如何提高设备控制电源可靠性保障整流柜安全运行

2023-01-31

我公司铝电解350kA系列, 共有6台整流机组为电解提供350kA直流电流, 有两台逆变器为现场PLC提供UPS电源, 每台逆变器分别控制三台整流机组。在设计时, 两台逆变器不互为备用及自动投入, 在其中任一台逆变器发生故障时都会导致其中三台机组稳流柜PLC和纯水冷却器PLC控制电源丢失。曾出现因机组UPS电源逆变器过载跳闸导致4#、5#、6#整流机组现场控制柜PLC工作电源丢失, 对应机组辅助设备全停、机组的跳闸保护失效且现场PLC无法采集、上传现场信号到中央控制室的上位机, 致使整流柜在无任何冷却辅助设备工作情况下每柜以40kA电流满负荷运行3分18秒, 整流柜的温度急剧上升。由于现场人员及时发现, 立即对逆变器进行及时恢复, 整流机组现场控电源恢复后, 机组自动保护性跳闸, 避免了整流柜爆炸、变压器损坏的重大安全事故发生。

1 设计内容

1.1 设计构思

在改进设计时, 首先考滤两台逆变器互为备用, 但两台逆变器不能并联运行, 所以需要添加相应的专用切换装置以使两台逆变器故障时能相互切换。但这样改造的成本较高, 改造时间长, 并且现场PLC的UPS电源线路存在问题时, PLC控制电源可靠性也难以保证;故设计考滤采用现场分块安装使用, 考滤使用接触器或继电器来设计安装实现该功能。

1.2 功能实现

为确保现场PLC电源的可靠性, 将现场交流220V PLC电源由原来的UPS单路改为双路电源供电, 即是在现场的柜内取一路非UPS电源与UPS电源构成双回路电源, 两回控制电源在互为备用, 当一路电源出现问题时, 另一路电源自动投入在另一电源使用。如图1、图2、图3、图4。

1.3 负荷、切换时间要求及材料选型

1.3.1 切换时间要求

设计时, 首先考滤到考滤到使用一般的交流接触器, 因为交流接触器触点通断带负荷能力较强。但因为该电源主要是提供机组PLC电源, 当正常运行的电源出现问题时, 另一路电源需要自动投入, 由于接触器的触点行程较大, 另一路电源投入需要的时间较长, 现场PLC会掉电停止运行, 选用一般的接触器不能满足现场PLC不掉电运行要求。

考滤选用施耐德公司生产RXL4A06B2P76A/250VAC小型继电器, 继电器触点行程小, 吸合时间短。在电源自动切换投入时, 电源切换时间可满足PLC电源要求。为确保该电源电路在切换过程PLC不掉电, 在改造前对将设计好的电路安装完好后用电脑模拟PLC运行进行电源切换试验, 切换过程中PLC和电脑工作正常, 满足PLC对电源电路切换的时间要求。该电路改造后投入运行效果很好。

1.3.2 负荷要求

由于该电源主要是提供现场PLC控制电源, 不带其他负荷, 因此负荷不大, 设计考滤使用小型中间继电器, 现场的PLC工作时功率为不到300W, 需要的工作电流小于2A, 该断电器的单触点负荷能力可达6A, 并且两路电源不需要频繁切换, 小型中间继电器从负荷上可满足PLC运行电源的要求。

为更好的保证中间继电器负荷裕量和线路接通的可靠性, 在材料选型时选用带有两个常开触点和两个常闭触点的小型中间继电器, 充分利用继电器触点, 并联使用。这样尽可能减小继电器触点负荷, 同时能确保两路电源在切换过程中可靠接通, 以保证现场机组PLC可靠运行。

控制电源短路保护按容量2.5倍×2A=5A, 故选用CZ47-60 C6 2P小型断路器, 考滤到现单台机组PLC工作电流小于2A, 直径为1.5mm的铜芯线安全载流量约为15A作电源线足够。

在改进前将设计好的电路安装完好后在试验电路上接入1500W负载, 运行2小时, 继电器和线路无发热现象, 该电路的负荷设计符合要求, 投入运行至今运行正常。

1.3.3 经济效益

该电路改造使用材料少, 每台机组只用到2个中间继电器、2个小型断路器和1.5mm铜芯线约20米, 既可实现整流柜、水冷却器两个部分的双电源自动切换改进。

2 结语

本项技改项目经济、实用、结构简单, 以极少的经济投入解决存在大的隐患问题。由于PLC工作电源对切换时间有着很高要求, 本电源切换电路不能使用一般交流接触器来进行切换, 只能使用触点行程很小的继电器, 以满足PLC电源在切换过程中还会造成PLC工作间断或停止。该电源投入使用后, 运行可靠, 车间整流机组安全运行得到了保证。

摘要：本文主要介绍如何解决铝电解整流系统控制设备及PLC控制电源的单回路不可靠从而导致设备安全运行得不到保障问题, 并针对该问题所作出的技术改进, 确保设备的安全稳定运行。

关键词：整流机组,整流柜,UPS电源,PLC电源