一种铝电解系列的通廊母线快速短接系统及方法
阅读说明：本技术 一种铝电解系列的通廊母线快速短接系统及方法 (Rapid corridor bus short-circuit system and method for aluminum electrolysis series ) 是由 赵忠扬 于 2021-08-31 设计创作，主要内容包括：本发明提出的一种铝电解系列的通廊母线快速短接系统及方法,所述系统包括：通廊母线软连接,用于控制通廊母线的短接或断开；多级消能装置并联在通廊母线的断开口上,用于消除电解槽产生的反冲电能,实时监测通廊母线断开口和消能导体的电压值,并上传至控制终端；控制终端,用于通过消能导体两端的电压值判断电解槽产生的反冲电能是否达到预设的安全范围,根据判断结果控制通廊母线软连接并结合整流车间断供电操作完成通廊母线的快速短接。本发明能够在短时间内把叠加在系列母线上的存储电荷造成的高压反冲击电流降到安全的范围内,使其不影响通廊母线在特定时间内进行短路操作,消除了因系列断电后需长时间等待而造成的严重后果。(The invention provides a rapid short circuit system and a rapid short circuit method for a corridor bus of an aluminum electrolysis series, wherein the system comprises: the corridor bus flexible connection is used for controlling short circuit or disconnection of the corridor bus; the multistage energy dissipation device is connected in parallel to the broken opening of the corridor bus and used for eliminating recoil electric energy generated by the electrolytic cell, monitoring the voltage values of the broken opening of the corridor bus and the energy dissipation conductor in real time and uploading the voltage values to the control terminal; and the control terminal is used for judging whether the back-flushing electric energy generated by the electrolytic cell reaches a preset safety range through the voltage values at the two ends of the energy dissipation conductor, controlling the flexible connection of the corridor bus according to the judgment result and finishing the quick short circuit of the corridor bus by combining the intermittent power supply operation of the rectifier car. The invention can reduce the high-voltage anti-impact current caused by the stored charges superposed on the serial bus to a safe range in a short time, so that the short-circuit operation of the corridor bus in a specific time is not influenced, and the serious consequence caused by long-time waiting after serial power failure is eliminated.)
技术领域
本发明涉及电解铝生产技术领域，更具体的说是涉及一种铝电解系列的通廊母线快速短接系统及方法。
背景技术
随着科技的飞速发展，新技术在各领域快速更迭，工业生产架构不断推陈出新，生产规模、生产效率与产能也在同步提升，有色金属行业的革新转变更是突飞猛进，作为有色金属行业最重要的组成部分“铝电解系列”也不例外，近几年铝电解系列在提高生产效率的同时系列容量也在成倍增长，如图1所示，目前新建成的铝电解系列中整条铝电解系列所需的直流电往往出自同一整流车间，通过整流车间引出的系列母线串联电解槽进行供电，由于系列槽数较多，串联后会形成距离跨度很大的生产线，这样会给生产运行时进出物料、系列维护、电解槽的日常管理操控等带来诸多不便，因此一条完整的铝电解系列大都会被划分成若干个工作段，按照两排相对应的两个工作段组成一组，相邻两组之间设立一个工作通廊(用于进出物料等)，在通廊下面均设有与系列母线连接的通廊母线，每条通廊母线都设有断开口，根据需要可人为通过铝软连接控制每条通廊母线短接或断开，因通廊母线处在相邻的两组工作段之间，相邻的两组工作段通过跨接母线就形成了并联状态。通过控制通廊母线的短路和断路就能方便灵活的控制其下游的工作组停产或投产，这样当某一工段出现故障，检修，限产等需要停产或投产操控时便可控制其通廊母线来控制其生产状态，又因通廊母线连通后会和其上游的系列工段形成回路，因此在停止下游工作组(段)时并不会影响其它剩余工作组(段)的正常生产，这样就实现了铝电解系列在生产过程中可根据需要灵活分段运行，避免因各种问题发生时，而影响整条铝电解系列的正常生产，做到了在提高电流效率的同时把特殊情况下的各种不利因素降到最低，增加了可控的手段。
但是，当通过控制通廊母线的短路实现控制其下游的工作组停产后，停电后的电解槽在电解铝过程中会产生储能效应和电化学引起的原电池效应，由于电解槽的容量巨大，每个电解槽所提供的反冲击能量将会到达数百千瓦以上，停电后的电解槽就相当于一个充满电量的低电压大容量蓄电池，整个系列有数百台电解槽，系列上所有电解槽均通过系列母线串接在一起，因此每个电解槽上的存储能量在电压上就呈现叠加状态，而电流则为串连状态，这样就会形成一个高电压、大电流的能量源。
由于通廊母线与系列母线相连接，通廊母线上连接有如此巨大的能量源，在这种带电状态下是根本无法进行短路操作的，如不及时消除这种存储的能量就盲目进行相关操作，将会非常危险，如果此时强行将其短路，能量源就会因形成回路被瞬间释放，形成巨大的反冲击电流，使通廊母线连接端口剧烈打火，甚至爆炸，引发一系列恶性事故，直接造成不可挽回的巨大经济和财产损失，甚至会危及操控人员的人身安全。如果为了避免出现反冲击电流造成危险事故，让存储的能量自然消耗殆尽再进行短路操作，则需要很长时间才能减弱到操作时不具危险性，但断电时间过长会使电解槽失温，使槽内的电解质冷却下沉和铝液混为一体呈凝固或半凝固状态、造成死槽现象，如出现死槽现象就只能把电解槽内部的物质全部清理干净，然后重新铺装新的材料，才能让铝电解系列重新启动，这样不但影响产能、耗费人力物力还会因此给企业造成巨大的经济损失。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种铝电解系列的通廊母线快速短接系统及方法，能够在短时间内把叠加在系列母线上的存储电荷造成的高压反冲击电流降到安全的范围内，使其不影响通廊母线在特定时间内进行短路操作，消除了因系列断电后需长时间等待而造成的严重后果，避免了企业会因此造成重大经济损失的风险。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
一种铝电解系列的通廊母线快速短接系统，所述铝电解系列通过整流车间引出的系列母线串联电解槽进行供电，铝电解系列的工作通廊中设有与系列母线连接的通廊母线，每条通廊母线都设有断开口；所述系统包括：通廊母线软连接、消能装置、控制终端和供电开关；所述控制终端分别与各组消能装置信号连接；所述通廊母线软连接设在通廊母线的断开口上，通廊母线软连接上设有绝缘叉板，用于控制通廊母线的短接或断开；所述消能装置并联在通廊母线的断开口上，消能装置内设有消能导体、阶梯开关和电压采集单元；所述消能导体用于消除电解槽产生的反冲电能，阶梯开关用于消能导体的介入和撤出，电压采集单元用于实时监测通廊母线的断开口和消能导体的电压值，并上传至控制终端；所述供电开关设在整流车间中，用于控制系列母线的导通或断开；所述控制终端，用于通过通廊母线的断开口和消能导体的电压值判断电解槽产生的反冲电能是否达到预设的安全范围，并在电解槽产生的反冲电能达到预设的安全范围后，显示短接提示信息。
基于上述结构，通过控制终端自动判断反冲电压大小来控制相应的消能装置快速把巨大的反冲电能消除、转移掉，并通过控制终端的面板做出对应提示，当反冲能量减弱到一定程度(即：降到安全范围内)，控制终端会提示工作人员自动进行通廊母线短接操控，这样在较短时间内就能完成通廊母线的短接操作，成功避免了因长时间等待使整个系列无法重新启动的情况发生。
进一步，所述消能装置内还设有调整单元，用于调整消能导体的阻值。
进一步，所述消能装置通过母线卡具并联在通廊母线的断开上，所述消能装置的输入端和输出端均采用软连接，母线卡具用于将软连接压接到通廊母线的断开口上。
进一步，所述母线卡具包括：U型架和螺栓，U型架的一端设有螺孔，U型架的另一端设有与螺栓端部匹配的限位块，螺栓通过螺孔与U型架螺纹连接。
进一步，所述控制终端通过电缆与消能装置信号连接，控制终端与消能装置的直线距离为预设安全距离。
相应的，本发明还公开了一种铝电解系列的通廊母线快速短接方法，包括如下步骤：
S1：根据需要停机的电解槽确定待短接的通廊母线；
S2：通过供电开关控制整流车间断电，使系列母线断开直流供电电源；
S3：将消能装置并联在通廊母线的断开口上，并联完成后通过电压采集单元将通廊母线的断开口的电压值发送至控制终端，控制终端根据电压值向阶梯开关发出信号控制消能导体介入；
S4：通过控制终端读取消能导体的电压值，判断电解槽产生的反冲电能是否达到预设的安全范围，若是，显示消能完成提示信息，将消能装置与通廊母线断开并转移；
S5：将绝缘叉板与通廊母线软连接分离，使待短接的通廊母线短接；
S6：通过供电开关控制整流车间向系列母线供电，使铝电解系列恢复生产。
进一步，所述步骤S3具体为：
将消能装置并联在通廊母线的断开口上；
通过电压采集单元将通廊母线的断开口的电压值发送至控制终端；
控制终端根据通廊母线的断开口的电压值计算通廊母线的反冲电能；
控制终端根据计算出的反冲电能调整消能装置的消能导体阻值；
通过电压采集单元将通廊母线的断开口和消能导体的电压值发送至控制终端。
进一步，所述步骤S4具体为：
通过控制终端读取通廊母线的断开口和消能导体的电压值，若当前消能导体的电压值小于等于预设的安全电压，则电解槽产生的反冲电能已经达到预设的安全范围；此时，将消能装置与通廊母线断开并转移。
对比现有技术，本发明有益效果在于：
1、本发明通过控制终端和并联在通廊母线断开口上的消能装置配合使用，在短时间内就能把叠加在系列母线上的存储电荷造成的高压反冲击电流降到安全的范围内，使其不影响通廊母线在特定时间内的短接，消除了因系列断电后需长时间等待而造成的严重后果，避免了企业会因此造成重大经济损失的风险。
2、本发明的消能装置能够自动调整内阻，实现了多级自动调节消能，消能装置能在任意位置的通廊母线上安全使用，不会因反冲参数不同而产生无法快速完成消能、转移或烧毁设备的问题，不但有效的提高了设备的利用率，也大大地为企业降低了设备的使用成本。
3、本发明通过控制终端实现了系统的智能化控制，能够自动检测消能导体的电压，经过科学计算分级控制消能，逐步消载转移反冲能量、并安全可靠、快速的自动完成整个操控流程，整个运行过程无需人为干预、并具有精准参数提示、过程提示以及安全警告提示等。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
附图1是本发明的现有技术中的铝电解系列的结构示意图；
附图2是本发明的结构原理图；
附图3是本发明的控制原理图；
附图4是本发明的母线卡具的结构示意图；
附图5是本发明的方法流程图。
图中，1为整流车间；2为工作通廊；3为系列母线；4为通廊母线；5为工作段；6为通廊母线软连接；7为消能装置；8为控制终端；9为供电开关；10为U型架；11为螺栓；12为限位块；71为消能导体；72为电压采集单元；73为调整单元；74为阶梯开关。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做出说明。
实施例一：
本实施例公开了一种铝电解系列的通廊母线快速短接系统，本系统基于现有技术中的铝电解系列布局方式，如图1所示，铝电解系列通过整流车间1引出的系列母线3串联电解槽组成的工作段5进行供电，铝电解系列的工作通廊2中设有与系列母线3连接的通廊母线4，每条通廊母线4都设有断开口。
如图2、图3所示，本系统包括：通廊母线软连接6、消能装置7、控制终端8和供电开关9；所述控制终端8分别与各组消能装置7信号连接。
通廊母线软连接6通过螺栓压接在通廊母线4的断开口上，通廊母线软连接6上设有绝缘叉板，用于控制通廊母线4的短接或断开。
消能装置7并联在通廊母线4的断开口上，消能装置7内设有消能导体71、电压采集单元72、调整单元73和阶梯开关74；所述消能导体71用于消除电解槽产生的反冲电能；电压采集单元72用于实时监测通廊母线的断开口和消能导体71的电压值，并上传至控制终端8；调整单元73用于调整消能导体71的阻值；阶梯开关74用于消能导体71的介入和撤出。
供电开关8设在整流车间1中，用于控制系列母线3的导通或断开。
所述控制终端9，用于通过通廊母线的断开口和消能导体71两端的电压值判断电解槽产生的反冲电能是否达到预设的安全范围，并在电解槽产生的反冲电能达到预设的安全范围后，显示短接提示信息，提示工作人员将绝缘叉板与通廊母线软连接6分离，完成通廊母线4的短接。
其中，消能装置7通过母线卡具并联在通廊母线软连接6上，消能装置7的输入端和输出端均采用软连接，母线卡具用于将软连接压接到通廊母线4的断开口上。如图4所示，母线卡具包括：U型架10和螺栓11，U型架10的一端设有螺孔，U型架10的另一端设有与螺栓端部匹配的限位块12，螺栓12通过螺孔与U型架10螺纹连接。
在本系统中，为了保证安全，控制终端8通过电缆与消能装置7信号连接，控制终端8与消能装置7的具有安全距离，通常，安全距离大于10米。
使用时，通过控制终端自动判断反冲电压与电流大小来控制消能导通快速把巨大的反冲电能消除、转移掉，并通过控制终端上的面板做出对应提示，当反冲能量减弱到一定程度(即：降到安全范围内)，控制终端会提示工作人员进行通廊母线短接操控，当工作人员把通廊母线短接完成后，便可安全撤离消能装置，这样在较短时间内就能完成通廊母线的短接操作，成功避免了因长时间等待使整个系列无法重新启动的情况发生。
实施例二：
相应的，如图5所示，本发明还公开了一种铝电解系列的通廊母线快速短接方法，包括如下步骤：
S1：根据需要停机的电解槽确定待短接的通廊母线。
S2：通过控制终端控制整流车间断电，使系列母线断开直流供电电源。
S3：将消能装置并联在通廊母线的断开口上，并联完成后通过电压采集单元将通廊母线的断开口的电压值发送至控制终端，控制终端根据电压值向阶梯开关发出信号控制消能导体介入。
首先，根据需要停机的电解槽确定待短接的通廊母线；然后，通过母线卡具把消能装置上的软连接与通廊母线的断开口压接在一起。此时，控制整流车间停电；通过电压采集单元将通廊母线的断开口和消能导体的电压值发送至控制终端；控制终端根据计算出的反冲电能自动能调整消能装置的消能导体阻值；控制终端发出指令控制消能导体介入；电压采集单元实时回传消能导体压降数据。
将消能装置并联在通廊母线的断开口上时，可通过母线卡具把消能装置上的软连接与通廊母线两个端口压接在一起，由于消能导体呈高阻状态，连接时不会有电流通过，所以不会发生打火现象，也不会给操作人员带来任何危险，更不会对通廊母线和设备造成永久损害，当人为把所有通廊跨接母线和对应的消能装置相连接后，人员立即撤离现场。
S4：通过控制终端读取消能导体的电压值，判断电解槽产生的反冲电能是否达到预设的安全范围，若是，显示消能完成提示信息，将消能装置与通廊母线断开并转移。
具体通过控制终端读取消能导体的电压值，若当前消能导体的电压值小于等于预设的安全电压，则电解槽产生的反冲电能已经达到预设的安全范围；此时，控制终端显示消能完成提示信息，通知工作人员将消能装置与通廊母线断开并转移。这样在较短时间内就能完成通廊母线的消能，成功避免了因长时间等待使整个系列无法重新启动的情况发生。
S5：将绝缘叉板与通廊母线软连接分离，使待短接的通廊母线短接。
消能装置分离后，工作人员取下所有短接的通廊母线上的绝缘叉板，使所有待短接的通廊母线短接。
S6：通过供电开关控制整流车间向系列母线供电，使铝电解系列恢复生产。
当短接通廊母线后系列母线的电流会通过通廊母线形成流通回路，因跨接母线截面积和系列母线相同，因此其本身电阻值非常低，根据欧姆定律，短接联通后其两端的直流降压会处在100mV以下，对于正常生产所需工作电压在几百伏的工作组来说，面对通廊跨接母线100mV的短路压降，就相当于停电状态，因此通过控制通廊母线的短路和断路就能方便灵活的控制其下游的工作段停产或投产，这样当某一工作段出现故障，检修，限产等需要停产或投产操控时便可控制其通廊跨接母线来控制其生产状态，又因通廊跨接母线连通后会和其上游的系列工作段形成回路，因此在停止下游工作段时并不会影响其它剩余工作段的正常生产，这样就实现了铝电解系列在生产过程中可根据需要灵活分段运行，避免因各种问题发生时，而影响整条铝电解系列的正常生产，做到了在提高电流效率的同时把特殊情况下的各种不利因素降到最低，增加了可控的手段。
结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
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