电解槽槽电压监测系统M2 技术方案

第４１卷第４期２０１９年８月甘㊀肃㊀冶㊀金ＧＡＮＳＵ㊀ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹＶｏｌ.４１Ｎｏ.４Ａｕｇ.ꎬ２０１９文章编号:１６７２￣４４６１(２０１９)０４￣００３３￣０３电解槽系列母线对地电压检测保护系统安全郭德瑞(甘肃华鹭铝业有限公司ꎬ甘肃㊀白银㊀７３０９００)摘㊀要:通过对铝电解系列接电漏电不同现象分析ꎬ通过实际生产中检测对地电压操作ꎬ对一点接的和多点接地现象分析ꎬ提出预防和防治措施ꎮ关键词:电解槽漏电ꎻ电压检测ꎻ一点接地ꎻ多点接地中图分类号:ＴＦ３５１㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:ＡＥｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃＣｅｌｌＳｅｒｉｅｓＢｕｓＶｏｌｔａｇｅ￣ｔｏ￣ｅａｒｔｈＤｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＧＵＯＤｅ￣ｒｕｉ(ＧａｎｓｕＨｕａｌｕＡｌｕｍｉｎｕｍＩｎｄｕｓｔｒｙＣｏ.Ｌｔｄ.ꎬＢａｉｙｉｎ７３０９００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｈｅｎｏｍｅｎａｏｆｃｕｒｒｅｎｔｌｅａｋａｇｅｉｎａｌｕｍｉｎｕｍｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓｓｙｓｔｅｍꎬｔｈｅｖｏｌｔａｇｅ－ｔｏ￣ｅａｒｔｈｉｎａｃｔｕａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｉｓｄｅｔｅｃｔｅｄꎬａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｔｏｏｎｅ￣ｐｏｉｎｔｇｒｏｕｎｄｉｎｇｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎａｎｄｍｕｌｔｉｐｌｅ￣ｐｏｉｎｔｇｒｏｕｎｄｉｎｇｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔꎬａｎｄｔｈｅｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｍｅａｓｕｒｅｓａｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ.ＫｅｙＷｏｒｄｓ:ｌｅａｋａｇｅｖｏｌｔａｇｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃｃｅｌｌꎻｏｎｅ￣ｐｏｉｎｔｇｒｏｕｎｄｉｎｇꎻｍｕｌｔｉｐｌｅ￣ｐｏｉｎｔｇｒｏｕｎｄｉｎｇ１㊀引言铝电解槽是电解铝生产的关键设备ꎬ其供电方式是一种特殊的不允许接地直流供电系统ꎬ其强大的电流(连城铝业电解槽最大电流已达６００ｋＡ)是通过系列母线和电解槽构成回路ꎮ因此ꎬ电解槽供电的可靠性和安全性是保证电解正常生产的必要条件和日常维护工作的重点之一ꎬ也是保证铝电解生产连续平稳和提高电流效率的一个重要因素ꎮ近年来铝电解槽产能不断的增加ꎬ系列母线的长度也在不断增加ꎬ这样对整个系列的对地绝缘检测显得尤为重要ꎬ每台槽压降按４Ｖ计算(实际中为了保持槽温槽电压往往比４Ｖ还要高)ꎬ系列两端的对地电压将非常地高ꎬ如果铝电解槽及系列母线的支撑等处绝缘不好ꎬ会导致电解槽某一部位电压突高ꎬ不但增加电解槽电能损耗ꎬ而且会对电解生产人员及系列安全构成重大威胁ꎬ影响电解槽的正常生产ꎮ２㊀问题提出华鹭铝业２１０ｋＡ系列分别建于２００２年㊁２０１１年ꎬ两次投建共计２７２台电解槽ꎬ全部串联成一个系列ꎬ在正常情况下ꎬ整流机组㊁系列母线和铝电解槽等部位绝缘良好时(不考虑效应等异常电压ꎬ如图１)ꎬ系列进电侧母线对地电压约为－５４４Ｖ左右ꎬ出电侧对地电压约为５４４Ｖ左右ꎬ对称中间点母线对地电压约为零伏ꎬ如果个别电解槽进行启动作业或处于效应过程ꎬ中点母线电压会产生小幅波动ꎮ但在实际生产中ꎬ由于系列绝缘存在人为或强磁等原因造成对地绝缘破坏ꎬ时有发生ꎬ稍不注意就会发生母线对地打火㊁放炮㊁弧光伤人现象ꎬ甚至造成系列紧急停电ꎬ一直干扰电解安全平稳生产ꎮ该公司特别是在２０１１年后７万ｔ１２２台槽投运后ꎬ类似事故不断出现ꎮ所以能够提早发现系列母线对地电压变化ꎬ及时分析㊁判断电压异常ꎬ指导电解车间处理相关电解槽对地绝缘ꎬ防止母线对地打火发生ꎬ显得尤为重要ꎮ３㊀接地现象引起电解槽系列母线接地情况比较复杂ꎬ原因也比较多ꎬ如母线与电解槽支撑处绝缘破坏㊁槽壳与地面裸露钢筋碰触㊁电解槽打壳下料等风管内积水㊁下料管绝缘管损坏㊁排烟管绝缘损坏㊁漏料凝固的铝带㊁槽压线破损等都能使系列同大地接通ꎬ造成电解槽系列母线接地ꎮ但接地表现的形式主要有以下几点:图１㊀系列对地电压分布㊀㊀⑴整个系列母线和电解槽只有一处接地ꎬ其接地后系列母线供电系统与大地并不会形成回路ꎬ故也就不能形成电流ꎮ表现上不容易被发现ꎬ但越接近两端的电解槽ꎬ由于电压叠加ꎬ对地电压将会变高ꎬ若系列中出现上一台或两台电解槽效应时ꎬ对地电压将会成倍增加ꎬ此时ꎬ若有另外一点发生电解槽接地现象ꎬ将会出现接弧㊁放炮㊁电击现象ꎮ⑵两点接地或多点接地ꎮ在实际生产中ꎬ由于系列绝缘下降ꎬ系列母线及电解槽的接地点一般会出现多个接地点并存ꎬ这种稳定的接地ꎬ不会发生象瞬间接触的放电现象ꎬ其损坏形式主要有两点ꎬ第一ꎬ可以造成电流通过旁路流走ꎬ致使部分电解槽流经的电流减少ꎬ引起电流效率下降ꎮ第二ꎬ接地点不容易被发现ꎬ一旦再次增加接地点ꎬ就会发生对地放电㊁接弧等现象ꎬ若出现系列效应叠加ꎬ对地间隙比较小的部位ꎬ也能出现放电㊁接弧现象ꎬ但事后ꎬ接地点却不易查找ꎮ４㊀问题分析要提早发现接地点ꎬ最好的办法就是能够及时发现电解槽对地点电压的变化ꎬ一旦出现电压变化ꎬ在剔出效应及启动电压原因后ꎬ电解车间可依据电压变化ꎬ找出接地点及时将隐患排除ꎮ如本例ꎬ可在３３７＃㊁４３７＃槽母线处各装一台电压测量仪表ꎬ时时检测该处母线对地电压变化ꎬ因供电整流系统对称输出电压ꎬ两个电压表显示的数值在一定范围内相差不大ꎬ显示出各自对零位的实际电压值ꎬ如果出现零位漂移ꎬ两块表的显示值发生很大的变化ꎮ下面就不同接地方式进行分析:一点接地ꎬ如图２ꎬ若在４７５号槽处接地ꎬ两块电压表将显示电压１＃为(４７５－４３７)ˑ４＝１５２Ｖꎬ２＃为６４０Ｖꎬ３０１号槽电压为７８８Ｖꎬ４０１号槽对地电压为３００Ｖꎬ反过来ꎬ若１＃电压表显示数据为２００Ｖꎬ则２＃电压表将显示为(７９２－２００)＝５９２Ｖꎬ接地点槽号应为４８７(４３７＋２００/图２㊀一点接地４３㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀甘㊀肃㊀冶㊀金㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第４１卷４)号槽ꎮ实际生产中因槽电压的不平均ꎬ大小会有出入ꎬ但大数是确定的ꎮ二点以上接地分析ꎬ如图３ꎬ两点接地ꎬ系列母线及电解槽零点的位置是由各个接地点共同作用的结果ꎬ接地槽之间通过大地将形成回路ꎬ产生电流ꎬ对地零位点将发生飘移ꎬ通过两块电压表测算出的接地点(按一点接地点计算出的零位接地点)将不能准确定出接地点(Ｍ㊁Ｎ㊁Ｑ)位置ꎬ如图３所示ꎮ图３㊀多点接地５㊀防治措施通过以上分析ꎬ对电解铝母线系统ꎬ通过安装电压检测驱动表后ꎬ要特别重视一点接地现象ꎬ一旦出现要及时处理ꎬ防止出现两点或多点接地ꎬ对于第一类接地(单点)问题ꎬ其漏电电流一般不会超过１２Ａꎬ并且通过电压能够及时发现接地点ꎮ对于第二类接地(指电解槽之间通过地坪钢筋管网㊁天车等金属物形成回路)问题ꎬ其危害性非常大ꎮ在实际中ꎬ经常会发生这类电解槽槽壳等与地坪 打火 现象ꎬ由于电解槽容量非常大ꎬ其构成的回路相当于供电系统主路短路现象ꎬ其电流非常大ꎬ但时间很短ꎬ对人身和设备的危害较大ꎬ故在实际工作中ꎬ利用电压表检测数据ꎬ应加强巡视㊁及时处理隐患以预防这类事故发生ꎮ另外ꎬ在电解槽大修期间ꎬ应对吊出的槽壳四周地坪进行全面检查㊁清除裸露的钢筋头ꎬ并对部分地坪修补和绝缘处理ꎻ详细检查槽壳支撑上部的绝缘块ꎬ对于绝缘不好㊁变色的绝缘块必须更换ꎮ在实际生产中ꎬ只要充分了解电解槽漏电的原因和现象机理ꎬ加强防止措施ꎬ发现问题和隐患ꎬ及时处理ꎬ就一定能够解决电解槽对地放电㊁打火现象ꎬ确保铝电解槽供电系统平稳㊁安全㊁可靠运行ꎮ参考文献:[１]㊀王㊀捷.电解铝生产工艺与设备[Ｍ].北京:冶金工业出版社ꎬ２００６.[２]㊀邱竹贤.预焙槽炼铝[Ｍ].北京:冶金工业出版社ꎬ２００５.[３]㊀陈贻伍ꎬ张永注ꎬ王春和.有色金属冶炼设备[Ｍ].北京:冶金工业出版社ꎬ１９９４.[４]㊀霍庆发.电解铝工业技术与装备[Ｍ].沈阳:辽海出版社ꎬ２００２.收稿日期:２０１９￣０１￣１０５３第４期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀郭德瑞:电解槽系列母线对地电压检测保护系统安全㊀㊀㊀㊀㊀。

水电解制氢设备电解槽小室电压监测系统和电压采集方法随着氢能源的不断发展，水电解制氢设备在能源转型中扮演着重要的角色。

而电解槽作为水电解制氢设备的核心部件之一，其电压变化对整个设备的效率和稳定性起着至关重要的作用。

因此，设计一套可靠、精确的电解槽小室电压监测系统和电压采集方法是十分关键的。

一、电解槽小室电压监测系统电解槽小室电压监测系统主要由传感器、数据采集与处理部分和显示部分组成。

1.传感器传感器是电解槽小室电压监测系统的核心部件，其作用是将电解槽小室内的电压变化转换为电信号，供数据采集与处理部分进行处理。

常用的电解槽小室电压传感器有电容式、电阻式和电压变送器等。

电解槽小室电压传感器应具备以下特点：高可靠性、高精度、长寿命、防腐蚀和易于安装等。

此外，对于高温高压的电解槽小室环境，传感器还应具备耐高温、耐高压等特点。

2.数据采集与处理部分数据采集与处理部分主要负责对传感器采集到的电信号进行处理和转换，使其能够被显示部分正确读取。

数据采集与处理部分一般由模数转换器、检测电路和微处理器等组成。

模数转换器一般采用高精度的ADC芯片，能够将传感器输出的模拟信号转换为数字信号，以确保数据的准确性。

检测电路负责对传感器的输出信号进行放大、滤波和校正等处理，以确保电压监测系统的稳定性和精确性。

微处理器则负责对数据进行处理，如数据的存储、计算和输出等。

3.显示部分显示部分主要用于将电压监测系统采集到的数据进行显示和传输。

一般采用显示屏或者监控摄像头等设备进行显示，并通过通信接口将数据传输至上位机或远程监控系统。

电解槽小室电压的采集方法主要有直接采集法和间接采集法两种。

1.直接采集法直接采集法是指将测量仪器直接连接到电解槽小室两端，通过测量电位差来计算得出电解槽小室的电压。

直接采集法的优点是简单易操作、直观，可以实时监测电解槽小室的电压变化。

缺点是需要专用的测量仪器，且对于高温高压环境的电解槽，需要考虑测量仪器的适用性和安全性。

兰州铝业股份有限公司降低电解槽电压和效应系数、缩短效应时间工作实施方案根据中铝公司和我公司节能降耗工作要求，进一步提高我公司电解系列的技术经济指标，降低电解槽电耗，是当前公司生产管理的一项重要工作，而目前开展降低电解槽电压和效应系数的试验具有重要意义。

电解槽工作电压的降低不是单纯地降低极距，而是通过提高电解质的导电率、阴阳极导电性和降低各部分接触压降和降低阳极效应系数和缩短效应时间来实现的，所以这是一个全公司各个工序都应提高自己工作质量的综合工程：包括阳极的质量、导杆修复质量、钢爪修复质量、磷生铁浇铸质量、焊接质量、大修筑炉质量、阴极块的质量、阴极块和阴极棒的连接质量、氧化铝的下料量、氧化铝的质量、打击头的修复、阳极换极质量、导杆与母线的压接质量、供风质量等。

一、成立公司领导小组1、由电解二厂、生产运行部、质量监督部、机修厂、炭素厂和技术中心共同组建。

任务是：计划、实施、现场测试和现场执行。

在电解二厂建立现场测试组。

2、领导小组组长：肖伟峰副组长：杜立中组员：范爱民、郭兰江、肇玉卿、刘连会、杨保仲、马永国、陆惠国、崔亚东、李兴虎、魏世湖、杨青、李美、谷文明、张扬等工程技术人员及相关部门、分厂的操作人员二、降低阳极效应系数工作的实施依据与生产过程管理1、阳极效应发生的主要原因：氧化铝供给不足（下料量偏低）；电解质溶解氧化铝能力偏差（温度低、过热度低、电解质成分不合适）；电解质传质能力不足（电解质发粘）。

2、发生阳极效应产生的不良影响：发生阳极效应时排放大量温室气体；造成电解槽温度和电解质成分的波动；降低电流效率；增加能耗和氟盐消耗。

3、当前国内阳极效应系数高的主要原因：工艺上人为等待效应；氧化铝输送及下料故障或不准确；控制模型不适应；氧化铝质量不稳定；阳极质量问题；工艺条件问题；限电或供电不足。

4、在条件许可的情况下，选用易于溶解的砂状氧化铝，并且尽量稳定控制－325目的氧化铝在一定范围内，同时提高阳极质量，对于促进氧化铝与熔盐电解质的反应效率有很大帮助，减少了阳极效应产生的几率。

一种快速测量电解槽电压的装置的制作方法随着工业化进程的不断发展，氧化铝、氯碱、炼钢等大型工业的发展对电力和电解槽的要求也日益提高。

其中，电解槽的电压是关键参数之一，需要稳定的维持在指定水平之上。

为了实现对电解槽的精准控制，需要对电解槽的电压进行快速、准确的检测和测量。

本文将介绍一种利用并联解耦技术实现的快速测量电解槽电压的装置制作方法。

装置原理该装置基于并联解耦技术，通过并联解耦网络中的电容元件分离出交流成分，使得检测电路只测量到直流信号。

同时，由于并联解耦网络中电容元件的导电性能优异，其反应速度和抗干扰能力优于其他方案，故该技术在电解槽电压检测方面有较好的应用前景。

具体来说，装置通过测量并分离电解槽的直流信号和交流信号，实现了电解槽电压的快速测量。

电解槽电压的直流信号是电解槽的电位差，通过普通的信号放大器就可以测量得到；而交流信号则是由电力系统和电解槽自身的交流干扰引起的高频噪声。

该装置通过并联解耦技术，将高频噪声分离出来，使得检测电路只测量到直流信号，从而实现了对电解槽电压的准确测量。

装置制作材料准备在制作该装置之前需要准备以下材料：•并联解耦电容元件•信号放大器•双路运算放大器•稳压器•PCB板•电源线、信号线等材料制作步骤步骤一：制作电路原理图首先需要根据装置的原理自己画出相应的电路原理图，具体如下图所示。

___C1___ ________Z_in| | VLIN | |--->| |------- -------| |-----> Vout | | | | | |----|_Z_OPA_4_|--R2---Z3--C3--Z4--|_Z_OPA_3_|- |R4|ground步骤二： PCB布板在制作原理图之后，需要将电路布局到PCB板上。

将原理图转化成实际的PCB布局需要一定的经验和技能，对于初学者而言，可以通过在线电路设计软件进行自动布局。

步骤三：焊接元件处理好PCB布局之后，需要将电路原件焊接到PCB板上。

专利名称：一种电解槽在线槽电压监控系统专利类型：实用新型专利
发明人：周奇,侯凌峰,霍健,金太英,赵旭
申请号：CN201820066324.9
申请日：20180116
公开号：CN208949425U
公开日：
20190607
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型提供一种电解槽在线槽电压监控系统，所述的电解槽数量为多个，所述的电压监控系统由多个电压隔离变送器、多路数据采集单元、通讯网络和后台计算机组成，电压隔离变送器输入端连接各电解槽的电解电源的直流供电端，输出端连接多路数据采集单元，多路数据采集单元将采集到的多个电解槽的电压信号通过通讯网络发送至后台计算机。

用在线检测电解槽的槽电压方式及时发现电解槽的异常，提醒处理故障，从而避免浪费电能和原材料。

申请人：北京荣科恒阳整流技术有限公司
地址：100084 北京市海淀区农大南路1号硅谷亮城8号楼
国籍：CN
代理机构：鞍山嘉讯科技专利事务所(普通合伙)
代理人：张群
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电解铝智能槽控技术说明书一、技术名称：电解铝智能槽控技术二、技术适用范围：有色冶金行业三、技术内容1、技术原理简要描述电解铝智能槽控机系统可实时采集监控铝电解生产槽的槽电压、系列电流和手动操作开关板的开关状态，采用CAN总线结构，对生产过程及铝电解生产槽实施能量平衡控制和物料平衡控制。

根据电解槽的槽电阻变化情况自动调整极距，物料平衡控制采取按需加料方式，出铝、换极等作业实现自动控制。

2、关键技术�生产槽用电实时监控技术；�CAN总线技术；�能量平衡控制和物料平衡控制技术。

3、技术应用条件适用于大型预焙槽。

四、技术节能效果老式槽控机系统只能达到92%左右的电流效率，使用新的槽控技术后，电流效率可提升至94%以上。

单位电解铝综合交流电耗可减少300kwh/t-AL左右。

五、技术应用情况电解铝工业是高能耗行业，能效水平至今不及50%，槽控技术是影响电解槽机能效的主要技术环节，大型预焙槽先进生产技术是我国确定的主要节能技术研究方向之一，近年社会各方投入了大量研究开发资金，在该领域涌现了一批应用于生产一线的实用新型技术，均已进入广泛推广应用阶段。

六、典型项目或案例情况某大型电解铝企业（年耗能171531.66万kwh）一期25万吨电解铝系统共4计280台槽，投入280套新的槽控系统，含建设后端机房及配套服务器系统，共计投入约500万元，年维护成本约100万元。

系统建成后实现节电7021.92 万kwh/年。

七、技术推广前景和节能潜力根据目前相关技术指标，该技术可为我国电解铝企业带来极大的社会经济效益。

据初步测算，仅对系列产能25万吨/年的铝电合一企业，保守估算每年可节电2250万kwh，增产铝9000余吨，直接经济效益可达2500万元（按每度电0.3元，每吨铝盈利2000元计算），同时提高了电网安全运行的保障度和自备发电厂设备运行率，延长了铝电解槽寿命。

此外，还将优化铝电解槽的母线配置、降低建设投资。

八、推广措施及建议该技术为国家重点攻关项目，技术成果已处于国际先进水平。