CN105401172A - 一种用于电解铝的直流母线稳定系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于电解铝的直流母线稳定系统,属于输电供电领域。包括控制单元、线圈单元、继电器单元、放电单元、电流传感器单元；将线圈组和放电负载进行有效的利用，能够对直流母线上的电流进行更加事实精确的控制，能够有效稳定直流母线的电流，消除电流波动，提高供电质量，提高电解铝的生产速度和质量，当波动范围小于设定值时，通过线圈组构成不同匝数的回路，进行磁力阻碍，降低小幅度波动对电流质量的影响，另外，当波动范围较大时，通过电容滤波和电阻放电，有效的稳定电流，提高供电质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于电解铝的直流母线稳定系统,属于输电供电领域。
背景技术
电解铝就是通过电解得到的铝。现代电解铝工业生产采用冰晶石-氧化铝融盐电解法。熔融冰晶石是溶剂，氧化铝作为溶质，以碳素体作为阳极，铝液作为阴极，通入强大的直流电后，在950℃-970℃下，在电解槽内的两极上进行电化学反应，既电解。整流电路的作用是将交流降压电路输出的电压较低的交流电转换成单向脉动性直流电，这就是交流电的整流过程，整流电路主要由整流二极管组成。经过整流电路之后的电压已经不是交流电压，而是一种含有直流电压和交流电压的混合电压。习惯上称单向脉动性直流电压。直流大母线作为铝电解冶炼工艺生产的一项重要设备，安装在各整流机组直流隔离开关二次，与电解槽负载端紧密相连；其实物为铝材质制作的大型母线，采用分段设计，软连接技术解决整体材料的热伸缩问题，母线设计采用不同数量的支持瓷瓶对母线进行绝缘及固定安装。直流大母线的作用有：一是将各整流机组输出的直流电源通过其隔离开关汇流到母线上，实现系列大电流的汇流作用。二是，将汇流的大电流能源，源源不断的输送的电解槽负载上。铝电解直流大母线是铝冶炼的重要设备，担负着各变流装置的汇流输出、电流传导、电能的供给等重要任务。随着近几年直流大母线故障日益增多，其安全、稳定运行也备受专业人士的关注，本文结合具体的生产实践，就直流大母线的问题、采取的措施进行部分阐述，力求使直流大母线运行处于最佳工作状态。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种用于电解铝的直流母线稳定系统，将线圈组和放电负载进行有效的利用，能够对直流母线上的电流进行更加事实精确的控制，能够有效稳定直流母线的电流，消除电流波动，提高供电质量，提高电解铝的生产速度和质量，当波动范围小于设定值时，通过线圈组构成不同匝数的回路，进行磁力阻碍，降低小幅度波动对电流质量的影响，另外，当波动范围较大时，通过电容滤波和电阻放电，有效的稳定电流，提高供电质量。其电流波动能够产生磁力，并利用闭合的线圈组队磁力的阻碍的作用，进而减少直流母线上的电流波动，有利于该直流母线的供电，能够提高直流母线的供电质量，稳定直流电流。
本发明采用的技术方案如下：
本发明公开了一种其用于电解铝的直流母线稳定系统，包括：
控制单元，包括控制器，该控制器包括MCU及分别连接MCU的存储器、模数转换器、通讯器、及显示器，控制器通过逆变器与直流低压电池相连，该电池用于为控制器供电；
绕组单元，包括线圈组，线圈组套设在25-35kA的为电解铝供电的直流母线的负极上，线圈组上具有多个外接线端和一个输出端，线圈组为采用0.8-1.25mm的铜丝、以18-20cm为外接圆半径绕制而成的四边形结构，线圈组的各个外接线端所对应的匝数为1000、1500、2000、2500、3000、3500；在线圈组和直流母线之间设有绝缘层，绝缘层分别通过绝缘胶与线圈组及直流母线粘连；
继电器单元，包括触点继电器组和负载继电器，触点继电器组的输入端与线圈组的输出端相连，触点继电器组的各输出端分别与线圈组的各外接线端一一对应；控制不同的触点继电器闭合将线圈组的线圈构成回路；触点继电器组的控制端分别于控制器相连；负载继电器的控制端与控制器相连；负载继电器的输出端连接放电负载的输入端，放电负载的输出端接地；
放电单元，包括电容器组和放电负载，电容器组的输入端与直流母线相连、输出端与负载继电器的输入端相连；该电容器组接入电路的电容值可调；放电负载包括10-20个阻值为50kΩ定值电阻，控制器控制串联的定值电阻的数量以调节电池组的电阻的大小；
电流传感器单元，包括分别位于在线圈组两侧的电流传感器，该电流传感器套设在母线上用于检测母线上的电流；电流传感器与线圈组的距离不小于3m，避免线圈组所产生的磁场影响电流传感器的检测结果；
电流传感器与控制器电连接并将其检测到的电流信号发送至控制器；电流传感器的检测信号经模数转换器发送至MCU，MCU对比存储器中的设定值，控制相应触点继电器组闭合使线圈组的对应匝数构成回路，或者，控制负载继电器闭合将波动的电流由放电负载消耗。
由于上述系统，将线圈组和放电负载进行有效的利用，能够对直流母线上的电流进行更加事实精确的控制，能够有效稳定直流母线的电流，消除电流波动，提高供电质量，提高电解铝的生产速度和质量，当波动范围小于设定值时，通过线圈组构成不同匝数的回路，进行磁力阻碍，降低小幅度波动对电流质量的影响，另外，当波动范围较大时，通过电容滤波和电阻放电，有效的稳定电流，提高供电质量。
更进一步，所述线圈组紧密套设在直流母线上，在线圈组合直流母线之间设置有厚度为3-5mm的绝缘层，该绝缘层由20-28份乙烯基树脂、16-18份硅胶、4-4.5份塑化剂、3-3.2份二盐基硬脂酸铅，3.5-3.8份含氧硅油，5-5.3份铂络合物，5-6份乙炔基环己醇，6-8份云母，10-13份硅氧烷低聚物和7-13份邻苯二甲酸二甲组成。该配比的绝缘层，具有使用寿命长，受温差影响小，耐腐蚀的特性，更适用于对直流母线的绝缘。
更进一步，所述绝缘层分别通过绝缘胶与线圈组及直流母线粘连，该绝缘胶由15-18份二甲基硅油、13-16份滑石粉、40-42份TPR、3-5份硬脂酸锌、1.1-1.3份白炭黑、1.5-1.8份硼酸、5-5.6份亚麻油、8-9份芥酸酰胺、10-11份膨化剂、7-10份过氧化苯二甲酰、8-10份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、2-7份十溴联苯组成。该配比的绝缘胶，具有粘连性好，绝缘性强，不易脱胶，使用寿命长的特点。
更进一步，该直流母线稳定系统的控制方法：
步骤1：通过电流传感器检测负极的直流母线上的电流并将检测信号经模数转换器发送至MCU，MCU读取存储器中的设定值与检测值对比；
步骤2：直流母线上的直流电流波动范围大于1.0kA，MCU控制触电继电器闭合使线圈组构成回路的匝数为1000；直流母线上的直流电流波动范围为1.01-1.2kA，控制线圈组构成回路的匝数为1500；直流母线上的直流电流波动范围为1.21-1.4kA，控制线圈组构成回路的匝数为2000；直流母线上的直流电流波动范围为1.41-1.6kA，控制线圈组构成回路的匝数为2500；直流母线上的直流电流波动范围为1.61-1.8kA，控制线圈组构成回路的匝数为3000；
步骤3：直流母线上的直流电流波动范围大于1.8kA时，MCU控制负载继电器闭合，同时，MCU调节电容器组的电容值和调整放电负载的阻值的大小；
步骤4：当直流母线的波动频率低于5hz时，MCU调节电容器组的电容值为0.05uf；当直流母线的波动频率为5-10hz时，MCU调节电容器组的电容值为0.1uf；当直流母线的波动频率为10.1-18hz时，MCU调节电容器组的电容值为0.15uf；当直流母线的波动频率为18.1-30hz时，MCU调节电容器组的电容值为0.2uf；当直流母线的波动频率大于30hz时，MCU调节电容器组的电容值为0.3uf
步骤5：当直流母线上的电流波动范围为1.81-2kA时，MCU调节放电负载的阻值为900千欧；当直流母线上的电流波动范围为2.01-2.3kA时，MCU调节放电负载的阻值为800千欧；当直流母线上的电流波动范围为2.31-2.6kA时，MCU调节放电负载的阻值为700千欧；当直流母线上的电流波动范围为2.61-2.9kA时，MCU调节放电负载的阻值为650千欧；当直流母线上的电流波动范围大于2.9kA时，MCU调节放电负载的阻值为500千欧；
步骤6：MCU通过通讯器连接后台服务器并与后台服务器通讯，当直流母线上的电流波动范围大于4.5kA时，MCU向后台服务器发送报警信号，后台服务器控制直流母线断电。
由于采用了上述方法，能够根据直流母线的电流波动进行实时检测和实时调节，能够将直流母线上的电流波动减少至5%以内，能够有效的保证直流电流的稳定性，根据不同的电流波动控制线圈的绕组匝数组成回路，通过磁力阻碍在一定范围内调节电流波动，当电流波动范围过大时，通过控制滤波电容器组和放电负载的接入，并调节滤波电容器组和放电负载的大小，对直流电流进行稳定调节。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本系统结构简单，安装方便，能够对直流母线的电流的稳定进行精确控制，填补的直流母线的局部稳流的空白，避免了较大的闭环控制的不精确，反应周期长的缺点。
2、能够检测直流母线的电流波动，其电流波动能够产生磁力，并利用闭合的线圈组队磁力的阻碍的作用，进而减少直流母线上的电流波动，有利于该直流母线的供电，能够提高直流母线的供电质量，稳定直流电流。
3、控制器根据电流波动的大小选择构成回路的线圈的多少，进而实现精确控制，将直流母线进过电容器与放电负载相连，能够进一步控制电流波动，能够对直流电流进行滤波消耗，有效的提高直流母线的供电质量，稳定直流电流，控制器能够根据电流的波动大小选择合理的稳定方式，具有很强的实用性。
附图说明
图1是本发明中用于电解铝的直流母线稳定系统主视图；
图中标记：1-直流母线，2-线圈组，3-电流传感器，4-电容器组，5-触点继电器组，6-控制器，7-负载继电器，8-放电负载。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
具体实施例1：
如图1所示，本发明的用于电解铝的直流母线稳定系统，包括控制单元，包括控制器6，该控制器6包括MCU及分别连接MCU的存储器、模数转换器、通讯器、及显示器，控制器6通过逆变器与直流低压电池相连，该电池用于为控制器6供电；
绕组单元，包括线圈组2，线圈组2套设在25-35kA的为电解铝供电的直流母线1的负极上，线圈组2上具有多个外接线端和一个输出端，线圈组2为采用0.8-1.25mm的铜丝、以18-20cm为外接圆半径绕制而成的四边形结构，线圈组2的各个外接线端所对应的匝数为1000、1500、2000、2500、3000、3500；在线圈组2和直流母线1之间设有绝缘层，绝缘层分别通过绝缘胶与线圈组2及直流母线1粘连；
继电器单元，包括触点继电器组5和负载继电器7，触点继电器组5的输入端与线圈组2的输出端相连，触点继电器组5的各输出端分别与线圈组2的各外接线端一一对应；控制不同的触点继电器闭合将线圈组2的线圈构成回路；触点继电器组5的控制端分别于控制器6相连；负载继电器7的控制端与控制器6相连；负载继电器7的输出端连接放电负载8的输入端，放电负载8的输出端接地；
放电单元，包括电容器组和放电负载8，电容器组的输入端与直流母线1相连、输出端与负载继电器7的输入端相连；该电容器组接入电路的电容值可调；放电负载8包括10-20个阻值为50kΩ定值电阻，控制器6控制串联的定值电阻的数量以调节电池组的电阻的大小；
电流传感器3单元，包括分别位于在线圈组2两侧的电流传感器3，该电流传感器3套设在母线上用于检测母线上的电流；电流传感器3与线圈组2的距离不小于3m，避免线圈组2所产生的磁场影响电流传感器3的检测结果；
电流传感器3与控制器6电连接并将其检测到的电流信号发送至控制器6；电流传感器3的检测信号经模数转换器发送至MCU，MCU对比存储器中的设定值，控制相应触点继电器组5闭合使线圈组2的对应匝数构成回路，或者，控制负载继电器7闭合将波动的电流由放电负载8消耗。
由于上述系统，将线圈组2和放电负载8进行有效的利用，能够对直流母线1上的电流进行更加事实精确的控制，能够有效稳定直流母线1的电流，消除电流波动，提高供电质量，提高电解铝的生产速度和质量，当波动范围小于设定值时，通过线圈组2构成不同匝数的回路，进行磁力阻碍，降低小幅度波动对电流质量的影响，另外，当波动范围较大时，通过电容滤波和电阻放电，有效的稳定电流，提高供电质量。
线圈组2紧密套设在直流母线1上，在线圈组2合直流母线1之间设置有厚度为3-5mm的绝缘层，该绝缘层由20-28份乙烯基树脂、16-18份硅胶、4-4.5份塑化剂、3-3.2份二盐基硬脂酸铅，3.5-3.8份含氧硅油，5-5.3份铂络合物，5-6份乙炔基环己醇，6-8份云母，10-13份硅氧烷低聚物和7-13份邻苯二甲酸二甲组成。该配比的绝缘层，具有使用寿命长，受温差影响小，耐腐蚀的特性，更适用于对直流母线1的绝缘。
绝缘层分别通过绝缘胶与线圈组2及直流母线1粘连，该绝缘胶由15-18份二甲基硅油、13-16份滑石粉、40-42份TPR、3-5份硬脂酸锌、1.1-1.3份白炭黑、1.5-1.8份硼酸、5-5.6份亚麻油、8-9份芥酸酰胺、10-11份膨化剂、7-10份过氧化苯二甲酰、8-10份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、2-7份十溴联苯组成。该配比的绝缘胶，具有粘连性好，绝缘性强，不易脱胶，使用寿命长的特点。
具体实施例2：
基于实施例1的用于电解铝的直流母线稳定系统，其控制方法：
步骤1：通过电流传感器3检测负极的直流母线1上的电流并将检测信号经模数转换器发送至MCU，MCU读取存储器中的设定值与检测值对比；
步骤2：直流母线1上的直流电流波动范围大于1.0kA，MCU控制触电继电器闭合使线圈组2构成回路的匝数为1000；直流母线1上的直流电流波动范围为1.01-1.2kA，控制线圈组2构成回路的匝数为1500；直流母线1上的直流电流波动范围为1.21-1.4kA，控制线圈组2构成回路的匝数为2000；直流母线1上的直流电流波动范围为1.41-1.6kA，控制线圈组2构成回路的匝数为2500；直流母线1上的直流电流波动范围为1.61-1.8kA，控制线圈组2构成回路的匝数为3000；
步骤3：直流母线1上的直流电流波动范围大于1.8kA时，MCU控制负载继电器7闭合，同时，MCU调节电容器组4的电容值和调整放电负载8的阻值的大小；
步骤4：当直流母线1的波动频率低于5hz时，MCU调节电容器组4的电容值为0.05uf；当直流母线1的波动频率为5-10hz时，MCU调节电容器组4的电容值为0.1uf；当直流母线1的波动频率为10.1-18hz时，MCU调节电容器组4的电容值为0.15uf；当直流母线1的波动频率为18.1-30hz时，MCU调节电容器组4的电容值为0.2uf；当直流母线1的波动频率大于30hz时，MCU调节电容器组4的电容值为0.3uf
步骤5：当直流母线1上的电流波动范围为1.81-2kA时，MCU调节放电负载8的阻值为900千欧；当直流母线1上的电流波动范围为2.01-2.3kA时，MCU调节放电负载8的阻值为800千欧；当直流母线1上的电流波动范围为2.31-2.6kA时，MCU调节放电负载8的阻值为700千欧；当直流母线1上的电流波动范围为2.61-2.9kA时，MCU调节放电负载8的阻值为650千欧；当直流母线1上的电流波动范围大于2.9kA时，MCU调节放电负载8的阻值为500千欧；
步骤6：MCU通过通讯器连接后台服务器并与后台服务器通讯，当直流母线1上的电流波动范围大于4.5kA时，MCU向后台服务器发送报警信号，后台服务器控制直流母线1断电。
由于采用了上述方法，能够根据直流母线1的电流波动进行实时检测和实时调节，能够将直流母线1上的电流波动减少至5%以内，能够有效的保证直流电流的稳定性，根据不同的电流波动控制线圈的绕组匝数组成回路，通过磁力阻碍在一定范围内调节电流波动，当电流波动范围过大时，通过控制滤波电容器组4和放电负载8的接入，并调节滤波电容器组4和放电负载8的大小，对直流电流进行稳定调节。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种用于电解铝的直流母线稳定系统，其特征在于，包括：
控制单元，包括控制器，该控制器包括MCU及分别连接MCU的存储器、模数转换器、通讯器、及显示器，控制器通过逆变器与直流低压电池相连，该电池用于为控制器供电；
绕组单元，包括线圈组，线圈组套设在25-35kA的为电解铝供电的直流母线的负极上，线圈组上具有多个外接线端和一个输出端，线圈组为采用0.8-1.25mm的铜丝、以18-20cm为外接圆半径绕制而成的四边形结构，线圈组的各个外接线端所对应的匝数为1000、1500、2000、2500、3000、3500；在线圈组和直流母线之间设有绝缘层，绝缘层分别通过绝缘胶与线圈组及直流母线粘连；
继电器单元，包括触点继电器组和负载继电器，触点继电器组的输入端与线圈组的输出端相连，触点继电器组的各输出端分别与线圈组的各外接线端一一对应；控制不同的触点继电器闭合将线圈组的线圈构成回路；触点继电器组的控制端分别于控制器相连；负载继电器的控制端与控制器相连；负载继电器的输出端连接放电负载的输入端，放电负载的输出端接地；
放电单元，包括电容器组和放电负载，电容器组的输入端与直流母线相连、输出端与负载继电器的输入端相连；该电容器组接入电路的电容值可调；放电负载包括10-20个阻值为50kΩ定值电阻，控制器控制串联的定值电阻的数量以调节电池组的电阻的大小；
电流传感器单元，包括分别位于在线圈组两侧的电流传感器，该电流传感器套设在母线上用于检测母线上的电流；电流传感器与线圈组的距离不小于3m，避免线圈组所产生的磁场影响电流传感器的检测结果；
电流传感器与控制器电连接并将其检测到的电流信号发送至控制器；电流传感器的检测信号经模数转换器发送至MCU，MCU对比存储器中的设定值，控制相应触点继电器组闭合使线圈组的对应匝数构成回路，或者，控制负载继电器闭合将波动的电流由放电负载消耗。
2.根据权利要求1所述的用于电解铝的直流母线稳定系统，其特征在于，所述线圈组紧密套设在直流母线上，在线圈组合直流母线之间设置有厚度为3-5mm的绝缘层，该绝缘层由20-28份乙烯基树脂、16-18份硅胶、4-4.5份塑化剂、3-3.2份二盐基硬脂酸铅，3.5-3.8份含氧硅油，5-5.3份铂络合物，5-6份乙炔基环己醇，6-8份云母，10-13份硅氧烷低聚物和7-13份邻苯二甲酸二甲组成。
3.根据权利要求1所述的用于电解铝的直流母线稳定系统，其特征在于，所述绝缘层分别通过绝缘胶与线圈组及直流母线粘连，该绝缘胶由15-18份二甲基硅油、13-16份滑石粉、40-42份TPR、3-5份硬脂酸锌、1.1-1.3份白炭黑、1.5-1.8份硼酸、5-5.6份亚麻油、8-9份芥酸酰胺、10-11份膨化剂、7-10份过氧化苯二甲酰、8-10份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、2-7份十溴联苯组成。
4.根据权利要求1-3任一项所述的用于电解铝的直流母线稳定系统，其特征在于，其控制方法：
步骤1：通过电流传感器检测负极的直流母线上的电流并将检测信号经模数转换器发送至MCU，MCU读取存储器中的设定值与检测值对比；
步骤2：直流母线上的直流电流波动范围大于1.0kA，MCU控制触电继电器闭合使线圈组构成回路的匝数为1000；直流母线上的直流电流波动范围为1.01-1.2kA，控制线圈组构成回路的匝数为1500；直流母线上的直流电流波动范围为1.21-1.4kA，控制线圈组构成回路的匝数为2000；直流母线上的直流电流波动范围为1.41-1.6kA，控制线圈组构成回路的匝数为2500；直流母线上的直流电流波动范围为1.61-1.8kA，控制线圈组构成回路的匝数为3000；
步骤3：直流母线上的直流电流波动范围大于1.8kA时，MCU控制负载继电器闭合，同时，MCU调节电容器组的电容值和调整放电负载的阻值的大小；
步骤4：当直流母线的波动频率低于5hz时，MCU调节电容器组的电容值为0.05uf；当直流母线的波动频率为5-10hz时，MCU调节电容器组的电容值为0.1uf；当直流母线的波动频率为10.1-18hz时，MCU调节电容器组的电容值为0.15uf；当直流母线的波动频率为18.1-30hz时，MCU调节电容器组的电容值为0.2uf；当直流母线的波动频率大于30hz时，MCU调节电容器组的电容值为0.3uf
步骤5：当直流母线上的电流波动范围为1.81-2kA时，MCU调节放电负载的阻值为900千欧；当直流母线上的电流波动范围为2.01-2.3kA时，MCU调节放电负载的阻值为800千欧；当直流母线上的电流波动范围为2.31-2.6kA时，MCU调节放电负载的阻值为700千欧；当直流母线上的电流波动范围为2.61-2.9kA时，MCU调节放电负载的阻值为650千欧；当直流母线上的电流波动范围大于2.9kA时，MCU调节放电负载的阻值为500千欧；
步骤6：MCU通过通讯器连接后台服务器并与后台服务器通讯，当直流母线上的电流波动范围大于4.5kA时，MCU向后台服务器发送报警信号，后台服务器控制直流母线断电。
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