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大功率整流孤网项目

1、产品介绍
       在电解铝和电化学行业,电解生产的成本中电价占的比例很高。节约电费,就能降低生产成本,争取更大的利润。最近很多用电大户企业考虑组建自己的“微网”,即采用孤网整流技术方案。在这种情况下因为晶闸管可以快速、稳定、准确调节电流的特性,所以只有采用大功率晶闸管整流器,才可能配合电厂因发电机组产生的负荷变化(低频减载)。即采用大功率孤网整流供电技术方案,节约用电成本。
       孤网供电模式下铝电解用整流装置是我公司自主研发的整流装置系统。项目成果能够广泛应用于采用孤网供电模式下的煤电铝一体化项目、风能或太阳能发电等清洁可再生能源与传统火电相结合供电的电解铝项目,其整流效率比传统二极管整流系统高2个百分点,具有显著的节能效果。项目成果的推广能够带动传统电解铝二极管整流方式向采用含可再生能源的孤立电网供电的晶闸管整流转变。
       
2、案例介绍
       2.1 工程概述:西北某技改二期工程项目为年产2×45万吨电解铝工程。项目完全达产后有6台300MW发电机组并列运行形成内部微网(以下简称孤网),通过330kV母线直接向两个铝电解系列供电。铝电解系列采用500kA电解槽,每个系列安装336台,系列额定电压为1480V。系统通过一个330KV专线与外部大电网(以下简称外网)相连,可向两个铝电解系列提供不超过500MW的备用应急电源。
       2.2 第一系列整流系统由9套整流机组构成,每套整流机组采用一台整流变压器带两台KES—45kA/1480V整流器构成。
       2.3 第二系列整流系统由8套整流机组构成,每套整流机组采用一台整流变压器带两台KES—45kA/1480V整流器构成。
       2.4 整流机组额定参数为:单机组额定直流电压:Udn=1480VDC;单机组额定直流电流:Idn=2×45kA,整流柜的主电路采用同相逆并连三相桥式晶闸管整流方式,单机组脉波数为12,第一电解系列9台整流机组总脉波数为9×12=108;第二电解系列8台整流机组总脉波数为8×12=96。
       2.5 结构模式:采用前后分极、交流上进、直流下出线。特点:安全等级高、维护方便、均流效果好、损耗低、噪音低、电压等级高、电腐蚀低、电流效率高、运行成本低。
       2.6 该项目研发分为晶闸管整流装置结构、智能控制系统、网络系统和电网稳定控制系统四大部分进行。
       2.6.1、 晶闸管整流装置是以直流电流500kA、系列直流电压1500V电解槽为基础进行设计。分以下几部分:
       1) 防尘设计:现场整流室内环境粉尘比较多,在电压等级较高时,容易造成绝缘破坏,造成拉弧等故障,因此整流柜需采取完全密封设计,让柜内与柜外粉尘完全隔绝,达到IP54及以上标准,提高设备安全性能。
       2) 防涡流设计:由于现场直流磁场及交流磁场过大产生的涡流容易导致壳体发热,增加损耗。整流柜壳体金属材料及金属螺杆全采用无磁型新型金属体制作加工。同时整流柜壳体采用循环冷却水进行冷却,保证壳体温度恒定。
       3) 防结温设计:在整流柜元件工作时正常温度远高于环境温度,特别容易产生凝露现象。故在整流柜内增加水风换热系统对整流柜内部进行恒温处理,同时也可以对整流柜内部进行除湿,使整流柜内部元件寿命及安全性能大大提高。
       2.6.2、 智能控制系统研发是针对应用于孤网稳频的铝电解行业,在孤网运行模式下,即要满足生产需求又要兼顾自备电厂发电机组安全,技术含量远远高于传统大电网供电模式控制系统要求。
       1) 数字化脉冲控制研发:晶闸管整流设备靠脉冲开通角进行稳流效果,运用数字化PID运算调节稳流效果及响应速度大大提高,数字化脉冲还具有抗磁干扰能力强等优点,能有效提高电解铝生产效率。
       2) 续流保护功能:在整流高压系统突然跳闸时,能使晶闸管整流设备瞬时达到二极管整流效果,充分释放能量,起到保护直流供电设备的作用。
       3) 低频减载功能:项目针对电解铝直流电源由自备电厂供电系统进行研发,当自备电厂由于运行发电机组供电能力不足(电源系统出现频率异常)时,总调PLC能够解除自动跟踪电解系列电流的功能,由稳流控制转换为恒功率控制,由稳频减载控制系统来调整整流机组的运行数量,同时通过调整晶闸管触发角来降低机组工作电流,确保恒功率。即保证电厂发电机组安全,又能满足电解槽稳定运行。
       2.6.3、 网络系统研发:针对孤网供电模式下研发网络通讯系统,其研发内容有:利用AB-CompactLogix系列PLC双网通讯优势保证总控系统与机组控制系统网络不中断,即采用AB 自身先进的Controlnet网络和以太网通讯,Controlnet网络为双回路网络,加上以太网网络,两种通讯协议下网络保证总控PLC与机组PLC通讯不中断。任意时刻低频故障下,能快速响应分配给机组PLC进行实施减载,调整机组运行数量,快速响应到指定负荷,达到稳频效果。
       2.6.4、 电网稳定控制系统的设计
       在供电整流所内设置有电网稳定控制装置,可根据内网330kV配电装置母线的频率来自动快速调节各晶闸管整流机组的输出电流,控制整流系统运行总电流。通过降低或增加系列总电流来匹配调节系统发电与用电负荷的实时平衡,进而实现系统的电源频率的稳定。
       电网稳定控制装置需与发电机组内网调度控制中心相连,实时了解微网内各机组工作状态及总体发电负荷能力。
       电网稳定控制装置需与系列总控PLC单元及各机组PLC单元相连,可实时了解及设定各系列、各机组及内外网运行状态及负荷水平,根据选择的最优低频减载控制策略,即时增减调节整流供电负荷,及内外网负荷分配。实现维持电网稳定、保持供电质量、保证机组安全和最大发挥煤电铝一体化的效益优势。
       
3、产品优势
       主要技术优势特点有:
       3.1、 采用智能数字技术将总调控制系统、分调稳流控制系统、恒功率控制、调频减载等技术有机的结合为一个控制系统。根据不同的供电和负载的变化情况,自动切换采用稳流控制、恒功率控制等不同的运行模式。即保证电厂发电机组安全,又能满足电解槽稳定运行。
       3.2、 该项目采用了晶闸管数字智能稳流技术+电网数字调频减载技术。晶闸管数字稳流使整流装置具有响应速度快、负荷调节范围宽等特点,使得电网数字调频减载的速度和效果更好。孤网供电模式下铝电解项目采用该技术后,由于采用了数字调频减载技术交流侧电网更加稳定;采用了晶闸管数字智能稳流技术,直流侧稳流效果更好,稳流精度达0.2%。相对于未采用该技术的二极管整流设备,在电解铝生产过程中可节约用电2%,节能效果显著。
       3.3、 采用了具有抗强磁场能力的数字化脉冲控制技术。晶闸管整流设备靠脉冲开通角进行稳流效果,运用数字化PID运算调节稳流效果及响应速度大大提高。电解铝中直流电源稳定越高其生产效率相对越高,数字化稳流控制系统能有效提高电解铝生产效率。
       3.4、 全新开发的晶闸管整流装置续流保护功能在高压跳闸瞬间,使晶闸管达到二极管状态的效果,充分释放储能,保护直流供电设备的安全。
       3.5、 大功率整流装置孤网供电项目的产业化及推广应用符合节能环保领域中锅炉、窑炉、反应器及相关耗能设备节能降耗技术;风能、太阳能等新能源和可再生能源领域的新技术与新装备。项目产品填补了国内空白,技术水平达到国际先进水平,极大增强公司产品的国内外市场竞争力。
       
4、项目实景
       4.1 电网系统

       4.2 整齐的整流柜装置

       4.3 集中摆放的控制系统

5、最新合作项目
       已运行:酒钢集团甘肃东兴铝业有限公司嘉酒风电高载能特色铝合金节能技改二期工程项目为年产2×45万吨电解铝工程
       新疆东方希望有色金属有限公司第3系列和第4系列电解铝项目
       待运行:广西华磊新材料有限公司45万吨电解铝项目
       内蒙古华云新材料有限公司50万吨电解铝项目
       内蒙古创源铝业有限公司45万吨电解铝项目
       贵州兴仁登高铝业有限公司50万吨电解铝项目


6、项目荣誉
       已取得发明专利1项
       一种孤网运行下铝电解大功率晶闸管整流装置控制系统 专利号:ZL201310608929.8;