銅電解直流供電母排布置的新型設計模式李光海;鐘忠【摘要】介紹了銅電解槽短接方式和采用短路開關工藝的傳統(tǒng)開關布置及母排連接特點，為了減少母排用量、降低工程造價、減少開關與母排布置和工藝管道之間的沖突，采用了新的設計思路，重新規(guī)劃電解槽組的電流流向，以新穎的方式布置各槽組短路開關的安裝位置和連接形式，并重新設計了母排T形交叉和十字交叉處的連接，采用了全新的連接方式.通過一系列的優(yōu)化設計，提升了安裝后的美觀實用性，大幅節(jié)約了母排用量，取得明顯的經(jīng)濟效益.【期刊名稱】《云南冶金》【年(卷)，期】2016(045)003【總頁數(shù)】4頁(P102-105)【關鍵詞】電解槽;母排;短接開關;連接方式【作者】李光海;鐘忠【作者單位】云南銅業(yè)股份有限公司冶煉加工總廠，云南昆明650102;云南銅業(yè)股份有限公司冶煉加工總廠，云南昆明650102【正文語種】中文【中圖分類】TF811刖言銅為國家戰(zhàn)略性資源，同時對于企業(yè)來說，工藝流程中減少銅的固定投入可以節(jié)約大量的固定資產(chǎn)投資。為此，如何在新建銅電解車間節(jié)約導電銅排的使用，成為設計人員應該考慮的重要問題。根據(jù)國家對銅電解產(chǎn)能的限制，10萬t以上的電解產(chǎn)能成為發(fā)展的必然趨勢。在工程設計中，為了生產(chǎn)需要，要把電解槽平均布置成幾大組（槽組），在每組槽子加料和出銅時，用旁路短接該槽的直流電，達到不影響其他組繼續(xù)生產(chǎn)的目的。最傳統(tǒng)的短接方式，是采用單根較大截面的導電銅排，安裝在每組槽子邊緣，靠頭槽和尾槽伸出槽子邊緣的槽邊母排受力。電解時，槽邊母排和短接母排之間墊上絕緣墊，短接母排沒有電流通過。陽極裝槽和陰極銅出銅前，抽出頭尾的絕緣墊，電流從短接母排流向下一組槽子，該槽組內(nèi)不再有電流通過。這種方式下，當每組電解槽比較多，達到一定長度時，槽邊短接銅排就會很重，工人操作難度就會增加，抽出和墊上墊片都不太容易，而且容易受熱變形，導致無法進行短路操作。在電流通斷瞬間，還會產(chǎn)生弧光和爆炸聲，影響安全生產(chǎn)。當需要大電流生產(chǎn)時，槽邊短接銅排的截面更是大到無法采用此種方式作業(yè)的地步。于是，采用大電流短路開關代替人工短接的工藝出現(xiàn)了。油絕緣短路開關通常安裝在槽下地面上，新型懸掛式短路開關可安裝在半空，靠槽下母排水平吊掛，一般安裝在槽組之間的相對開闊處。一般的做法，每一槽組用一臺短路開關，傳統(tǒng)的布置形式如下圖所示（圖1）:上圖槽組和短路開關的布置關系，以及銅母排連接方式，是國內(nèi)大部分銅電解廠慣用的做法（不包括槽子組數(shù)）。采用這種布置形式，有以下不足：（1）每臺短路開關兩端都有長長的母排連接槽組的頭尾，需要耗費大量的母排，造價較高。（2）短路開關大多安裝在槽組之間的走道下方，而該部位有大量的工藝管道，給短路開關和母排安裝帶來很多障礙，不得已只好平移到槽下，造成每一段和各槽組頭尾的連接都更加繁瑣和別扭。（3）短路開關布置過于分散，導致每臺開關附近的控制箱電源線敷設需要耗費大量的導線和穿線管。（4）當采用DCS遠程監(jiān)控時，每臺控制箱之間的通訊總線敷設顯得過于冗長和浪費。為了降低工程造價，盡量減少和工藝管道之間的沖突，需要考慮更優(yōu)的布置形式。經(jīng)過精心的設計優(yōu)化，做了如下改進（圖2）:上圖中，為保證系統(tǒng)的先進性，以及短路開關的布置形式，采用了懸掛式開關，此種開關因具有眾多優(yōu)點，近年來已得到廣泛的認可和使用，它具有體積小、重量輕、易安裝、低功耗、長壽命的特點，各開關的現(xiàn)場控制箱內(nèi)有PLC進行就地控制，還可通過通訊總線的聯(lián)結(jié)依托DCS系統(tǒng)實現(xiàn)開關的集中監(jiān)控。上圖的布置形式具有以下特點:（1）槽組的電流流向進行了重新編排設計（需要槽間板的工藝設計與之配合調(diào)整），所有短路開關均安裝在更開闊的走道板下方，且多臺在一條直線上布置，體現(xiàn)出設計的藝術性。（2）按槽組電流流向自編的序號，與對應的各臺短路開關編好序號后，可看出短路開關序號編排呈現(xiàn)出一條線的規(guī)律，不但使得現(xiàn)場巡檢異常方便，更體現(xiàn)出了設計的精巧。（3）不少序號相鄰的兩臺短路開關可共用一大段公共母排，如（3、4）、（5、6）、（7、8）、（10、11），使母排用量得到最大化的節(jié)約。（4）大部分的短路開關在一條線上布置緊密，使得開關控制箱布線可以采用匯線橋架，更容易做得美觀，電源線也可以串接，通訊總線也大幅縮短。（5）從2~9號短路開關之間及其周邊母排連接特點可看出，如果土建、工藝、電氣各專業(yè)布置得恰當，開關之間的間距可以有規(guī)律的分配，從而該部分的母排可以做到批量加工，使工廠預制時間得以縮短。好的設計方案要做得精細，需要從各個方面優(yōu)化，本例中，母排交叉處的連接處理，是一個不可忽視的大問題。4.1傳統(tǒng)交叉連接方式在槽下母排的連接中，很多部位都會遇到T型連接和十字交叉連接。國內(nèi)眾多電解廠內(nèi)的母排連接，一般采用如下方式，如圖3、圖4所示：從上面幾幅圖可以看出，在T形和十字形連接處的設計和安裝都不太美觀，還顯得復雜，需要同時制作不同尺寸的門型連接母排進行搭接，尤其十字形連接，顯得過于繁瑣。而多片大截面母排疊裝在一起，本身硬度就很大，只要加工、打孔或安裝時稍有誤差，就很難糾正過來。在布置擁擠的場合，采用此法也難于實施。由于需要門型連接件搭接，導致母排的整體安裝標高被迫下降。而門型連接件改到下方更不方便，因為下方有支撐母排的通長布置的槽鋼支架。4.2改進后的交叉連接方式經(jīng)設計改進后的連接方式發(fā)生了根本的變化，如下圖所示。此種連接方式的特點有：1） 所有母排的水平連接均可按同一個標高進行設計，安裝后的美觀實用性大大提升。2） 沿電流流向，在經(jīng)過T形連接和十字連接部位后，在另一端靠近連接處用一些銅墊片插入各片母排之間的空隙位置，并用螺栓或夾具緊固。靠近連接處的墊片除了弓I導電流折返導通到T接段或兩交叉段的作用，還起到避免同一長段多片立式母排的左右兩半邊產(chǎn)生方向相反的電流而形成的排斥作用。3） 圖中所示水平端，采用搭接方式，可降低整體制作難度。搭接部位還起到引導電流按電流流向繼續(xù)向前流動的作用。4） 省去了門型連接件，在降低制作安裝難度、提升美觀性的同時，可節(jié)省一定的母排用量。5） 可在加工廠或地面整體組裝或分段組裝后吊裝，加快安裝進度。4.3多交叉環(huán)境中的運用特點此種連接方式，在多交叉環(huán)境中應用時，更能體現(xiàn)出極大的優(yōu)勢，除了能保證安裝標高的統(tǒng)一性，還體現(xiàn)出了母排連接的藝術性和整體美觀實用性。每一處需要插入墊片的部位也無需預先打孔，只需用夾具夾緊即可，使安裝帶來更大的方便性和靈活性。如圖6所示。優(yōu)化設計后的方案也存在不足之處，因為母排安裝頂標高一般在2.5m以上，所有槽下母排的連接按同一個標高進行設計時，由于短路開關吊掛在母排上，開關的高度也制約了巡視、檢修的方便性。處理方法有兩種：一是在每臺開關所處位置的上方走道板上預先開一個較大的長方形天窗，并用防腐材料制作的蓋板蓋住，檢修時移開蓋板，人員下去后站在母線上檢修。二是每臺開關兩端的母排各連接一段豎直向下的母排來降低開關的安裝標高，以犧牲一些美觀性和設計安裝方便性來達到利于地面檢修的目的。實踐證明，采用第一種方法，巡視人員日常不容易觀察到短路開關存在的故障隱患，走道板上開孔處的蓋板，也基本只是檢修時才移開。而且，站在母線上檢修，空間受限，檢修人員更換部件顯得很不方便。因此，宜采用第二種方法即降低開關安裝標高進行設計安裝。以年產(chǎn)18萬t電解銅的規(guī)模布置的槽組，按照傳統(tǒng)設計方案，所需的直流供電母排，需要390t以上。而采用優(yōu)化方案后，需要330多t，節(jié)省14.7%左右，具有很明顯的經(jīng)濟效益?！鞠嚓P文獻】馮忠.冶煉廠銅電解直流母線配置方案設計及改進[J].有色冶金設計與研究，1994，15(1):1013.張俊，謝迎松.直流母線短接開關更新實踐[J].中國有色冶金,2011(6)