离子膜整流装置因直流传感器故障而发生异常现象的判断和处理

1、第 5 页 共 5 页离子膜烧碱整流装置直流传感器异常现象的判断和处理陈跃充 姚 剑（浙江巨化股份有限公司, 浙江衢州 324004）【摘要】：随着电力电子器件制造技术的发展，晶闸管整流装置已日益成为氯碱化工主流的电解整流装置。由于化工电解对整流柜直流电流输出稳定性的要求，作为晶闸管整流装置重要组成部件的直流传感器，其工作正常与否，直接关系直流电流的稳定输出，甚至关系到整流装置电解设备的安全。本文通过介绍本单位晶闸管整流装置在运行中因直流传感器故障而发生的事故，来说明此类故障的判断和处理。【关键词】：晶闸管整流装置 直流传感器 直流电流 直流电压 控制角我厂离子膜烧碱整流装置采用三相桥式同相逆

2、并联整流线路，由一台整流变带二台整流柜方式运行，每台整流柜各带一只电解槽，整流元件为晶闸管。晶闸管触发控制系统采用全数字式双机在线热互备系统。控制方式分手动（开环运行）和自动（闭环运行）两种，手动方式一般只在检修调试时使用，正常运行均采用自动稳流的运行方式。自动稳流由直流传感器、反馈电路和带阻尼的PI调节控制电路所组成。反馈电路为单一的直流反馈模式。工作原理简述如下（附图一）：整流系统图5(附图一).dwg三相交流电压经整流变压器降压后加至三相桥式整流电路晶闸管的两端，此时，按工艺要求，通过升降电流按钮向控制器输入一定的给定量，控制器按给定值大小输出六相均衡分配的同步脉冲触发信号，分别加至六个

3、桥臂晶闸管的触发极。同步脉冲触发信号的移相范围为0°120°，可最大范围地调节直流电流。当系统为自动运行时，直流传感器所测得的直流电流信号经反馈电路送入控制器并与直流电流给定值进行比较。若比较值为正值（即反馈值大于给定值），则PI调节电路经运算后自动地提高一定量的控制角，使得直流输出电压和电流降低，直至反馈值与给定值平衡。反之，若比较值为负值（即反馈值小于给定值），则调节电路自动地降低一定量的控制角，使直流电流上升，直至反馈值与给定值平衡。自动稳流系统就是在这种负反馈控制模式下，达到直流电流稳定输出的目的。从以上所述原理可以看出，直流传感器在整流装置中占有非常重要的地位，其

4、能否正常稳定的工作直接关系到整流装置和电解槽的安全运行。本文就我厂整流装置因直流传感器故障而发生的两起典型情况进行分析，本厂的直流传感器采用美国莱姆公司的霍尔零磁通直流大电流传感器，由测量头和测量单元两部分组成（附图二）。直流传感器（附图二）.dwg测量头的四边各有一个断口，内置霍尔器件，另每边各有一组独立的反馈线圈。当母排电流在测量头的测量口中流过时，便在测量头产生磁场，在此磁场的作用下霍尔器件产生一个霍尔电压，此电压经测量单元内的通道放大电路放大后，供给反馈线圈，反馈线圈所产生的反馈磁场与母排电流在测量头感应的磁场大小相等，方向相反。霍尔器件产生的电压输出与母线电流磁场和与之方向相反的反馈

5、磁场的差值成正比。四组霍尔元件、反馈线圈、放大电路各自构成独立的通道，所有通道电流通过各自线圈后，汇合在一起成为与母线电流成比例变化的输出电流（1/5000）。该电流通过电阻或分流器转换成电压，用于表计显示和控制。故障一：正常运行时，整流装置直流电流9000A、直流电压348V、交流电流50A、导通控制角14°，系统为自动运行方式。故障发生时直流电流表显示仍为9000A，而直流电压突升到356V，交流电流升至59A，控制角降至6°。故障分析：从故障现象看，直流电压、交流电流均比正常运行时有较大的上升，而这两个数据分别采自直流母排电压信号变送器和交流互感器，两个采样点同时发生

6、故障的可能性较小。因此，故障发生时的直流电流已比正常值有较大的上升。而直流电流表计仍显示正常时的9000A，说明直流传感器或测量回路出现了故障。对直流传感器进行检查后发现，传感器的四个通道反馈值分别为9.75V、9.12V、10.11V、0.16V，明显有一个通道无信号输出。此故障照成传感器总的输出信号下降约1/4左右，这个降低了的信号反馈至控制器，必小于给定值，于是PI调节电路自动地降低控制角，提高直流电压和直流电流的输出，直至传感器另三个测量通道汇合在一起的反馈信号与给定值达到平衡。如此，直流电流表计所显示的电流值虽与正常时没有变化，但其实为传感器三个通道所测得的值，实际的电流值约比显示值

7、高出约1/4左右。此情况下，因直流电流测量值仍为故障前的给定电流值，所以，尽管实际直流电流有较大的升高，甚至达到过流整定值，但直流过流保护并不会动作。故障处理：出现以上情况，岗位人员切不可只根据直流电流指示未变化而作出错误的判断。应综合分析各种电量数据，尤其直流电流、直流电压、交流电流及控制角的变化情况，进行正确的判断。另外还可以通过与相同运行参数的其它整流柜进行对比的方法以及工艺指标变化的情况，来判断整流柜运行正常与否。在明确直流电流与表计显示值有较大差值后，应迅速配合工艺进行降电流操作，必要时根据工艺要求进行紧急停槽检查。此时因直流电流表已无法显示正确的电流值，因此，不能以其作为升降电流的

8、标准。而应以对应电流时的直流电压作为参照，或将交流有功功率按下式进行转换后，作为直流电流的参照值。 V：直流电压；P：交流有功功率；：整流效率（取0.970.98）。（以上两种方法会因电解槽阻抗变化和整流效率变化而与实际直流电流有一定的误差，只能作为直流传感器损坏后的应急之用）。待直流电流降到正常范围后。再对直流传感器进行进一步的检查或更换（在线更换直流传感器，整流控制系统须置于开环状态）。故障二：正常运行时，整流装置直流电流9300A、直流电压350V、交流电流52A、控制角14°，系统为自动运行方式。故障发生时直流电流表显示为5001000A，波动较大。直流电压达到370V，交流

9、电流为70A，控制角为0°。故障分析：此故障交流电流和直流电压上升幅度更大，而直流电流表计显示则大幅下降。从交流电流和直流电压数值来看，此时的直流电流应远大于9300A的正常运行值。而直流电流表计的错误显示及直流电流异常升高，很可能还是直流传感器的故障造成。从事后对直流传感器的检查结果来看，故障时，直流传感器的通道放大板短路，造成传感器无法正常的输出信号（仅为一个很小且不随负荷变化的假信号）。这个信号反馈至控制器，使得PI调节电路自动的降低控制角，因为此时直流传感器的输出信号始终为一很小值，不会随直流电流变化，所以，不管PI调节电路如何调整，反馈值始终小于给定值，于是控制角会一直降到

10、0°钳位值。此时的实际直流电流为整流变压器在该档位所能输出的最大值。故障处理：从以上分析可知，当出现此类故障时，直流电流为整流变压器在该档位所能输出的最大值。因此具有很大的危害性，若不能及时处理，将直接危害电解槽的安全，甚至造成爆炸事故。判断此类故障与故障一的方法类似，必须综合地分析直流电流、直流电压、交流电流及控制角的变化情况，作出正确的判断。而不能只根据某一个电气量的变化进行分析判断。当确定故障时的实际直流电流后，应迅速地配合工艺进行降电流或停车的操作。（此类故障是无法在闭环状态下进行降电流的。必须将系统转为开环，方可进行降电流操作）。在整流装置的实际运行中，常利用升降整流变的档

11、位来调整控制角（即用升档来升高控制角，反之降低控制角），以获得较高的功率因数。在发生上述故障时，都会出现控制角降低的现象。若岗位人员据此错误地进行了升档的操作，则会加剧故障的严重程度。以故障二为例，升档会使得实际的直流电流更高，危害更大。改进措施：由于直流传感器发生故障时，会造成较大的危害，仅靠上述操作人员准确判断和操作尚不足以保证整流装置的安全，还应对装置本身采取一定的保护措施，以提高设备的本质安全。以下为几种改进措施：方法一：在整流装置的日常运行中，应尽可能的将变压器运行在较低的档位，使得控制角接近全开通。这样不仅能获得较高的功率因数，而且当发生直流传感器故障时，直流电流也不会上升太多。此方法的缺点是当电网电压向下波动较多时，因控制角已接近全开通，稳流系统调整余量可能不够，会使得直流电压降低，电流下降，影响直流电流的稳定输出。另外，在直流传感器发生故障时，直流电流仍有一定量的上升，故此方法只能降低故障的危害性，并不能彻底消除故障所带来的影响。方法二：采用交直流双路反馈的稳流工作方式。正常时采用直流反馈进行稳流控制，当直流反馈故障时自动无扰地切换至交流反馈。该稳流控制系统必须具备交直流反馈监视及自动切换的功能，能准确的判断反馈信号的异常情况，并快速地、无扰动地进行反馈信号的切换，以保证直流电流的稳定输出。方法三：当发生直流传感器故障时，整流控制由闭环运行，自动切换至开环运行。该