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大功率整流孤網項目

1、產品介紹
       在電解鋁和電化學行業,電解生產的成本中電價占的比例很高。節約電費,就能降低生產成本,爭取更大的利潤。最近很多用電大戶企業考慮組建自己的“微網”,即采用孤網整流技術方案。在這種情況下因為晶閘管可以快速、穩定、準確調節電流的特性,所以隻有采用大功率晶閘管整流器,才可能配合電廠因發電機組產生的負荷變化(低頻減載)。即采用大功率孤網整流供電技術方案,節約用電成本。
       孤網供電模式下鋁電解用整流裝置是我公司自主研發的整流裝置係統。項目成果能夠廣泛應用於采用孤網供電模式下的煤電鋁一體化項目、風能或太陽能發電等清潔可再生能源與傳統火電相結合供電的電解鋁項目,其整流效率比傳統二極管整流係統高2個百分點,具有顯著的節能效果。項目成果的推廣能夠帶動傳統電解鋁二極管整流方式向采用含可再生能源的孤立電網供電的晶閘管整流轉變。
       
2、案例介紹
       2.1 工程概述:西北某技改二期工程項目為年產2×45萬噸電解鋁工程。項目完全達產後有6台300MW發電機組並列運行形成內部微網(以下簡稱孤網),通過330kV母線直接向兩個鋁電解係列供電。鋁電解係列采用500kA電解槽,每個係列安裝336台,係列額定電壓為1480V。係統通過一個330KV專線與外部大電網(以下簡稱外網)相連,可向兩個鋁電解係列提供不超過500MW的備用應急電源。
       2.2 第一係列整流係統由9套整流機組構成,每套整流機組采用一台整流變壓器帶兩台KES—45kA/1480V整流器構成。
       2.3 第二係列整流係統由8套整流機組構成,每套整流機組采用一台整流變壓器帶兩台KES—45kA/1480V整流器構成。
       2.4 整流機組額定參數為:單機組額定直流電壓:Udn=1480VDC;單機組額定直流電流:Idn=2×45kA,整流櫃的主電路采用同相逆並連三相橋式晶閘管整流方式,單機組脈波數為12,第一電解係列9台整流機組總脈波數為9×12=108;第二電解係列8台整流機組總脈波數為8×12=96。
       2.5 結構模式:采用前後分極、交流上進、直流下出線。特點:安全等級高、維護方便、均流效果好、損耗低、噪音低、電壓等級高、電腐蝕低、電流效率高、運行成本低。
       2.6 該項目研發分為晶閘管整流裝置結構、智能控製係統、網絡係統和電網穩定控製係統四大部分進行。
       2.6.1、 晶閘管整流裝置是以直流電流500kA、係列直流電壓1500V電解槽為基礎進行設計。分以下幾部分:
       1) 防塵設計:現場整流室內環境粉塵比較多,在電壓等級較高時,容易造成絕緣破壞,造成拉弧等故障,因此整流櫃需采取完全密封設計,讓櫃內與櫃外粉塵完全隔絕,達到IP54及以上標準,提高設備安全性能。
       2) 防渦流設計:由於現場直流磁場及交流磁場過大產生的渦流容易導致殼體發熱,增加損耗。整流櫃殼體金屬材料及金屬螺杆全采用無磁型新型金屬體製作加工。同時整流櫃殼體采用循環冷卻水進行冷卻,保證殼體溫度恒定。
       3) 防結溫設計:在整流櫃元件工作時正常溫度遠高於環境溫度,特別容易產生凝露現象。故在整流櫃內增加水風換熱係統對整流櫃內部進行恒溫處理,同時也可以對整流櫃內部進行除濕,使整流櫃內部元件壽命及安全性能大大提高。
       2.6.2、 智能控製係統研發是針對應用於孤網穩頻的鋁電解行業,在孤網運行模式下,即要滿足生產需求又要兼顧自備電廠發電機組安全,技術含量遠遠高於傳統大電網供電模式控製係統要求。
       1) 數字化脈衝控製研發:晶閘管整流設備靠脈衝開通角進行穩流效果,運用數字化PID運算調節穩流效果及響應速度大大提高,數字化脈衝還具有抗磁幹擾能力強等優點,能有效提高電解鋁生產效率。
       2) 續流保護功能:在整流高壓係統突然跳閘時,能使晶閘管整流設備瞬時達到二極管整流效果,充分釋放能量,起到保護直流供電設備的作用。
       3) 低頻減載功能:項目針對電解鋁直流電源由自備電廠供電係統進行研發,當自備電廠由於運行發電機組供電能力不足(電源係統出現頻率異常)時,總調PLC能夠解除自動跟蹤電解係列電流的功能,由穩流控製轉換為恒功率控製,由穩頻減載控製係統來調整整流機組的運行數量,同時通過調整晶閘管觸發角來降低機組工作電流,確保恒功率。即保證電廠發電機組安全,又能滿足電解槽穩定運行。
       2.6.3、 網絡係統研發:針對孤網供電模式下研發網絡通訊係統,其研發內容有:利用AB-CompactLogix係列PLC雙網通訊優勢保證總控係統與機組控製係統網絡不中斷,即采用AB 自身先進的Controlnet網絡和以太網通訊,Controlnet網絡為雙回路網絡,加上以太網網絡,兩種通訊協議下網絡保證總控PLC與機組PLC通訊不中斷。任意時刻低頻故障下,能快速響應分配給機組PLC進行實施減載,調整機組運行數量,快速響應到指定負荷,達到穩頻效果。
       2.6.4、 電網穩定控製係統的設計
       在供電整流所內設置有電網穩定控製裝置,可根據內網330kV配電裝置母線的頻率來自動快速調節各晶閘管整流機組的輸出電流,控製整流係統運行總電流。通過降低或增加係列總電流來匹配調節係統發電與用電負荷的實時平衡,進而實現係統的電源頻率的穩定。
       電網穩定控製裝置需與發電機組內網調度控製中心相連,實時了解微網內各機組工作狀態及總體發電負荷能力。
       電網穩定控製裝置需與係列總控PLC單元及各機組PLC單元相連,可實時了解及設定各係列、各機組及內外網運行狀態及負荷水平,根據選擇的最優低頻減載控製策略,即時增減調節整流供電負荷,及內外網負荷分配。實現維持電網穩定、保持供電質量、保證機組安全和最大發揮煤電鋁一體化的效益優勢。
       
3、產品優勢
       主要技術優勢特點有:
       3.1、 采用智能數字技術將總調控製係統、分調穩流控製係統、恒功率控製、調頻減載等技術有機的結合為一個控製係統。根據不同的供電和負載的變化情況,自動切換采用穩流控製、恒功率控製等不同的運行模式。即保證電廠發電機組安全,又能滿足電解槽穩定運行。
       3.2、 該項目采用了晶閘管數字智能穩流技術+電網數字調頻減載技術。晶閘管數字穩流使整流裝置具有響應速度快、負荷調節範圍寬等特點,使得電網數字調頻減載的速度和效果更好。孤網供電模式下鋁電解項目采用該技術後,由於采用了數字調頻減載技術交流側電網更加穩定;采用了晶閘管數字智能穩流技術,直流側穩流效果更好,穩流精度達0.2%。相對於未采用該技術的二極管整流設備,在電解鋁生產過程中可節約用電2%,節能效果顯著。
       3.3、 采用了具有抗強磁場能力的數字化脈衝控製技術。晶閘管整流設備靠脈衝開通角進行穩流效果,運用數字化PID運算調節穩流效果及響應速度大大提高。電解鋁中直流電源穩定越高其生產效率相對越高,數字化穩流控製係統能有效提高電解鋁生產效率。
       3.4、 全新開發的晶閘管整流裝置續流保護功能在高壓跳閘瞬間,使晶閘管達到二極管狀態的效果,充分釋放儲能,保護直流供電設備的安全。
       3.5、 大功率整流裝置孤網供電項目的產業化及推廣應用符合節能環保領域中鍋爐、窯爐、反應器及相關耗能設備節能降耗技術;風能、太陽能等新能源和可再生能源領域的新技術與新裝備。項目產品填補了國內空白,技術水平達到國際先進水平,極大增強公司產品的國內外市場競爭力。
       
4、項目實景
       4.1 電網係統

       4.2 整齊的整流櫃裝置

       4.3 集中擺放的控製係統

5、最新合作項目
       已運行:酒鋼集團甘肅東興鋁業有限公司嘉酒風電高載能特色鋁合金節能技改二期工程項目為年產2×45萬噸電解鋁工程
       新疆東方希望有色金屬有限公司第3係列和第4係列電解鋁項目
       待運行:廣西華磊新材料有限公司45萬噸電解鋁項目
       內蒙古華雲新材料有限公司50萬噸電解鋁項目
       內蒙古創源鋁業有限公司45萬噸電解鋁項目
       貴州興仁登高鋁業有限公司50萬噸電解鋁項目


6、項目榮譽
       已取得發明專利1項
       一種孤網運行下鋁電解大功率晶閘管整流裝置控製係統 專利號:ZL201310608929.8;