作為鋁電解企業(yè)生產(chǎn)大型供電設(shè)備的整流機(jī)組，要求安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、持續(xù)平穩(wěn)供電。在進(jìn)行正常倒閘操作過程中發(fā)生保護(hù)誤動(dòng)，造成單臺(tái)整流機(jī)組跳閘，從而影響整流機(jī)組系統(tǒng)安全平穩(wěn)運(yùn)行，對(duì)鋁電解企業(yè)的平穩(wěn)生產(chǎn)造成極大的影響。這種典型重大缺陷問題在電解鋁行業(yè)中并不常見，尤其是在預(yù)解決此類缺陷問題的初期，存在不少的困擾，更是缺乏可直接借鑒的實(shí)際案例。

本文以此為背景，通過對(duì)鋁電解整流機(jī)組非典型保護(hù)誤動(dòng)跳閘進(jìn)行分析及技術(shù)改造，成功解決整流機(jī)組非典型誤動(dòng)跳閘問題，以便于行業(yè)內(nèi)對(duì)此類缺陷問題進(jìn)行探討，為今后處理此類整流機(jī)組非典型誤動(dòng)缺陷提供更多的參考。

1 鋁電解整流機(jī)組非典型誤動(dòng)現(xiàn)象

某國(guó)有大型鋁電解企業(yè)220kV開關(guān)站在進(jìn)行正常倒閘操作過程中，拉開/合上220kV氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（gas insulated metal enclosed switchgear and controlgear, GIS）母線側(cè)隔離開關(guān)時(shí)，多次導(dǎo)致單臺(tái)整流機(jī)組誤動(dòng)跳閘，整流控制柜PLC及后臺(tái)報(bào)整流柜“元件壞二”跳閘、“母線過熱”跳閘等信息，整流控制柜重動(dòng)箱對(duì)應(yīng)動(dòng)作指示燈亮。

這種故障現(xiàn)象并不是每次進(jìn)行母線側(cè)隔離開關(guān)倒閘操作時(shí)都會(huì)發(fā)生，只是偶然幾率，但是每年的計(jì)劃?rùn)z修工作中，該倒閘操作項(xiàng)較為頻繁，每年導(dǎo)致單臺(tái)整流機(jī)組誤動(dòng)跳閘的次數(shù)也會(huì)有2～3次，且發(fā)生在不同的整流機(jī)組，對(duì)企業(yè)的正常生產(chǎn)平穩(wěn)供電構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。

2 整流機(jī)組誤動(dòng)原因分析

經(jīng)對(duì)整流機(jī)組誤動(dòng)跳閘可能性、現(xiàn)場(chǎng)情況及故障現(xiàn)象分析，排除了二次回路接線錯(cuò)誤的可能性。但考慮到變電站自動(dòng)化系統(tǒng)在強(qiáng)大的電磁干擾環(huán)境中運(yùn)行，會(huì)受到不同程度的電磁干擾，尤其是一次高壓設(shè)備（斷路器、隔離開關(guān)等）進(jìn)行操作，會(huì)產(chǎn)生暫態(tài)干擾電壓，通過靜電耦合、電磁耦合等其峰值高達(dá)幾百伏至幾千伏，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)對(duì)二次回路產(chǎn)生重大的干擾或?qū)ΡＷo(hù)裝置中的元器件造成損壞。

電力系統(tǒng)的電磁環(huán)境是一個(gè)極為復(fù)雜并存在多種電磁干擾的環(huán)境，這樣的電磁環(huán)境對(duì)自動(dòng)化設(shè)備正常運(yùn)行帶來極為不利的影響。因此，經(jīng)過綜合分析，認(rèn)為有可能是以下幾個(gè)方面的原因?qū)е抡鳈C(jī)組誤動(dòng)誤跳。

1）操作220kV GIS母線側(cè)隔離開關(guān)引起地電位變化產(chǎn)生的干擾。一次高壓電氣設(shè)備（斷路器、隔離開關(guān)等）進(jìn)行的操作，動(dòng)作瞬間會(huì)造成比較大的電網(wǎng)沖擊，形成較高頻率電磁波，具有很強(qiáng)的干擾能力，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)可靠運(yùn)行，對(duì)二次回路產(chǎn)生電磁騷擾。

2）操作220kV GIS母線側(cè)隔離開關(guān)時(shí)引起的母線電磁場(chǎng)變化耦合到低壓側(cè)引起的誤動(dòng)。通常隔離開關(guān)拉合過程中產(chǎn)生的過電壓幅值可達(dá)系統(tǒng)額定電壓的3.0倍；隔離開關(guān)動(dòng)作瞬間除由于暫態(tài)電磁場(chǎng)通過對(duì)二次回路形成電磁干擾外，還可能由于電磁和靜電感應(yīng)通過耦合造成干擾。

3）非同相逆并聯(lián)整流裝置磁場(chǎng)變化較大引起出口電磁繼電器誤動(dòng)。

4）整流控制柜PLC接地線與其他接地線混接引起PLC的誤動(dòng)，包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等，不同接地點(diǎn)間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，可能造成保護(hù)誤動(dòng)。接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性的有效手段。正確地接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾；而錯(cuò)誤地接地，反而會(huì)引入嚴(yán)重的干擾信號(hào)，影響系統(tǒng)正常工作。

5）信號(hào)線受電磁輻射感應(yīng)干擾，對(duì)于隔離性能差的環(huán)節(jié)，在外部感應(yīng)干擾的情況下，導(dǎo)致信號(hào)間互相干擾，引起共地系統(tǒng)回流，造成誤動(dòng)。

3 整流機(jī)組誤動(dòng)技術(shù)改造措施

通過上述誤動(dòng)原因可能性分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，進(jìn)行有針對(duì)性的整改及技術(shù)改造。針對(duì)抗干擾三要素即干擾源、傳播途徑和電磁敏感設(shè)備著手進(jìn)行整改及技改，主要措施分為4個(gè)方面：①對(duì)整流機(jī)組PLC設(shè)立單獨(dú)接地極并接地；②整流柜控制重動(dòng)箱裝設(shè)防磁屏蔽罩；③相關(guān)設(shè)備接地整改； ④整流柜保護(hù)回路技改。

1）整流機(jī)組PLC單獨(dú)做接地極，與現(xiàn)有的接地網(wǎng)分開，距離大于5m，接地電阻不大于4◆。為防止PLC系統(tǒng)受高壓系統(tǒng)的干擾，將PLC接地系統(tǒng)與開關(guān)站主接地網(wǎng)分開，單獨(dú)裝設(shè)PLC接地系統(tǒng)。主接地極選用型號(hào)為50mm×50mm×5mm接地角鋼，每根長(zhǎng)度1.5m，每間隔1m將角鋼直埋入大地內(nèi)。每根角鋼之間用50mm×5mm扁鋼進(jìn)行焊接。使用16mm銅導(dǎo)線將接地極引至各整流機(jī)組控制柜，專用于PLC接地，并將該接地與其他接地進(jìn)行有效分離。

2）整流柜控制重動(dòng)箱用2mm的鋼板做屏蔽，外殼接地。整流控制柜內(nèi)重動(dòng)箱距離整流柜較近，受磁場(chǎng)感應(yīng)較強(qiáng)，為有效屏蔽磁場(chǎng)對(duì)重動(dòng)箱干擾，防止受干擾導(dǎo)致重動(dòng)箱誤動(dòng)，根據(jù)重動(dòng)箱尺寸使用厚度為2mm鋼板加工防磁屏蔽罩，并進(jìn)行安裝。

3）整流柜就地控制箱箱體用絕緣子隔離，控制箱外殼不能有接地點(diǎn)。原整流柜就地控制箱外殼箱體與接地體連接，現(xiàn)將所有整流機(jī)組整流柜A/B柜就地控制箱的箱體與基座螺栓松脫，拆下螺栓，用螺栓將4個(gè)型號(hào)為SM30絕緣子安裝在原整流柜就地控制箱金屬基座4個(gè)角上。用螺栓將就地控制箱固定在絕緣子上，使就地控制箱金屬外殼與金屬基座進(jìn)行電氣絕緣隔離。

4）整流變壓器鐵心接地與過電壓保護(hù)箱保護(hù)接地分離，閥側(cè)過電壓保護(hù)吸收工作接地采取就近接地，變壓器鐵心工作接地采用就近接地。將兩者相互連接的原接地電纜拆除。

5）整流柜純水冷卻器控制柜外殼接地與控制柜基礎(chǔ)接地采用就地連接。

純水冷卻器控制箱體外殼與接地體（扁鐵）連接電纜較長(zhǎng)，并與直流母線形成切割磁力線之狀，易產(chǎn)生電磁感應(yīng)。之間有耦合電容存在，耦合的電場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生干擾源。技改措施為：選取與箱體外殼就近的接地引線，拆除箱體原接地電纜并將該端與就近接地引線連接，避免接地線呈切割磁力線狀，減弱接地線受電場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度。

6）開關(guān)站三級(jí)防雷模塊接地引線需單獨(dú)接地，以有效避免二次回路形成的干擾。三級(jí)防雷模塊與PLC接地混接提出改造，不能與PLC接地混接。PLC接地改造后，拆除原PLC與防雷模塊共同的接地點(diǎn)，三級(jí)防雷模塊單獨(dú)接地。

7）由于整流機(jī)組誤動(dòng)時(shí)發(fā)出“元件壞二”和“母線過熱”跳閘信號(hào)，所以重點(diǎn)對(duì)這兩回路保護(hù)信號(hào)進(jìn)行技改。對(duì)整流柜“元件壞二”、“母線過熱”的保護(hù)信號(hào)采用中間繼電器進(jìn)行擴(kuò)展，將保護(hù)信號(hào)分別接至PLC及非電量重動(dòng)箱。

圖1 A柜非電量重動(dòng)箱端子圖

主要使用繼電器進(jìn)行信號(hào)擴(kuò)展和信號(hào)隔離，通過時(shí)間差錯(cuò)過信號(hào)干擾。為確保信號(hào)可靠，同步加裝以上兩回路壓板（如圖3所示），在操作母線隔離開關(guān)前退出該保護(hù)，操作后投入該保護(hù)，有效防止誤跳。技改完成后，每臺(tái)機(jī)組保護(hù)回路進(jìn)行傳動(dòng)試驗(yàn)，試驗(yàn)成功并確保回路正確，方可投入運(yùn)行。

從整流機(jī)組整流柜重動(dòng)箱保護(hù)原理圖（如圖1所示）中可以看出，A柜“元件壞二”保護(hù)，回路接線編號(hào)是05.31，“元件母線溫度過熱”接線編號(hào)是05.35；B柜“元件壞二”保護(hù)線路接線編號(hào)是05.38，“元件母線溫度過熱”保護(hù)接線編號(hào)是05.42。

為了防止由于“元件壞二”、“元件母線溫度過熱”誤動(dòng)造成整流機(jī)組跳閘，對(duì)“元件壞二”，“元件母線溫度過熱”保護(hù)回路進(jìn)行技術(shù)改造（如圖2所示），將“元件壞二”，“元件母線溫度過熱”保護(hù)回路中串聯(lián)接入中間繼電器（總），通過輔助觸點(diǎn)輸出，1路輸出到A/B“元件壞二”中間繼電器，再通過中間繼電器分別輸出到A柜05.31和B柜05.38；在中間接入保護(hù)連片，1路輸出到PLC。其中SB-A1回路作為KA21繼電器的復(fù)位按鈕，SB-A2回路作為KA22繼電器的復(fù)位按鈕，當(dāng)回路中有誤動(dòng)信號(hào)時(shí)，信號(hào)可以保持，區(qū)分是重動(dòng)箱發(fā)出來的信號(hào)，還是PLC發(fā)出來的信號(hào)。

另一方面，在操作母線隔離開關(guān)前，通過斷開連片LP1（至PLC數(shù)字輸入模塊D11：1）、LP2（至PLC數(shù)字輸入模塊D11：5）、LP3（至重動(dòng)箱，整流柜A柜“元件壞二”跳閘回路）、LP4（至重動(dòng)箱，整流柜B柜“元件壞二”跳閘回路）、LP5（至重動(dòng)箱，整流柜A柜“母線溫度過熱”跳閘回路）、LP6（至重動(dòng)箱，整流柜B柜“母線溫度過熱”跳閘回路），可以防止整流機(jī)組“元件壞二”，“元件母線過熱”保護(hù)回路誤動(dòng)造成整流機(jī)組跳閘，避免整流機(jī)組誤跳而影響正常運(yùn)行。

圖2 B柜非電量重動(dòng)箱端子圖

4 整流機(jī)組誤動(dòng)跳閘技術(shù)改造的效果

通過增設(shè)整流機(jī)組重動(dòng)箱防磁屏蔽罩，有效屏蔽整流柜強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)重動(dòng)箱保護(hù)回路干擾；就地控制箱絕緣底座改造等，減小電磁敏感設(shè)備受磁場(chǎng)干擾。整流變鐵心接地與操作過電壓工作接地分離整改，避免一次高壓設(shè)備（斷路器、隔離開關(guān)等）進(jìn)行操作時(shí)，產(chǎn)生的操作過電壓，對(duì)整流柜過電壓保護(hù)回路等影響。

PLC單獨(dú)接地極的改造，可有效防止強(qiáng)磁場(chǎng)情況下，電位差產(chǎn)生的干擾等。同時(shí)對(duì)整流柜保護(hù)回路技改，在母線隔離開關(guān)操作前退出該保護(hù)，操作后投入該保護(hù)，有效防止整流柜誤跳等措施；整改及技改措施實(shí)施完畢后，對(duì)整流機(jī)組系統(tǒng)進(jìn)行防誤動(dòng)技改進(jìn)行調(diào)試、檢驗(yàn)，經(jīng)2017—2018年度整流機(jī)組計(jì)劃?rùn)z修期間頻繁對(duì)220kV GIS母線側(cè)隔離開關(guān)倒閘操作，期間未再發(fā)生單臺(tái)整流機(jī)組誤動(dòng)跳閘現(xiàn)象。

一年多來對(duì)整流機(jī)組系統(tǒng)運(yùn)行跟蹤及實(shí)際情況分析，技術(shù)改造效果符合預(yù)期，整流機(jī)組保護(hù)非典型誤動(dòng)跳閘重大缺陷得到有效揭制，整流機(jī)組誤動(dòng)跳閘由原來的2～3次/年，經(jīng)技術(shù)改造后降為0次，見表1。整流機(jī)組保護(hù)誤動(dòng)重大缺陷問題的解決，確保了整流機(jī)組系統(tǒng)安全平穩(wěn)運(yùn)行，為公司電解鋁的正常生產(chǎn)提供了良好的供電條件。

圖3 元件壞二、母線過熱技改圖

表1 整流機(jī)組防誤動(dòng)跳閘技改對(duì)比

結(jié)論

通過對(duì)整流機(jī)組非典型誤動(dòng)原因分析、會(huì)診及技術(shù)改造，經(jīng)實(shí)際操作檢驗(yàn)，成功解決了整流機(jī)組誤動(dòng)跳閘缺陷問題。本次對(duì)整流機(jī)組非典型誤動(dòng)缺陷的處理，主要是從可能會(huì)引起整流機(jī)組誤動(dòng)的因素出發(fā)進(jìn)而采取措施和進(jìn)行技改。

然而各企業(yè)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境不同，接線不同、設(shè)備配置不同，發(fā)生誤動(dòng)的情況也會(huì)不同。本文對(duì)上述整流機(jī)組非典型誤動(dòng)缺陷問題的處理進(jìn)行總結(jié)，以便于行業(yè)內(nèi)對(duì)此類缺陷問題進(jìn)行探討，積累更多的經(jīng)驗(yàn)，為今后的工作起到更好的借鑒作用。