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1、中国电解铝直流供电技术的新高度,哈萨克斯坦电解铝厂整流变电设备技术管理实践文/李晓风、吕金福、王煜2012-02-17 23:32:09 来源：世界有色金属2010年第8期通过哈萨克斯坦25万吨/年电解铝厂的建设管理实践，从项目的管理角度 和整流变电的技术角度，以电解铝厂关键设 一整流变电设备为例，分析说 明了重大国外项目管理和技术管理的复杂性、艰巨性及重要性。项目业主哈萨克斯坦铝业公司（简称KAS），大股东为在瑞士上市的JCS公 司，项目的咨询顾问由两部分组成，一部分是来自俄铝的技术专家，另外一部分 为来自加拿大HATCH公司的技术专家。项目的哈方现场监理为来自原俄铝伊尔库 兹克电解铝厂的技
2、术专家。在项目现场附近现有前苏联时期建设的150万吨/年氧化铝厂，其50%的产 量与俄罗斯签有长期供货合同，其余产量可用于自己新建的电解铝厂。项目分两 期建设，一期完成公用设施和12.5万吨/年的电解铝能力，二期完成12.5万吨/ 年的电解能力。中国有色金属建设股份有限公司（NFC）隶属于中国有色矿业集团，是特色 鲜明的外向型企业，经过近30年的国外有色金属工程建设实践，积累了丰富的 商务、技术及工程管理经验和人才，是在国际上具有一定知名度的工程承包商。概述1项目实施的制约因素（1）项目规模庞大：中国人在国外建设如此规模的有色冶炼的EPC项目是 第一次，所需调动的人力，物力，财力，智力，组织协
3、调力也是前所未有。（2）项目的工期紧且不可改变，受气候条件制约严重。（3）陆路运输极大地限制了运输能力。（4）工艺设备配置要求较高。2项目管理模式的建立采用了国际上较为通用的PMP项目管理模式，以期和业主及HATCH公司支持 下的项目管理体系以及多个欧洲设备分包商的管理体系对接。在技术管理方面， 以本公司的技术专家为主体，广泛结合了加拿大HATCH公司、瑞士 ABB公司（以 下简称ABB），设计院技术专家，行业内部以及制造厂专家智慧。在质量管理方 面，采用直到工程交工验收的全过程质量监控，包括驻厂监制以及全过程的现 场施工监理的质量控制体系。项目组织1. 重大设备的招标组织招标工作从技术交流开
4、始，一方面组织与参加投标厂家之间的技术交流，另 一方面安排评审专家审阅标书，摸清投标厂家基本情况，并对各厂家做出一个综 合性情况汇总，包括产品特性、主要外购件及原材料供货、产品质量保证措施， 资金和信誉状况，技术规范建设及企业管理情况、企业优势，存在问题和产品交 货期等作为基础资料。2. 国外重大项目设备采购的原则性意见由于在当时的订货环境下，国内大型电解铝厂曾多次出现整流变电设备在运 行中损毁的事故，造成不同程度的经 济损失，使哈萨克斯坦电解铝厂的整流变 电方案的确定困难重重。哈萨克斯坦电解铝厂整流变压器的单机组额定直流电压1300伏，直流额定 电流2X35千安，跨越了当时人们心里对国内现有
5、整流装置电压电流值的安全底 线。通过上述分析，逐步产生了国外重大项目设备采购的原则性意见:安全可靠、 经济合理。3. 工艺技术难点的提出通过前期的技术交流，业内专家各抒己见，从工程实际及东西方两个学派角 度阐述各自观点，提出建设性意见，可归纳为：对于整流变压器，认为采用补偿绕组与调压绕组分开递降式整流变压器是稳 定可靠的。对于整流柜，不确定议题较多一一是采用同相逆并联，还是非同相逆并联？ 整流元件是采用硅二极管，还是可控硅管？当整流柜采用非同相逆并联时，与之 对接的整流变压器是否也采用非同相逆并联的？同相逆并联的整流变压器与非 同相逆并联的整流柜如何对接？4不同论点的辨析通过考察，思路越来越清
6、晰，在整流变压器的制造方面，国内制造能力已达 到相当高的水平，采用同相逆并联的接线方式也相当成熟。在整流柜的制造方面， 各制造厂家针对近几年整流柜事故频发，可靠性严重影响到电解铝厂安全生产的 问题，都在研究分析，采取对策，完善设计，改进结构，加强绝缘，选用优质元 器件和绝缘材料等方面下工夫。在哈萨克斯坦电解铝厂项目整流供电设备选型研讨会上，设计院介绍了考察 了解后形成的整流系统配置方案：首推“同相逆并联的整流变+非同相逆并联的整流柜+可控硅整流”。备选“非 同相逆并联的整流变+非同相逆并联的整流柜+可控硅整流”。5.解决从未解决过的难题NFC哈萨克斯坦电解铝厂项目部最终确定采用国产同相逆并联的
7、整流变压 器，非同相逆并联的整流柜，二极管整流。这是经过三个多月的技术交流、标书 评审、多次“走出去”考察，又多次“请进来”反复论证、研讨等反复的审议才 得出的结论。根据结论，也确定了整流变压器的中标厂家。至此，哈萨克斯坦电解铝厂项 目整流设备选型订货工作迈出了艰难的第一步。接着，首次与ABB公司就非同相逆并联整流柜方案进行技术交流，其难点， 是ABB的柜子如何与国产的同相逆并联的整流变压器相对接，这是东西方两种不 同整流接线的首次对接，这种对接从理论上说是可行的，但从工程实际上说可能 会有一些问题。由于这种不同接线方式的对接，使原来ABB的非同相逆并联的柜 子的结构全部改变了，设计的理 念也
8、变了，整个柜子都要重新设计。瑞士 ABB公司提出两个方案：一是让整流变压器改变接线，按ABB的要求， 做成非同相逆并联的；二是改变整流变压器的阀侧出线，按上、下两排出线。对于ABB的意见，我们明确表示：不考虑改动整流变压器，对于方案二，经 与整流变压器厂的专家沟通，也不同意改整流变压器的阀侧出线，因为以上两个 方案都是改变了同相逆并联整流变的结构特点，是不能采纳的。为此，经多方协商，达成以下共识：其对接方案由设计院负责设计，NFC哈 萨克斯坦电解铝厂项目部、整流变压器厂及ABB公司三方会签，共同把关，对其 安全可靠性负责。值得提出的是，在整流变压器、整流柜选型，制造厂家确定问 题上，业主KAS
9、自始至终一直密切关注，而且俄铝和HATCH公司的专家多次来中 国了解情况，参加考察和研讨。在广泛调查了解的基础上，KAS副总裁最终支持 了 ABB公司整流柜的方案。供货阶段实施过程1. 整流变压器的订货合同实施阶段(1) 基本参数哈萨克斯坦电解铝厂项目采用6套ZHSFPTB-112000/220型递降式整流变压 器，五用一备，机组一次额定电压为220千伏，采用MR公司三相95级连续调压。(粗调6级，细调16级)调压范围为6%105%，自饱和电抗器作070伏细调。 调变设置三角形稳定兼补偿绕组，线电压为9.5千伏，容量为25MVA，用于功率 因数补偿和谐波治理。整流变压器的主变，采用同相逆并联结
10、构，6套整流变移相角分别为+2.5、 -2.5、+7.5、-7.5、+12.5、-12.5。单机组额定直流电压 1300 伏, 直流额定电流2X35千安，在额定参数下的整流效率$99.05% (不含整流柜)。 单机组总重378.5吨。整流变压器厂的设计者,打破传统的设计方法，应用国外先进技术进行计算, 并把先进的220千伏电力变压器技术嫁接到整流变压器设计上，从而达到产品设 计可靠性、先进性和经济性的有效统一。整流变压器的结构形式，高寒地区的 适应能力及高压干式管的应用等，都遵循了技术协议的要求，而且还充分考虑检 修的方便，在调变内留有维护走廊，本体外设有爬梯及顶部水平走廊，特别是采 用冷却效
11、果好，外型层次分明的卧式油风冷却装置，使笨重的变压器，给人以耳 目一新的感觉，把变压器当成工艺品来做，体现了设计者严谨的设计风格和人性 化设计新理念。(2) 设备监制和质量监督NFC哈萨克电解铝厂项目部委派专业监理公司负责六套整流变压器的专职 监制，对项目进行全程跟踪见证，对生产工 艺执行情况进行现场监督检查、协 助和促进制造厂质保体系的正常运转，严把设备质量关，努力消除常见性、突发 性和重复性质量问题，把产品缺陷消除在出厂前。(3) 增加荷兰KEMA见证试验在合同内容外，整流变压器厂家主动提出增加国际权威的荷兰KEMA公司见 证试验，并认真组织实施。经过KEMA公司对整流变压器制造厂家的考察
12、，出具 了见证试验报告，为这批整流变压器发放了国际通行证。(4) 出厂、交接和发运整流变压器出厂发运也是重要一环，NFC哈萨克电解铝厂项目部组织召开了 由制造、运输、安装及设计等单位参加的专题会，就整流变的包装、商检、出厂、 交接、运输、安全、报关、清关和到达哈萨克电解铝厂项目现场的检验、就位、 安装等环节的相关问题进行了讨论和确定，并形成了可操作性文件一一哈萨克斯 坦电解铝整流变压器运输、交接、就位，安装施工组织计划方案，使每一环节都 可控可循。2. 整流柜装置的订货合同实施阶段(1) 主要技术参数及其特点每套整流柜装置由两台整流柜及其相应的控制柜组成，单机组额定电压为 1300伏，额定电流
13、为2X35千安，采用非同相逆并联的三相桥式整流接线，单 机组构成等效12脉波整流，六套整流机组并联运行构成等效72脉波整流系统， 其最突出的特点是：非同相逆并联的整流柜与同相逆并联的整流变压器对接，承 担对系列直流电流320千安，系列直流电压1300伏的电解槽供电。(2) 整流柜装置设计会审NFC哈萨克斯坦电解铝厂项目部、设计院及业主哈方监理派员参加了设计审 查会。会上对整流柜的外形尺寸、在整流所的平面布置、控制回路原理等进行了 讨论和确认，对纯水装置，仪表认证，合同交货期以及整流柜与整流变压器的联 调，整流柜与220千伏SF6断路器的联系等问题进行了讨论。(3) 整流柜装置与外围设备的对接召
14、开整流柜的协调会，解决整流柜与外围设备的对接问题。(4) 整流变压器与整流柜装置的对接方案瑞士 ABB公司提供的同相逆并联的整流变压器与非同相逆并联的整流柜的“对接”方案，与铜母线制造厂家进行技术交底，第一印象感到如此连接的阀侧 交流铜母线设计方案是国内同行业中没见过的，48片360X 15毫米的铜排在整 流柜与墙狭窄的空间，要水平方向左右分开，垂直方向上下弯曲，弯曲角度要求 之严格，软连接之多，长度尺寸要求之精确，是前所未有的。根据ABB的“对接” 方案图纸，该制造厂家的技术人员进行消化，核算尺寸，在以后的多次交流沟通 中，对支架的材质和固定方式还进行过多次的修改，才形成最终的“对接”方案。
15、之后，该制造厂家严格按照设计图纸放样加工、制作，出厂前进行整体组装， 以确保尺寸无误。投产阶段的实施1投产工期一提再提，整流供电压力加大该工程工期紧，难度大，加之天气极度严寒，给项目工期增加了难度。合同 计划，2007年10月哈萨克斯坦电解铝厂项目一期工程部分电解槽通电，2007 年12月17日建成。2007年3月，根据KAS催促提前工期的要求，提出了新的 施工进度的三个节点：8月1日，全厂动力系统送电；9月20日，一期前72台 电解槽通电启动；12月1日，一期全部144台电解槽通电启动。5月28日，KAS再次提前工期，要求：8月1日，全厂动力系统送电；9月 1日，一期前72台电解槽通电启动；
16、10月15日，一期144台电解槽全部通电启 动。结果比原计划2007年10月份部分电解槽通电，2007年12月17日建成的 工期，又提前了一个多月。2移师项目现场，打响项目一期攻坚战2007年6月，NFC哈萨克斯坦电解铝厂项目部的设备管理和技术人员移师项 目现场，当时土建正在施工，4#调变和5#主变的本体还在运输途中，220千伏开 关站的SF6断路器及ABB公司的整流柜还未出库，要在不到三个月的时间内建 成投产，不要说是在国外，即便是在国内，也是难以想象的。面对重重困难，作为有着海外工程丰富管理经验的中国有色金属建设股份有 限公司及其善于打硬仗的团队，从科学管理入手，精心组织，密切协调，为适应 NFC哈萨克斯坦电解铝厂项目部工作中心转移后的工作需要，及时成立了哈萨
