1、前言 青銅峽鋁業集團公司是以電解鋁為產品的有著40多年歷史的大型企業。鋁電解生產是一個耗電大的工業，有“電老虎”之稱，生產1t鋁消耗15000～18000 kW.h直流電，約占成本的1/3。降低鋁電解生產的電能消耗，不僅對降低鋁成本是個重要因素，而且在目前我國電力需求量日益增加的情況下，對于節約能源有極其重大的意義。 隨著電解鋁技術的不斷發展，我公司電解鋁產量發生了突飛猛進的變化，由建廠的年3.2萬t，發展至現在的年43萬t，電解鋁所用的直流電流系統也由原來1個80 kA系列，擴大至120 kA、150 kA、350kA3個系列，凼此減少電能消耗，降低生產成本，提高經濟效益就成了我公司工程技術人員長期研究的課題，而最有效的措施之一就是合理用電，設備經濟運行，硅整流裝置穩流系統的上陣，滿足了電解鋁對直流電流的要求。 2、論述 電解法制鋁所采用的直流電，是將接收的110 kV交流電經變壓器降壓后，由硅整流設備轉換為lkV直流電提供給電解生產用電，直流電是否平穩直接影響了電解鋁的質量、產量。提高電解鋁質量、產量的途徑，一是提高甲均電流強度，二是提高電流效率。 2.1、提高平均電流強度 在般情況下是不允許系列全停電的，因為這樣會降低平均電流強度，減少鋁的產量，必須停電時，應盡量減少停電時間和次數，避免降低過多的電流強度而導致產量減少。在期80 kA電流條件下，每增加1000A電流，通過計算，在160臺電解槽生產的情況下，每年可增產400t鋁錠。 2.2、提高電流效率 在期80kA電流條件下，160臺電解槽生產，每增1％的電流效率，相當于系列增加2臺電解槽的產量。電流效率是決定鋁產量的重要因素。 由此，電解錨生產對供電系統的供電質量、可靠性及穩定性有較高要求，而硅整流柜穩流控制系統起到了穩定電流，實現平穩供電的目的，為此，我公司技術人員經過不斷的研究和分析，多次對硅整流穩流系統進行改造，使直流供電更加平穩、經濟。 穩流原理框圖如附圖所示。 [ALIGN=CENTER] 附圖 穩流原理框圖[/ALIGN] 該穩流控制系統在整流裝置正常工作時，如果電網電壓或負荷發生變化，則整流裝置輸出電流會發生相應的變化，從直流電流測量回路中提取反饋電壓信號與穩流裝置的給定電壓進行比較，其差值經調節放大器放大，限幅后經緩沖級放大送至集成電路，由脈沖變壓器發出脈沖信號使飽和電抗器的控制導通角發生變化，調節飽和電抗器的控制繞組電流，使飽和電抗器的感抗發牛變化，改變整流裝置的輸出電流，從而實現穩流的目的。 3、改造分析 3.1、第一次改造 1995年采用晶體管穩流裝置，運行至2003年時，出現很多問題。 1）元件老化 運行時間長，晶體管性能下降，參數發生變化，各元件間匹配失調，穩流效果下降，經常出現穩流失調的現象。 2）可靠性低 晶體管元件受損率高，經常因元件損壞導致穩流系統癱瘓，使電解生產遭到嚴重的損失。 3）穩流精度低，靈敏度差 由于飽和電抗器的控制特性足非線性變化的，采用模擬電路控制，環節多，調節復雜，反應速度受到限制，同步信號不能及時反饋并進行比較，控制精度低，在系統波動時，反應速度慢，調節靈敏度差，電流返回速度長，穩定時間長達2～3min。 由于以上原因，我們對穩流系統進行了改造，選用一套西門子S7-200 PLC穩流控制系統，用綜合控制方式，將所有的電抗器控制繞組串聯起來，通過改變控制繞組的電流來調節電抗器的電抗值，達到穩流的目的。改造后有以下特點。 1）系統構成靈活，可靠性高 PLC可編程序控制器是將傳統的繼電器技術、計算機技術和通信技術融合為一體的新型通用自動控制裝置，采用模塊化結構，I/O點數多，采樣速度快，分析能力強，反應靈活。 2）穩流精度高，速度快 可編程控制器能提供上千條指令，直接完成數據計算功能，PLC自動識別飽和電抗器非線性工作范圍，執行速度快，時間極短，只為0.lμs，使系統電流的回歸速度相應提高，從而提高控制精度。 經濟效益： 1）此次改造大大提高了電流效率，電流效率由原91％提高至97％，因為每增1％的電流效率，相當于系列增加2臺電解槽的產量，由此推算，相當于增加了12臺電解槽，年增產2400t鋁，按16000元/t價格計算，年增效3.84千萬元。 2）因電流效率的提高，交流電量節約0.41億kW.h，按0.31/kW.h計算．節約電費1.271千萬元。 3.2、第二次改造 2005年3月，公司將一期規模擴大，將原80 kA電流提升至120 kA，增加1組整流機組，因新增整流機組容量比原4組整流機組容量大I.5倍，原穩流裝置不能對其進行有效的調節，故對穩流系統進行第二次改造。 采用5+1的結構方式，實現5組單機組各自的小閉環穩流控制和1臺總穩流大閉環控制。小閉環控制將每組機組的直流輸出電流經變換后，反饋給PLC，與上位機給定的信號比較，PLC進行計算后，控制IGBT占空比，改變飽和電抗器的位移繞組電流，從而達到穩定電流的目的。大閉環調節，由上位機設定系列電流總量，總調PLC將從總電流互感器反饋來的電流與給定電流比較，進行PID調節，并平均分配給各機組，最終實現系列直流電流的恒定。 經濟效益： 1）此次改造直流電流由80 kA升高至120 kA，電流增加40 kA，按一期160臺電解槽生產計算，每年可增產16000t鋁錠，按16000元/t價格計算，年增效2.56億兒。 2）電流效率由原97％提高至98％，提高了1％，因每增1％的電流效率，相當于系列增加2臺電解槽的產量，年增產400t鋁，按16000元/t價格計算，年增效640萬元。 4、結論 穩流系統技術的改進，減少了機組停電次數，平穩了電解供電，節約了交流電量，電解鋁增產可觀，達到了節能降耗，提高經濟效益的目的。