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。

文章编号:1004-9762(2003)04-0313-05稀土电解槽的电场计算与槽电压分析Ξ任永红1,2,汪进宝2,贺友多1,刘中兴1(11内蒙古科技大学材料科学与工程学院,内蒙古包头　014010;21包头稀土研究院,内蒙古包头　014010)关键词:稀土;电解槽;槽电压;数值计算中图分类号:TF845;T Q15111+5 文献标识码:A摘　要:氧化物电解法是目前生产金属钕及其它稀土合金的主要方法.其中电耗在整个生产费用中占有相当大的比例,因此,槽体电压成为一个非常重要的经济技术指标.针对3kA金属钕电解槽进行了电流场计算,用M AT LAB 建立了二维柱坐标系下的电场计算数学模型,并在此基础上分析了实际槽体的电压组成,为实际生产过程中的节能降耗提供理论依据.C alculation of electric field and analysis on body voltagein rare earth electrolysis cellRE N Y ong2hong1,2,W ANGJin2bao2,HE Y ou2duo1,LI U Zhong2xing1(11Material Science and Engineering School,UST Inner M ong olia,Baotou014010,China;21Baotou Rare2Earth Research Institute,Baotou 014010,China)K ey w ords:rare earth;electrolysis cell;body v oltage;numerical calculationAbstract:Oxide electrolysis is the main way to produce neodymium metal and other rare earth alloys.E lectric energy consum ption takes up a big proportion of the production cost,s o v oltage of the cell is a very im portant economic target and technical indicator.Current field of3kA Nd electrolysis cell is calculated and a mathematical m odel of electric field is developed by M AT LAB.Then com ponent of body v oltage in practical cell has been discussed.The result provides theoretical basis for energy saving and cost reducing in practice. 稀土熔盐电解是制取稀土金属及其合金的重要方法之一.电解槽的主要热源是熔体电流产生的焦耳热,其电流分布影响着槽内的温度分布,同时电场力直接影响熔体的流动,因此了解电解槽中的电场分布非常重要.刘忠杰等[1,2]曾针对3kA规模的氟盐体系电解槽进行了电场的计算机模拟,其定性结果对稀土电解槽的改进和研发起到了重要作用.本文参考了前人的一些研究方法,并根据实际情况,用MAT LAB语言对3kA规模氟盐体系钕电解槽内的电场进行了模拟计算,并对实际槽体的电压组成进行了分析.1　稀土电解槽的基本结构及其电压组成 我国从20世纪70年代开始对稀土氟盐体系电解工艺技术及槽型结构进行研究,1984年敞开式氟盐体系氧化物电解槽应用于稀土金属的工业生产,到现在3kA级稀土氟盐体系电解槽已经形成了一套成熟的工艺技术参数,其基本结构如图1.图1　3kA金属钕电解槽Fig.1　3kA Nd electrolysis cell11钨阴极;21电解质;31稀土金属熔盐;41金属接收器; 51石墨阳极筒;61石墨坩埚2003年12月第22卷第4期包头钢铁学院学报Journal of Baotou University of Iron and S teel T echnologyDecember,2003V ol.22,N o.4Ξ收稿日期:2003-09-26基金项目:国家自然科学基金资助项目(50064001)作者简介:任永红(1968-),男,内蒙古包头人,包头稀土研究院高级工程师,内蒙古科技大学硕士研究生,主要从事稀土冶金工程研究. 在槽体运行中,电耗在生产成本中占相当大的比例,因此槽体的电压与稀土金属产品的经济指标密切相关.只有弄清槽电压的组成及其影响因素,才能采取有效措施减小电耗,降低生产成本.一般来说,熔盐电解槽的槽电压包括:分解电压、熔体电压降和结构压降.(1)槽电压中的分解电压是指在电极上加直流电,使电解过程持续进行的最低直流电压,实际分解电压与环境和电极情况有关.经测定在1050℃时,Nd 2O 3在氟化物熔盐中的实际分解电压与阳极电流密度的对数呈线性关系[3]:E =1.71+0.32ln i a ,式中,i a 为阳极电流密度.(2)结构压降指由槽型结构产生的包括阴阳极连接节点及线阻等产生的压降.由于多年的生产实践,3kA 金属钕电解槽的阴、阳极连接方式以及母线排布已经形成了一个比较固定的配置.所以就目前情况,这部分压降基本是固定的.实际测量表明,这部分压降为±219V.(3)熔体电压降是电能通过高温电解质时,由于熔盐自身电阻所产生的压降.这部分压降使电能不断转化为热能,使电解槽能维持电化学反应所需要的温度.熔体电压降取决于槽体熔盐内的电场分布,而电解槽内电场分布与槽体结构、尺寸以及熔盐性质、反应温度等都有关系.2　电场计算及其结果讨论211　电场计算的控制方程Max well 方程组全面总结了电磁场的规律,是宏观电动力学的基本方程组.在导电介质中恒定电流及其电场应满足如下方程[4]: ·D =ρ0, ×E =0,(1) J =σE , ·J =0,(2)式中,D 为电位移通量,C/m 2;ρ0为电荷密度,C/m 3;E 为电场强度,V/m ;σ为熔体电导率,Ω-1·m -1;J为电流密度,A/m 2.在稳恒条件5ρ5t=0下,恒定电场内电位<满足的拉普拉斯方程为: 2<=0,(3)二维圆柱坐标系(r ,z )下的拉普拉斯方程为: 52<5r2+1r 5<5r +52<5z 2=0,(4)电场计算的基本问题是在适当的边界条件下求取满足拉普拉斯方程的电位<值.将该方程按有限差分方法离散,得到二维柱坐标系下的拉普拉斯方程的差分形式:αP ΦP =αE ΦE +αW ΦW +αS ΦS +αN ΦN .(5)212　边界条件(1)在相同高度电极表面的电位为定值,阴极入口处电位U K =0;阳极入口处U A =U 0,U 0为未知待定常数,由总电流通量为2200A 确定.在计算时考虑电极压降的影响,其中钨的电阻率为5148×10-2Ωmm 2/m (20℃),电阻温度系数为4150×10-3Ω/℃[5];石墨的电阻率为7Ω·mm 2/m [6].(2)在熔盐表面上,电场强度的切向分量是连续的,而法向分量要发生突变,即:E t1=E t21(3)槽体石墨、液态金属钕及其接收器认为是等势体(4)在计算过程中假设阳极在高度方向均匀消耗1(5)电解槽内的电场分布是完全轴对称的.213　程序框图Matlab 既是一种编程环境,又是一种程序设计语言,它在解决实际工程和数学问题中,与C 语言和F ortran 相比具有使用简单、语言功能强、用户界面良好的特点[7].本文采用等步长(01005m )二维网格,按照所建立的差分方程,用Matlab 编写文件,求解各点电位矩阵并绘制电场分布图,计算精度1A ,所用熔盐电导率数值参考文献[3],程序框图如图2所示.214　计算结果与分析本文针对现有3kA 电解槽进行电场计算,阴极为Φ50mm 的钨棒,阳极为Φ300mm (内Φ200mm )的石墨筒,在电解温度1030℃、工作电流2200A 下,比较不同阳极时期和不同阳极插入深度对电场分布的影响以及熔体过电位的变化规律.21411　阳极消耗的影响在电极深度为240mm 的条件下,不同阳极时期的等电位图如图3.从图3可以看出,在熔盐内部电极自身产生的电极压降对电场分布的影响很小.通过计算,槽壁电位略小于阳极电位,接收器的电位略小于槽壁电位,并且其电位数值在不同阳极时期变化很小.这与我413包头钢铁学院学报2003年12月　第22卷第4期图2　电场计算流程图Fig.2　F low ch art of calculating electric field们实际测量的槽壁电位略小于阳极电位的结果一致,但接收器电位的计算结果与传统认识相悖.由于测量手段的限制,我们一直认为液态金属从零电位的阴极不断流入接收器中,推测出接收器电位应该接近阴极的零电位.但是接收器在槽内与槽体石墨仅有1cm 左右的固态电介质相隔,它与槽体石墨之间不可能产生很大的电位差,同时金属所在的接收器尽管与阴极之间存在一定的电位梯度,由于其自身并不作电极,所以金属产品在接收器内并不会被氧化.从另一个角度可以推测,如果在砌炉时接收器的绝缘没有做好,将会对以后的槽体运行产生恶劣的影响.从阳极前期到后期,熔体过电位增加了约1V ,这样造成在工作电流不变的情况下,单位时间熔盐的发热量增加,迫使在阳极后期,不得不降低工作电流以维持正常的电解温度.21412　电极高度位置的影响在液面及阳极插入深度不变的情况下,改变阴极深度,引起的电流场的变化如图4所示.图3　不同阳极时期的等电位图Fig.3　Isopotential diagram of different positive electrode period513任永红等:稀土电解槽的电场计算与槽电压分析图4　不同阴极深度时的电流分布图Fig.4　Current distribution in different negative electrode depth 随着阴极的下插,阳极下部的电力线变密,说明阳极下部的石墨消耗速度加快,造成阳极整体消耗的不均匀,在实际操作中应该选择一个合适的电极高度位置.典型的局部电流场如图5所示.由图5看出,接收器上沿始终处于一个高电力线密度区,这是由金属导体的尖端效应引起的,使接收器上沿受到较强的电力线冲刷,这应该在槽体砌筑时尽量避免.21413　熔盐深度的影响在工作电流和电极相对位置不变的情况下,改变熔盐深度会引起阴极电流密度和熔体电位的变化.图6是在2200A电流阳极前期,不同电极插入深度对熔体过电位的影响规律.电极插入深度增加,电极反应的表面积增大,使电极附近的电位梯度减小,所以在极距一定的情况下熔体的过电位降低.同时电极有效表面积增大使阳极电流密度减小,造成实际分解电压也相应减小,使整个槽电压降低.当然增加电极的插入深度是有限度的,我们在实际设计中,可以从其它途径尽量减小电极的电流密度,以利于整体槽电压的降低.图5　典型电流场局部图Fig.5　Typical local current field613包头钢铁学院学报2003年12月　第22卷第4期图6　电极深度与熔体电位的关系　Fig.6　R elationship betw een electrode depth and melt potential 21414　实际槽体的电压组成实际3kA金属钕电解槽,使用直径50mm钨棒为阴极,外直径300mm(内200mm)×320mm石墨筒为阳极,工作电流2200A,电极深度240mm,电解温度1030℃.通过计算,在此条件下不同阳极时期的槽电压见表1.从表1可以看出,通过计算得到的槽体总电压为8～9V,与实际测量结果接近.其中,用于熔盐发热的电能占总能量的40%～50%,转变成化学能的占20%左右,其它热阻及损耗30%以上.因此设备二次输出的电能有效利用率不足70%.这说明还有很大潜力通过改进槽型结构来降低电解电耗.表1　3kA槽体槽电压组成T able1　Composition of body voltages项　目阳极前期阳极中期阳极后期电压/V占有率/%电压/V占有率/%电压/V占有率/%熔体过电位313641153181441941354815实际分解电压118322161177201911721912结构压降219351921934122193213总槽电压8109100814810081971003　结论(1)现有3kA金属钕电解槽,在2200A工作电流,1030℃电解温度下,通过熔体的电压降约为3～415V,占总槽电压的40%～50%;(2)槽体运行过程中,槽壁电位接近阳极电位,接收器电位接近槽体电位;(3)熔体过电位受阳极电流密度的影响很大,降低电极的电流密度有利于降低槽电压;(4)现有槽型的二次输出电能的有效利用率不足70%,改变槽型结构可大大提高电能的利用率.参考文献:[1]　刘忠杰,刘中兴,贺友多1稀土氧化物电解槽电场的计算机模拟[J].包头钢铁学院学报,2001,21(2):13721401 [2]　尹小东1稀土熔盐电解槽电磁场、流场的研究及节能降耗的探讨[D].包头:包头钢铁学院,2002.[3]　东北大学1NdF32LiF二元熔盐体系物化性质及电化学性质研究验收报告[R]1沈阳:东北大学,20011[4]　河野照哉1电场数值计算法[M]1尹克宁1北京:高等教育出版社,1985.[5]　《电机工程手册》编委会1电机工程手册(电工材料部分)[M]1北京:机械工业出版社,19871921.[6]　童芳森,许　斌,李哲浩,等1石墨材料生产问答[M].北京:冶金工业出版社,1990.[7]　熊　彬,阮百尧.M AT LAB在有限差分法中的应用[J]1桂林工学院学报,2001,(4):1042109.713任永红等:稀土电解槽的电场计算与槽电压分析。

氯碱化工离子膜烧碱电解槽电压测量系统一、测量离子膜电解槽单元电压的必要性目前新建离子膜烧碱项目都采用高电流密度自然循环复极式离子膜电解槽，复极式电解槽是多个装有离子膜的单元槽的串联，每张离子膜在通过一定直流电流作用下而形成一定电压分布。

影响槽电压的因素较多，例如氢氧化钠浓度、阴/阳极液循环量、操作温度、盐水中杂质、阳极液PH值、阳极液中氯化钠浓度等。

电解槽电压正常与否代表着膜的性能好坏以及单元槽阳极阴极活性状态，为了使离子膜能够长期稳定地保持较高的电流效率和较低的槽电压，降低直流电耗，延长离子膜的使用寿命（离子膜昂贵），不因误操作而使膜受到损害，同时最大限度地减少电槽管理费用（不用人工进行测量测量每个单元槽电压，从而降低人工测量所需的成本）。

现在许多离子膜烧碱厂家实施了对每个膜上的电压或者膜分组的电压测量。

精确测量到离子膜槽电压后，可以指导操作人员或电槽管理人员更加优化电解系统工艺操作，使电解槽在最佳状态运行，这样不但能提高成品碱质量，最主要的好处能使每张膜上的电压降升高减慢，长期优化运行会节省大量直流电耗，也能延长膜的使用寿命。

降低电耗以及延长膜的使用寿命等于为企业创造效益。

所以很有必要对每个单元槽电压及时检测及记录，以便加强电槽数据准确分析提高生产管理水平，进而极大提高经济效益。

目前众多已经建成的离子膜厂家都很重视这项工作，从生产面来讲都把这项工作纳入技改或大修项目来实施，对于新建项目在基本建设阶段就已经作了设计，工程建设阶段加以实施。

二、现状经过调查国内众多离子膜烧碱企业，在2005年以前建设的项目很少对每个单元槽电压进行详细的自动测量，只是粗略对整个电解槽进行两段式测量，即把整个单元槽平均分成两组，采用电桥原理测量不平衡电压，这样很难准确判断某个单元槽和离子膜使用好坏，出现问题也很难及时准确找到故障位置。

虽然每班有人工用万用表的测量，但毕竟是是断续的，测量精度很低，测量危险而且需要人力资本的长期投入。

电解槽电压保护方案
电解槽电压保护是一种用于保护电解槽设备的措施，以防止设备因电压异常而受到损害。

以下是一些电解槽电压保护的基本方案：
电压监测装置：安装电压监测装置用于实时监测电解槽的输入电压。

这样的装置可以检测到电压是否超过或低于设定的安全范围。

电压保护开关：使用电压保护开关来切断电解槽的电源，当监测到电压超出安全范围时。

这有助于防止设备在高电压或低电压情况下继续运行。

电压稳定器：在电解槽的电源线路上安装电压稳定器，以确保输入电压在合适的范围内。

电压稳定器可以通过调整电压来保持恒定的电压输出。

过压保护器：安装过压保护器，用于防止电压突然升高到超出设备额定电压的水平。

过压保护器会迅速切断电源，以防止设备受到损害。

欠压保护器：类似地，安装欠压保护器，以防止电压突然下降到低于设备能够正常运行的水平。

欠压保护器也能够迅速切断电源。

电压报警系统：配备电压报警系统，当电压超出安全范围时，发出警报以提醒操作人员。

这有助于及时采取措施以防止设备受到严重损害。

自动控制系统：结合自动控制系统，通过监测和调整电解槽的运行参数，以保持在安全的电压范围内。

备用电源：在关键应用中，可以考虑提供备用电源或电源切换系统，以确保在主电源故障时能够及时切换到备用电源。

这些保护方案的选择取决于具体的电解槽设备、工艺和应用环境。

在设计和使用电解槽时，应根据实际需求考虑合适的电压保护措施。

第5期氯碱工业确加氢站建设、审批的主管部门。

为了做好《新能源汽车产 业发展规划（2021-2035年）》编制，工业和信息化部副部长赴广东省调研，指出党中央、国务院高度重视新能源汽车产业发展，要不断攻克核心技术发展产业体系。

为减少温室气体的排放,欧盟在2017年公布了汽车二氧化碳排放法规，从2020年开始排放量每km超过95g的汽车公司面临着巨额罚款，这也是近些年新能源汽车发展的 动力之一。

而2018年欧洲汽车平均排放量为120.5g/km,远大于新规要求的标准，将有多达750万辆生产中的汽车无法满足排放新规。

据英国《金融时报》消息，菲亚特-克莱斯勒汽车公司将向特斯拉支付数亿欧元，以将其电动汽车与特斯拉车队合并（通过与电动汽车联姻，摊薄汽车的平均排放量），避免因违反欧盟2020年的排放规则而受到罚款。

根据巴黎协议，中国也承诺于2030年左右，使二氧化碳排放达到峰值。

2030年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降60%-65%,非化石能源占一次能源消费比例达到20%（即新能源具备较高比例）。

其实，中国的制氢量 已达2500万t/a；同时,工业副产氢能实现氢燃料乘用车的自足。

中国作为世界第一的汽车大国，时刻面对着“保卫蓝天攻坚战”的压力。

大家对于氢气的认知可能停留在流浪地球里面“一根火柴便可以点燃木星”的台词。

事实上，氢气作燃料有许多优点，首先是干净卫生，氢气燃烧后的产物是水,不会污染环境,其次是氢气在燃烧时比汽油的发热量高，氢燃料电池有非常好的发展前景。

国际氢能委员会发布的研究报告指出：到2050年，全球范围内氢产业链将达2.5万亿美元，创造3000万个工作岗位，减少60亿t二氧化碳。

日本早在2013年便开启了对商业化加氢站的补贴计划,每个加氢站最高可获得相当于投资成本50%的政府资金补贴,最高达2亿日元。

资源匮乏的日本对能源问题一直有种全民焦虑感,从核电、火点再到清洁高效的氢能源，丰田汽车早早将氢燃料汽车作为战略布局。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011516539.4(22)申请日 2020.12.21(71)申请人 苏州竞立制氢设备有限公司地址 215000 江苏省苏州市吴中经济开发区枫津路16号(72)发明人 姜超　马军　张若雨　陆涧　(74)专利代理机构 苏州领跃知识产权代理有限公司 32370代理人 王宁(51)Int.Cl.C25B 9/00(2021.01)C25B 15/023(2021.01)C25B 1/04(2021.01)(54)发明名称一种电解水电解槽小室电压监测装置和方法(57)摘要本发明涉及一种电解水电解槽小室电压监测装置和方法，其中电解水电解槽小室电压监测装置用于监测电解槽小室电压的电解电压，电解水实验装置包括多个电极小室串联结构的电极片，每相邻两个电极片形成具有压差的单室电压，电解水电解槽小室电压监测装置包括：控制器，用以获取每相邻两个电极片之间的电压差，以得到对应相邻电极片之间的所述单室电压。

能够集中采集电解槽中的每个电极片的电位，再对每个电极片的电位集中处理，得到每相邻两个电极片之间所形成的单室电压，这样便精准得到每个单室电压的精准数据，进而得到每个单室电压对应的电解电压。

权利要求书1页 说明书6页 附图2页CN 112760673 A 2021.05.07C N 112760673A1.一种电解水电解槽小室电压监测装置，用于监测电解水实验装置的电解电压，所述电解水实验装置包括多个电极小室串联结构的电极片，每相邻两个电极片形成具有压差的单室电压，其特征在于，所述电解水电解槽小室电压监测装置包括：控制器，用以获取每相邻两个电极片之间的电压差，以得到对应相邻电极片之间的所述单室电压。

2.根据权利要求1所述的电解水电解槽小室电压监测装置，其特征在于，所述控制器包括：电压采集模块，具有与电极片数量相对应的电压采集端，所述多个电压采集端依次分别与对应的电极片电性连接，用以采集每个电极片的相应电位；处理模块，与所述电压采集模块电性连接，用以获取所述每个电极片的相应电位，并根据每相邻两个电极片的电位得到对应相邻两个电极片之间形成的单室电压。

-48-(2)110kV侧由于间隔保护单套配置，所以过程层网络单重化配置；第二套主变保护与110kV桥备自投之间采用GOOSE点对点方式连接。

(3)10kV侧推荐采用常规互感器、不考虑母差保护、间隔间无配合情况，所以配置GOOSE单网，用于备自投、分段保护测控装置等相关配合；第二套主变保护动作信号，由智能终端输出硬接点与备自投、分段保护测控装置之间采用电缆连接；不配置SV网。

低压设备与测控相关GOOSE报文通过站控层网络传输(MMS+GOOSE)。

6.总结智能化变电站基建工程建设在廊坊供电公司已经全面展开，组网方案的选择对智能变电站的安全性、可靠性、和经济性有重要影响。

本文对当前智能变电站建设的各种组网方案进行了分析，总结了的方案的利弊，并介绍了具体工程实例，以便为今后智能变电站的建设提供参考。

参考文献[1]Q/GDW 679-2011智能变电站一体化监控系统建设技术规范[S].[2]谭文恕.变电站通信网络和系统协议IEC 61850介绍[J].电网技术.作者简介：刘立英（1973—），女，天津人，高级工程师，自动化系统工程师，主要从事调度自动化运行管理工作。

DCS和电解槽槽电压检测系统的数据通信南京邮电大学通信与信息工程学院 季天溪【摘要】通过对ECS-100 DCS系统和电解槽电压检测的子系统的硬件方案、软件方案的阐述，利用DCS资源和现代通信技术，解决了离子膜装置的生产数据不能共享的困难，保证了化工生产装装置生产安全，满足工艺管理要求。

【关键词】DCS；槽电压检测系统；MODBUS通信；AdvanTrol-Pro软件1.引言江苏省某化工企业20万吨/年离子膜装置采用浙江中控ECS-100集散控制系统(DCS)对生产装置的自动化控制。

在生产装置运行过程中，同时需要设立了一套独立的槽电压数据采集系统对电解槽槽电压进行电压检测，这样的两套独立的自动化系统，存在生产信息不能共享的缺点[1]。

针对该问题，本文重点提出了在生产装置中DCS和槽电压数据采集系统的数据通信解决方案，利用浙江中控技术有限公司AdvanTrol-Pro软件MODBUS通讯功能，实现了工业生产中工业控制系统数据信息集成，提高了企业信息化的水平[2，3]。