机组存在的问题，消除了设备运行和人身安全方面的重大隐患。其中：
（1）调压变压器中性点对地绝缘提高到110 kV，变压器运行安全可靠性提高。
（2）调压整流变壓器整体更换和大修，对内部绝缘构件进行紧固，对绝缘材料进行更换和加强，整体性能提高。
（3）整流柜整体改造，整流器采用非同相逆并联结构，降低了整流器正负母排短路的安全风险。
（4）直流大电流刀开关整体改造，触头结构优化，接触面增大，接触电阻减小，温升减小，安全性提高。
（5）整流变与饱和电抗器一体化，出线连接结构整体优化，解决了软连接过热问题;同时绝缘和密封性能提高，消除了短路和漏油导致的安全和环保风险。
（6）此次还对综自、稳流、保护装置、滤波补偿设备、调变中性点接地刀闸等进行了整体改造，并对220 kV架空线绝缘子等进行改造、更换、升级，消除了安全隐患，能够确保整流机组长周期安全稳定运行。
3 结语
兰州铝业有限公司200 kA整流机组的技术改造，是在200 kA电解系列不停电的条件下施工，单台机组改造施工时间最短压缩至8天以内，在此期间未发生一般及以上事故，未发生环境污染事件及影响社会稳定事件。工程自检合格率100%，优良率65%，实现了预期的安全、工期、质量目标。该项目的成功实施，对同类型电解整流机组的不停电局部和整体改造有一定的参考价值。
[参考文献]
[1] 西安电力电子技术研究所.ZHS-37500A/1020V硅整流电源说明书[Z]，2001.
[2] 江西变压器科技有限公司.ZHSFPTB-115000/220型调压/整流变压器说明书[Z]，2006.
[3] 九江赛晶科技有限公司.ZES-2×40kA/1200V型整流机组说明书[Z]，2006.
收稿日期：2021-02-03
作者简介：刘胜祥（1973—），男，辽宁宽甸人，工程师，研究方向：电气管理。
关键词：200 kA电解整流机组;不停电;技术改造
0 引言
兰州铝业有限公司200 kA电解系列共配建4台ZHSFPTB-96100/220型整流机组。受当时设计理念、装备制造水平及投资等所限，该机组配置相对保守，整流元件等关键零部件老化，整流效率低下，稳流效果较差。整流机组投产近20年，设备自身存在的问题和弊端逐步显现，且有加剧和扩大的趋势：
（1）整流变压器调变中性点绝缘不符合设计规范，内部过热，主变与电抗器软连接存在设计缺陷且过热;
（2）整流柜内部短路故障时有发生;
（3）直流刀开关长期超温运行。
至2019年共发生1次整流变压器绕组烧毁返厂维修事件，3次以上因整流元件击穿致整流柜爆炸造成系列停电的严重事故。因此，我司于2019年12月—2020年4月对机组进行了整体技术改造。
1 改造方案及其特点
为保证200 kA电解系列能正常连续生产，必须在电解系列不停电的条件下完成全部改造工作，存在技術复杂、安全风险大、工期紧张、施工组织复杂等问题。
1.1 设备基础砼改钢
整流柜基础采用预制钢结构整体加固砼结构。场外预制钢结构在整流柜拆除后整体拼装。滤波补偿、油风冷设备基础采取混凝土基底与钢结构基准面组合体，对基底使用的少量混凝土添加早强剂并采取电加热保温措施，促进低温条件下水泥水化和强度发展，从而节省混凝土支模、浇筑、振捣、养护、二次灌浆找平等工序所需时间，避免细砂浆与基底结合不牢造成强度下降和坍塌，保证基础的整体强度和基准精度，为后期设备安装创造有利条件。
1.2 梁柱加固方案优化
由于改造施工在电解系列不停电条件下实施，相邻的两侧设备带电，5.5 m母线支吊钢梁的梁柱加固方案实施难度较大，且耗时较长。结合现场勘察计算，采用预制牛腿钢结构支撑取代混凝土立柱与墙面穿孔固定，减少整流室内土建作业，降低在带电设备邻近施工的风险，同时也节省了混凝土立柱现筑和墙面打孔的时间。钢结构场外预制，将施工由串行转化为并行，加快施工进度。梁柱加固方案如图1所示。
1.3 防火墙等结构优化
将补偿室与变压器之间的防火隔墙由原设计砖墙变更为钢骨架双面封防火板，降低了高空临边作业的难度和安全风险，省去了脚手架搭设的工序和时间，为变压器安装作业节省了空间和时间;加宽加固阀侧母线洞口，提高结构强度的同时，增大绝缘间距，降低安全风险。
1.4 等电位作业
直流刀开关的拆除更换采用等电位作业。使用绝缘隔板将汇流母线、分支母线、临时作业平台与构筑物、墙体、地面之间进行隔离，作业人员着防护服与绝缘手套并携带绝缘工具在作业平台上实施带电拆、装作业。拆除汇流母线侧的直流刀连接铜排，将汇流母线与改造机组进行绝缘隔离。直流刀更换改造完毕，再逆序进行安装，采用螺栓固定方式将专用连接铜排并入汇流母线。
1.5 稳流与综自系统在线割接
对稳流、综自系统进行同步改造时，提前对新系统进行测试和排错，并进行多次仿真试运。在设备拆除、安装及调试过程中，稳流、综自系统先行，采取数据封锁、解除总调、手动开环调节、新旧系统并列运行的在线割接方案，最大限度保证稳流、综自系统逐台机组平滑、无扰过渡到新系统。在4台机组均已接入后，再对公用部分进行整体调试，避免通信和信号中断造成稳流总调解列，稳流紊乱，直流电压、电流波动，影响电解生产。
1.6 继电保护及二次回路带电接入
制订严格的继电保护施工策略和措施，系统性完整排查全站继电保护及二次接线，严密确定拆、接线顺序。将保护投退与机组改造的节点紧密结合，严丝合缝，确保运行设备有保护、停电设备硬隔离、公用系统及保护公用部分退出时间最短，确保施工过程中220 kV进线、母线、母联、母线PT以及其余机组电气设备的安全。
1.7 总直流互感器换型
将总直流互感器更换为光纤电流传感器，消除原霍尔检测式电流传感器绝缘等级低、易受磁场干扰、磁饱和导致线性度差和偏差增大的缺点。光纤电流传感器具有绝缘性能良好、测量精度高、抗干扰能力强、动态测量范围大、频带宽的优点，同时由于其体积小、重量轻，检修维护方便，适应了电力保护和计量数字化、智能化以及光通信的发展趋势。
1.8 施工组织
为了更好地组织施工，将改造工作按照互不影响、相对独立的原则分解为表1所示子项，从时间和空间上进行统筹，以达到并行施工、节点汇流、协调一致的目的，提高整体效率。
2 改造后的效果
200 kA整流机组改造项目的成功实施，彻底解决了整流供电设备老化、运行风险高的问题，为200 kA整流系统长周期安全平稳供电奠定了坚实的基础，同时具有较好的经济效益。
2.1 经济效益
整流机组技术改造项目投运后，对其运行数据连续监测，根据交流进线电能表和总直流互感器的计量、测量数据测算，整流效率由2019年的96.90%（年均值）提高到最高98.55%。200 kA电解系列2019年直流电量16.77亿kWh，交流电量17.30亿kWh。参考以上数值进行测算：按照整流效率最高提升1.65%，折算至全年的交流电量为17.01亿kWh，每年可节电0.29亿kWh。按结算电价0.381元/kWh估算，每年可节约电费约1 104万元。 稳流系统经过改造，采用数字调节技术，使稳流调节性能提高，响应速度、调节精度、电能质量均有改善，对电解效率的提高和产品质量的改善均有较大价值，产生的经济效益通过长期的累积得以显现。
2.2 安全效益
通过改造，彻底解决了原整流机组存在的问题，消除了设备运行和人身安全方面的重大隐患。其中：
（1）调压变压器中性点对地绝缘提高到110 kV，变压器运行安全可靠性提高。
（2）调压整流变壓器整体更换和大修，对内部绝缘构件进行紧固，对绝缘材料进行更换和加强，整体性能提高。
（3）整流柜整体改造，整流器采用非同相逆并联结构，降低了整流器正负母排短路的安全风险。
（4）直流大电流刀开关整体改造，触头结构优化，接触面增大，接触电阻减小，温升减小，安全性提高。
（5）整流变与饱和电抗器一体化，出线连接结构整体优化，解决了软连接过热问题;同时绝缘和密封性能提高，消除了短路和漏油导致的安全和环保风险。
（6）此次还对综自、稳流、保护装置、滤波补偿设备、调变中性点接地刀闸等进行了整体改造，并对220 kV架空线绝缘子等进行改造、更换、升级，消除了安全隐患，能够确保整流机组长周期安全稳定运行。
3 结语
兰州铝业有限公司200 kA整流机组的技术改造，是在200 kA电解系列不停电的条件下施工，单台机组改造施工时间最短压缩至8天以内，在此期间未发生一般及以上事故，未发生环境污染事件及影响社会稳定事件。工程自检合格率100%，优良率65%，实现了预期的安全、工期、质量目标。该项目的成功实施，对同类型电解整流机组的不停电局部和整体改造有一定的参考价值。
[参考文献]
[1] 西安电力电子技术研究所.ZHS-37500A/1020V硅整流电源说明书[Z]，2001.
[2] 江西变压器科技有限公司.ZHSFPTB-115000/220型调压/整流变压器说明书[Z]，2006.
[3] 九江赛晶科技有限公司.ZES-2×40kA/1200V型整流机组说明书[Z]，2006.
收稿日期：2021-02-03
作者简介：刘胜祥（1973—），男，辽宁宽甸人，工程师，研究方向：电气管理。