整流系统交直流铜母线的设计与安装.pdf

【供电与整流】Aug.Chlor-Alkali Industry20232023年8 月Vol.59,No.8业碱第8 期第5 9 卷氯整流系统交直流铜母线的设计与安装傅建军*（湖北兴瑞硅材料有限公司，湖北宜昌4430 0 7）【关键词离子膜电解；整流柜；交流铜母线；直流铜母线；设计；安装【摘要】在离子膜电解整流系统中，整流变压器与整流柜之间采用交流铜母线连接，整流柜与离子膜电解槽之间采用直流铜母线连接。介绍了交直流铜母线的设计、加工和安装。中图分类号 TM46文献标志码 B文章编号 10 0 8-133X(2023)08-0001-04Design and installation of AC/DC copper busbar for rectifier systemFU Jianjun(Hubei Xingrui Silicon Materials Co.,Ltd.,Yichang 443007,China)Key words:ion-exchange membrane electrolysis;rectifier cabinet;AC copper busbars;DC copperbusbars;design;installationAbstract:In the rectification system for ion membrane electrolysis,AC copper busbar was used toconnect the rectifier transformer and rectifier cabinet,and DC copper busbar was used to connect therectifier cabinet and ion-exchange membrane electrolyzer.The design,processing,and installation ofAC/DC copper busbar were introduced.在离子膜电解整流系统，整流变压器与整流柜之间采用交流铜母线连接，整流柜与离子膜电解槽之间采用直流铜母线连接。交流电流和直流电流的数值较高，需要尺寸较大的铜母线。铜母线的加工和安装质量，对离子膜生产效率具有重要影响。对离子膜整流系统的交直流铜母线进行合理设计，并确保加工和安装质量，才能满足离子膜电解装置的需要。1整流装置的布置（1）整流装置要根据离子膜电解槽需要的方式进行布置，电解槽安装的高度决定了直流铜母线的安装高度。离子膜电解槽的底面安装高度一般在4.0m左右，与直流铜母线采用挠性电缆连接，直流铜母线就安装在电解槽平台楼层的下端，高度在3.60m左右。（2）为了检维修方便和节约投资，直流刀开关水平安装，安装高度与直流铜母线高度一致，整流柜采用柜顶出线方式。（3）整流柜的交流进线采用侧后上部进线方式，整流变压器的二次出线也采用侧上部出线方式，整流柜的高度适当抬高，与整流变压器的二次出线高度一致，方便母线的设计与安装。（4）整流变压器与整流柜靠近安装，采用的交流铜母线最短，这样可降低交流铜排的电耗，提高整流变压器的效率。2铜母线的加工安装交直流铜母线时，首先要对其进行加工。交直流铜母线的加工方式相同。2.1铜母线的加工工艺铜母线的加工工艺流程如图1所示【作者简介】傅建军（19 7 8 一），男，19 9 7 年毕业于三峡大学电气工程及其自动化专业，现于湖北兴瑞硅材料有限公司*从事电气仪表自动化方面的维护、技改、新建、扩建工作。收稿日期 2 0 2 2-12-0 52023年业碱氯供电与整流外观检查验尺校直平端面质量验收接头研磨定位与钻划线与锯合格与镀锡孔切图1铜母线的加工工艺流程图Fig.1Process flow of machining copper busbar2.2验尺说明铜母线的加工尺寸及几何形状，应符合如下规定：铜母线长度的允许偏差3 10 mm，大平面对角线偏差5 mm；进出设备的端头以及中间过道母线长度允许偏差5 mm；铜母线不应有扭曲，其平面允许偏差为每米2 mm；铜母线端头截面的高、宽允许偏差-2 4mm。2.3铜母线加工的质量验收标准（1)压接面的粗糙度应达到标准，小于Ra3.2。（2）铜母线钻孔时，钻孔中心线的倾斜度不得大于0.5 mm，孔中心距的误差不大于0.5 mm。（3）铜母线直线度的允许偏差：任意米的允许偏差3mm,全长（全长/10 0 0）mm。（4）经过校直的母线，应铣削母线端头平面，其垂直度的高、宽允许偏差为-2 2 mm。3交流铜母线的设计与安装3.1交流铜母线的设计设计交流铜母线时，应考虑以下问题。（1）为了缩短铜母线的长度，降低铜母线输送电能的损耗，整流柜与整流变压器尽可能靠近安装。(2)因离子膜电解槽的电压较高，整流的接线方式应采用三相桥式同相逆并联连接，整流变压器交流铜母线的排列应与整流柜的交流进线铜母线排列顺序一致。（3）离子膜电解槽的生产能力为2.0 万2.5万V台，最大运行直流电流为16.2 kA，正常运行电流为12.0 13.6 kA。以三相桥式同相逆并联接线为例，依据公式I=0.8161a/6，计算交流侧单根铜母线电流有效值为16 32 18 5 0 A。（4）若按1.0 1.2 A/mm的经济电流密度计算，直流电流13.6 kA时，交流铜母线需要截面是18501542mm。采用1块2 40 mm10mm的铜母线，在13.6 kA时，电流密度为0.7 7 A/mm，满足要求。即使直流电流为16.2 kA时，计算交流电流为2 2 0 3A，此时电流密度为0.9 2 A/mm，也小于1.0A/mm,满足经济电流密度的要求。（5）考虑到整流变压器与整流柜之间连接铜母线的水平相对位置会有不同的错位，在整流变压器与整流柜的铜母线中心定位后，须测量每条母线的长度，并画好大样，再进行加工制作。(6)交流铜母线可定制铜箔压成的软连接，一次性安装到位。（7）选用2 40 mm10mm的铜母线，高宽比（2 40/10=2 4）大于12，既增大了散热面积，又降低了集肤效应的影响，降低铜母线的发热损耗。（8）交流铜母线的长度较短，中间位置可不加装固定支撑架，3.2交流铜母线的安装（1）安装交流铜母线时，中间不需要固定的支撑瓷瓶。(2）如果采用铜箔压制的铜母线，通过整流柜的交流进线方孔分隔，可方便铜母线的安装。根据绘制的大样，并通过宽度相同的薄铁皮定型后，核实长度与位置，标注好两端螺栓孔的位置和大小。钻好螺栓孔，去除加工毛刺后，直接安装。（3）如果采用硬铜母线，须绘制大样，并用宽度相同的薄铁皮逐根定型，然后核实相间位置是否合适，最后确定铜母线的长度，再标注好两端螺栓孔的位置和大小。钻好孔的铜母线要去除加工毛刺。（4）硬铜母线的煨弯位置在整流柜的外面，第1个弯在刚出整流柜后的挡板位置，第2 个弯在接近整流变压器出线导电板附近。（5）由于交流铜母线有弯，有张力缓冲作用，也可以不加软连接。（6）硬铜母线加工完成后，两端的接头位置，应进行研磨和镀锡后再安装（7）交流铜母线连接如图2 所示4直流铜母线的设计2 和安装4.1直流铜母线的设计（1）离子膜电解槽的生产能力为2.0 万2.5万/台，最大直流电流为16.2 kA，正常运行直流电流为12.0 13.6 kA。若按1.0 1.2 A/mm的经济电流密度计算，13.6 kA时，铜母线要求截面在13 6 0 0 11 333 mm。（2）采用2 块35 0 mm20mm的铜母线并联，在13.6 kA时，电流密度为0.9 7 A/mm满足要求。即使在16.2 kA时，电流密度为1.15 A/mm，由于傅建军：整流系统交直流铜母线的设计与安装第8 期供电与整流小于1.2 A/mm,也满足经济电流密度的要求。整流变压侧c21c22c52c51b61b62b32b31a41a42a12a11软连接铜母线整流柜侧图2交流铜母线连接示意图Fig.2Diagram of AC copper busbar connection(3）因离子膜电解槽的铜排比较长，为减少铜母线接头，降低接头的发热损耗，应使每段母线尽量长，长度可定为6 8 m。(4)铜母线搭接面的经济电流密度，一般按不大于0.1A/mm计算。采用2 块35 0 mm20mm的铜母线时，搭接长度为30 0 mm时，搭接面积为350mm300mm2=21000mm,即使在16.2 kA时，电流密度只有0.0 7 7 A/mm，由于小于0.1A/mm,也满足经济电流密度的要求。（5）选用35 0 mm20mm的铜母线，高宽比大于12（35 0 2 0=17.5），既增大了散热面积，又降低了集肤效应的影响,降低了铜母线的发热损耗。（6）为了防止铜母线热胀冷缩损坏直流刀开关，直流刀开关的两端应采用铜箔压制的软连接，既减少铜母线应力对开关的影响，也容易调节铜母线的安装尺寸。（7)铜母线的接头应进行镀锡处理，以降低接头的接触电阻，减少发热损耗。（8）连接螺栓孔应为圆孔，连接螺栓应不少于3排，共计15 个18螺孔，用M16螺栓紧固，可以压接紧密，降低接触电阻，减少接头的发热损耗。4.2直流铜母线的安装4.2.1直流铜母线的安装工艺流程直流铜母线的安装工艺流程如图3所示。直流铜母线的安装工艺流程说明：依据设计的标高和母线中心线把铜母线支架焊接在预埋件上；安装支柱瓷瓶与固定金具，并进行标高和中心线的校准；加工好的铜母线按顺序堆放在支架就近位置的地面上；安装铜母线前，先安装直流刀开关；用倒链将铜母线放置在固定金具的托架上，依次连接好，并紧固好固定金具；先安装整流柜出线到直流刀开关的铜母线，再安装直流刀开关到离子膜电解槽的铜母线。检查定位核对支墩与铜母线固定金具铜母线预铜母线支铜母线布置支架加校直与预制与钻孔墩情况安装安装铜母安装直流支糕瓷铜母线铜母线接线并压好瓶做抗运输至头研磨与刀开关固定金具压试验现场镀锡安装真铜母线的检安装结束流电流刷相色漆查与调试测量树图3直流铜母线的安装工艺流程图Fig.3Installation process flow of DC copper busbar4.2.2直流铜母线的安装注意事项（1）安装直流铜母线时，中心偏差和标高误差允许5 mm。（2）安装母线时，从整流柜一侧开始安装，至直流刀开关处有铜箔压制的软连接，可以方便调整尺寸。然后从离子膜电解槽一侧开始安装，至直流刀开关处有铜箔压制的软连接，可以方便调整尺寸。（3）铜母线加工下料前，应合理安排接头位置，避免将接头位置放在母线的固定金具上。（4）安装时挂好2 t倒链，用2 t尼龙吊带绑住母线，将其吊至绝缘子的金具托架上，然后安装紧固。（5）安装铜母线时，应在接头的搭接面上涂抹电力复合脂或凡士林，防止接触面氧化（6)铜母线的固定金具不能形成闭合磁路，其夹紧螺栓应采用不锈钢螺栓。（7）接头的紧固螺栓须用力矩扳手检查，保证每个螺栓都紧固到位。（8）直流铜母线安装完成后，须用绝缘表测量正极和负极的绝缘电阻，测量结果应满足要求。(下转第8 页）8编辑：董红果上接第3页）22编辑：董红果C2023年碱业氯水SS盐水盐水1号试验用双氧水0.0 39 2 mL，2 号试验用双氧水0.0 330 mL，平均消耗双氧水0.0 36 1mL/L，与小试接近。两次放大试验说明，双氧水的消耗与游离氯含量密切相关。（3)为了观察双氧水浓度对试验的影响，将双氧水稀释至质量分数5.18%，对游离氯质量浓度为0.042g/L的淡盐水进行10 L滴定试验，试验数据见表7。表7采用稀释后的双氧水除氯的试验数据Table 7Experiment data of free chlorine removal by diluted hydrogen peroxide序号5.18%双氧水体积/mL电位/mVp(游离氯)/(g/L)0.1023mol/L硫代硫酸钠体积/mLp(游离氯)/(g/L)7240.04211.61205800.0286060.042100.002821.05210.035130.001.3150.0000根据表7 进行计算，折2 7%的双氧水和0.30g/L游离氯的淡盐水,双氧水的平均消耗为0.0 18mL/L。说明双氧水浓度低,双氧水的消耗就低。由于试验消耗的双氧水数量太少，双氧水又容易分解，造成用量的误差。表7 试验淡盐水游离氯折成0.030g/L,对应的硫代硫酸钠平均消耗为0.0 15 5g/L。以此推测,采用双氧水后,硫代硫酸钠的用量为亚硫酸钠用量的1/9。放大试验和小试数据基本吻合。由于ORP电极受到各种因素影响，数据稳定性不好，不论是根据ORP电位，还是根据ORP电位差，都不能给出稳定的控制数据。实践中可以通过ORP电位变化曲线来进行控制，当ORP电位变化趋于平缓，就确定游离氯基本降到预期，可以停止加人双氧水。同样,加人硫代硫酸钠时也采用相同手段，当ORP电位下降趋势基本平缓时，就可以停止硫代硫酸钠的加人。按照上述控制条件进行操作，淡盐水游离氯基本可以做到未检出，满足试验要求。4.3直流铜母线刷相色漆3直流铜母线安装完成后，应在铜母线的外表面刷相色漆，正极为赭色，负极为蓝色。母线的螺栓连接及支架连接，铜母线与电气设备连接，在距连接处10mm以内的地方不刷相色漆。相色漆选用质量较好的瓷漆。母线涂漆要均匀，无起皮缺陷。5结语安装完成后的铜母线，先进行静态检查验收，再经过送电调试，用测温枪检测接头无异常、发热现3结论(1)亚硫酸钠与游离氯反应是快速反应，可以用自动滴定仪进行滴定分析。分析给出游离氯的含量，与游离氯的标准测定方法误差不大。(2)含游离氯0.0 3g/L的淡盐水,亚硫酸钠消耗为0.144g/L。(3)双氧水与游离氯反应速度快，加人双氧水后淡盐水ORP电位急剧下降，当电位变化缓慢时，即可停止加人双氧水。过量的双氧水会使检测游离氯数据增加。对于含游离氯0.0 3g/L的淡盐水，27%双氧水的消耗为0.0 16 mL/L。（4)采用双氧水加硫代硫酸钠工艺除氯，双氧水消耗为0.0 16 mL/L；剩余的游离氯可以加人硫代硫酸钠消除,硫代硫酸钠的用量为亚硫酸钠用量的1/9。参考文献1黄秋丽.淡盐水脱氯工艺小结J.中国氯碱,2 0 18(10):4-5.象，保证离子膜电解槽经济可靠运行。参考文献1】蔡宇.电解铝厂整流变电所直流大母线安装技术J.自动化应用,2 0 14（7）：2 5-2 6.2耿庆鲁.整流系统直流铜母线的设计与施工J.氯碱工业,2 0 2 1,5 7(1):7-8.3贺晓成.电解整流大型铜母线的制作与安装J.石油化工建设,2 0 0 7(6):5 1-5 3.