CN108411342A - 一种基于伪电阻的预测电极短路的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于伪电阻的预测电极短路的方法及系统。该方法包括：获取阳极‑阴极对两端的电压值和阴极电流值；获得所述阳极‑阴极对的伪电阻，判断多个伪电阻值的下降值是否在设定电阻范围内，如果是，利用线性拟合方法对多个电流值按时间顺序进行拟合，得到线性模型；获得线性模型的斜率与决定系数；判断所述斜率是否在设定斜率范围内，如果是，判断决定系数是否小于设定决定系数值，如果否，确定所述阳极‑阴极对的电极存在短路隐患，其余情况确定电极不存在短路隐患。采用本发明的方法或系统，能够有效判断阴极表面存在粗大的粒子，在短路发生前就发现隐患，显著提高电解电流效率和产品质量、降低产品成本。

Description

一种基于伪电阻的预测电极短路的方法及系统

技术领域

本发明涉及水溶液电解领域，特别是涉及一种基于伪电阻的预测电极短路的方法及系统。

背景技术

在铜、铅、锌、镍、锰等金属的水溶液电解精炼和电解沉积的工业生产过程中，一般单个电解槽包含数十块阳极和对应数量的阴极，阳极板和阴极板交叉并排排列。电解槽的阳极、阴极都是板状，因此称为阳极板、阴极板，单面面积为1m²以上，单块电极板可以通过500A以上的电流。由于电解槽上阴、阳极板之间空间狭窄，电极距离几十毫米，电极表面上局部的变形可能会引起电流在电极表面上分布不均，导致局部电流密度增大；电解过程中添加剂的比例或成分失调，引起电极板表面形成枝晶；精炼使用的阳极，一些成分超过要求，导致对应阴极表面形成结粒。这些情况的发生，会导致阴极表面局部生成结粒并逐渐快速长大成粗大粒子，当粒子与阳极表面接触，在阴极和阳极之间形成短路，不仅降低了电流效率，同时也降低了阴极质量，甚至造成阴极板及导电棒的烧损、变形等严重情况。

当前，针对阴极-阳极之间的短路，一般采取红外成像检测、拖表检测、洒水检测等方法。这些方法都是在阴极和阳极之间已经形成短路后，在阴极导电端显著发热的情况下才可以检测到短路发生，然后进行短路清理，所以当检测出短路时，已经造成了电流的损失与阴极质量的降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于伪电阻的预测电极短路的方法及系统，以解决现有技术中检测出阴极-阳极之间的短路时，已经造成了电流的损失与阴极质量的降低的问题，通过对电极短路进行预测，以避免电流的损失，提高阴极的质量。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于伪电阻的预测电极短路的方法，所述方法包括：

获取电压采集装置采集的阳极-阴极对两端的电压值；

获取电流采集装置采集的所述阳极-阴极对的阴极电流值；所述电流采集装置与所述电压采集装置的采样周期相同；

根据所述电压值与所述电流值获得所述阳极-阴极对的伪电阻，所述伪电阻为所述电压值与所述电流值的比值；

在设定时间段内，获得所述阳极-阴极对对应的多个伪电阻值；

判断所述多个伪电阻值随时间变化的下降值是否在设定电阻范围内，得到第一判断结果；

当所述第一判断结果表示所述多个伪电阻值随时间变化的下降值在设定电阻范围内，利用线性拟合方法对所述多个伪电阻值对应的多个电流值按时间顺序进行拟合，得到线性模型；

当所述第一判断结果表示所述多个伪电阻值随时间变化的下降值不在设定电阻范围内时，确定所述阳极-阴极对的电极不存在短路隐患；

获得所述线性模型的斜率与决定系数；

判断所述斜率是否在设定斜率范围内，得到第二判断结果；

当所述第二判断结果表示所述斜率不在设定斜率范围内时，确定所述阳极-阴极对的电极不存在短路隐患；

当所述第二判断结果表示所述斜率在设定斜率范围内时，判断所述决定系数是否小于设定决定系数值，得到第三判断结果；

当所述第三判断结果表示所述决定系数小于设定决定系数值时，确定所述阳极-阴极对的电极不存在短路隐患；

当所述第三判断结果表示所述决定系数不小于设定决定系数值时，确定所述阳极-阴极对的电极存在短路隐患。

可选的，所述电流采集装置与所述电压采集装置的采样周期均小于5分钟，所述设定时间段为100分钟。

可选的，所述判断所述多个伪电阻值随时间变化的下降值是否在设定电阻范围内，之前还包括：

将所述多个伪电阻值按照时间进行排序，获得排序后的伪电阻值序列；

获取所述多个伪电阻值随时间变化的下降值；所述下降值为所述伪电阻值序列的第一个伪电阻值与最后一个伪电阻值的差值。

可选的，所述设定电阻范围为0.01～0.04mΩ。

可选的，所述设定斜率范围为-0.0004～-0.0001mΩ/min，所述设定决定系数值为0.7。

可选的，所述确定所述阳极-阴极对的电极存在短路隐患，之后还包括：

生成电极存在短路隐患的报警信息，以便工作人员进行处理。

一种基于伪电阻的预测电极短路的系统，所述系统包括：

电压值获取模块，用于获取电压采集装置采集的阳极-阴极对两端的电压值；

电流值获取模块，用于获取电流采集装置采集的所述阳极-阴极对的阴极电流值；所述电流采集装置与所述电压采集装置的采样周期相同；

伪电阻获取模块，用于根据所述电压值与所述电流值获得所述阳极-阴极对的伪电阻，所述伪电阻为所述电压值与所述电流值的比值；还用于在设定时间段内，获得所述阳极-阴极对对应的多个伪电阻值；

第一判断模块，用于判断所述多个伪电阻值随时间变化的下降值是否在设定电阻范围内，得到第一判断结果；

线性模型获得模块，用于当所述第一判断结果表示所述多个伪电阻值随时间变化的下降值在设定电阻范围内，利用线性拟合方法对所述多个伪电阻值对应的多个电流值按时间顺序进行拟合，得到线性模型；

电极不存在短路隐患确定模块，用于当所述第一判断结果表示所述多个伪电阻值随时间变化的下降值不在设定电阻范围内时，确定所述阳极-阴极对的电极不存在短路隐患；

斜率与决定系数获取模块，用于获得所述线性模型的斜率与决定系数；

第二判断模块，用于判断所述斜率是否在设定斜率范围内，得到第二判断结果；

电极不存在短路隐患确定模块，还用于当所述第二判断结果表示所述斜率不在设定斜率范围内时，确定所述阳极-阴极对的电极不存在短路隐患；

第三判断模块，用于当所述第二判断结果表示所述斜率在设定斜率范围内时，判断所述决定系数是否小于设定决定系数值，得到第三判断结果；

电极不存在短路隐患确定模块，还用于当所述第三判断结果表示所述决定系数小于设定决定系数值时，确定所述阳极-阴极对的电极不存在短路隐患；

电极存在短路隐患确定模块，用于当所述第三判断结果表示所述决定系数不小于设定决定系数值时，确定所述阳极-阴极对的电极存在短路隐患，以便工作人员进行处理。

可选的，所述系统还包括：

排序模块，用于判断所述多个伪电阻值随时间变化的下降值是否在设定电阻范围内之前，将所述多个伪电阻值按照时间进行排序，获得排序后的伪电阻值序列；

下降值获取模块，获取所述多个伪电阻值随时间变化的下降值；所述下降值为所述伪电阻值序列的第一个伪电阻值与最后一个伪电阻值的差值。

可选的，所述系统还包括：

报警信息生成模块，用于在确定所述阳极-阴极对的电极存在短路隐患之后，生成电极存在短路隐患的报警信息，以便工作人员进行处理。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明利用阴极表面粒子长大接近阳极表面前表现出的阴极电流线性增加趋势、本质上是极间电阻的变化特性，提出通过连续测量阳极/阴极对电压和阴极电流获得伪电阻，在100min左右的时间期间内对伪电阻的变化模式进行分析，根据连续测量得到极间伪电阻随时间的变化并进行处理，预测阴极短路隐患。一旦发现这种特征，就可以判断出存在短路隐患，在短路发生前1小时以上的时间，给出预警信息，提示进行短路隐患处理，从而避免了后续的短路发生，消除了电流损失和短路造成的其他破坏，具有非常重要的应用价值。为提高电解电流效率和产品质量、降低产品成本提供新的技术和方法。

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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于伪电阻的预测电极短路的方法的流程示意图；

图2为本发明基于伪电阻的预测电极短路的系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明基于伪电阻的预测电极短路的方法的流程示意图。如图1所示，所述预测电极短路的方法具体包括：

步骤101：获取电压采集装置采集的阳极-阴极对两端的电压值。

步骤102：获取电流采集装置采集的所述阳极-阴极对的阴极电流值。

所述电流采集装置与所述电压采集装置的采样周期相同，电流采集装置和电压采集装置采用连续采集的方式进行数据采集，采样周期均小于5分钟，即每5分钟至少采样一次。

步骤103：获得所述阳极-阴极对的伪电阻，在设定时间段内，获得多个伪电阻值。设定时间段为100分钟。根据所述电压值与所述电流值获得所述阳极-阴极对的伪电阻，所述伪电阻为所述电压值与所述电流值的比值。鉴于实际测量中，阴极电流来自阴极的两个工作表面，每个表面的电流大小及其变化无法进行区分，所以定义了“伪电阻”的概念，即对应的阳极/阴极对电压降与阴极电流的比值。

步骤104：判断所述多个伪电阻值随时间变化的下降值是否在设定电阻范围内，得到第一判断结果；所述设定电阻范围的电阻值均为正值。通常设定电阻范围可以设定为0.01～0.04mΩ。当所述第一判断结果表示否，执行步骤105；当所述第一判断结果表示是，执行步骤106。

判断所述多个伪电阻值随时间变化的下降值是否在设定电阻范围内，之前还包括：

将所述多个伪电阻值按照时间进行排序，获得排序后的伪电阻值序列；

获取所述多个伪电阻值随时间变化的下降值；所述下降值为所述伪电阻值序列的第一个伪电阻值与最后一个伪电阻值的差值。此时，下降值为正值。

步骤105：确定所述阳极-阴极对的电极不存在短路隐患。

步骤106：利用线性拟合方法对多个电流值按时间顺序进行拟合，得到线性模型。多个电流值即为随时间变化的多个伪电阻值对应的电流值。

步骤107：获得线性模型的斜率与决定系数。

步骤108：判断斜率是否在设定斜率范围内，得到第二判断结果；当所述第二判断结果表示否，执行步骤109；当所述第二判断结果表示是，执行步骤110。

步骤109：确定所述阳极-阴极对的电极不存在短路隐患。

步骤110：判断所述决定系数是否小于设定决定系数值，得到第三判断结果；当所述第三判断结果表示是，执行步骤111；当所述第三判断结果表示否，执行步骤112。根据实际测验，设定斜率范围为-0.0004～-0.0001mΩ/min，设定决定系数值为0.7时，预测的结果较为准确。

步骤111：确定所述阳极-阴极对的电极不存在短路隐患。

步骤112：确定所述阳极-阴极对的电极存在短路隐患。当所述第三判断结果表示是时，表示阴极表面长有粗大的粒子，即将与阳极接触，存在短路隐患。

在确定所述阳极-阴极对的电极存在短路隐患之后，会生成电极存在短路隐患的报警信息，以便工作人员进行处理，避免短路的发生。

本发明实施前，通过现场测试和研究，发现阴极电流是对短路发生过程最敏感的信息。在正常的电解过程中，阴极电流表现出非常平稳的模式。但在短路发生后电流快速增大到平均电流的3倍，而在短路发生前3～4h时间内，当阴极表面生成的粗大粒子在长大靠近阳极、距离阳极表面1-3mm时，会引起阴极电流的明显变化，呈现0.10～0.6A/min的线性增加模式。当粒子接触到阳极表面，阴极电流迅速增大并振荡，直到与阳极形成稳定的电路连接，电流达到最大短路值。我们的研究是在电解槽的阳极并联在进电端导电排、所有阴极并联在出电端导电排的“等电势”模式下测量得到的结果，电流的灵敏变化本质上是阳极/阴极对间的电阻的变化。进一步的分析表明，在使用分隔式导电排的情况下，由于阴极电流的变化受到显著抑制，使用阴极电流的变化来预测短路故障隐患，效果不明显，而通过使用电阻的变化来预测短路隐患，不仅反映方法本身的本质，并且能够在分隔式导电排的电解槽中使用，同时也能够在传统的等电势导电排电解槽中使用，更具有普遍性。

图2为本发明基于伪电阻的预测电极短路的系统的结构示意图。如图2所示，所述系统包括：

电压值获取模块201，用于获取电压采集装置采集的阳极-阴极对两端的电压值；

电流值获取模块202，用于获取电流采集装置采集的所述阳极-阴极对的阴极电流值；所述电流采集装置与所述电压采集装置的采样周期相同；

伪电阻获取模块203，用于根据所述电压值与所述电流值获得所述阳极-阴极对的伪电阻，所述伪电阻为所述电压值与所述电流值的比值；还用于在设定时间段内，获得所述阳极-阴极对对应的多个伪电阻值；

第一判断模块204，用于判断所述多个伪电阻值随时间变化的下降值是否在设定电阻范围内，得到第一判断结果；

电极不存在短路隐患确定模块205，用于当所述第一判断结果表示所述多个伪电阻值随时间变化的下降值不在设定电阻范围内时，确定所述阳极-阴极对的电极不存在短路隐患；

线性模型获得模块206，用于当所述第一判断结果表示所述多个伪电阻值随时间变化的下降值在设定电阻范围内，利用线性拟合方法对所述多组伪电阻值对应的多组电流值进行拟合，得到线性模型；

斜率与决定系数获取模块207，用于获得所述线性模型的斜率与决定系数；

第二判断模块208，用于判断所述斜率是否在设定斜率范围内，得到第二判断结果；

电极不存在短路隐患确定模块205，还用于当所述第二判断结果表示所述斜率不在设定斜率范围内时，确定所述阳极-阴极对的电极不存在短路隐患；

第三判断模块209，用于当所述第二判断结果表示所述斜率在设定斜率范围内时，判断所述决定系数是否小于设定决定系数值，得到第三判断结果；

电极不存在短路隐患确定模块205，还用于当所述第三判断结果表示所述决定系数小于设定决定系数值时，确定所述阳极-阴极对的电极不存在短路隐患；

电极存在短路隐患确定模块210，用于当所述第三判断结果表示所述决定系数不小于设定决定系数值时，确定所述阳极-阴极对的电极存在短路隐患，以便工作人员进行处理。

所述系统还包括：

排序模块，用于判断所述多个伪电阻值随时间变化的下降值是否在设定电阻范围内之前，将所述多个伪电阻值按照时间进行排序，获得排序后的伪电阻值序列；

下降值获取模块，用于获取所述多个伪电阻值随时间变化的下降值；所述下降值为所述伪电阻值序列的第一个伪电阻值与最后一个伪电阻值的差值。

所述系统还包括：报警信息生成模块，用于在确定所述阳极-阴极对的电极存在短路隐患之后，生成电极存在短路隐患的报警信息，以便工作人员进行处理。

本发明的具体实施方式：基于伪电阻的铜电解阴极短路预测

第一步：利用电流传感器，如光纤电流传感器或霍尔电流传感器，在铜精炼电解槽上在线测量阴极的电流，测量阳极/阴极对电压降，定义伪电阻为阳极/阴极对压降除以阴极电流，采样频率为1次/min。

第二步：以100min为时间期间，计算伪电阻的减少值R₀-R₁₀₀，R₁₀₀是时间期间100min时，即t＝100min时的伪电阻，R₀是100min时间期间起始时，即t＝0min的伪电阻。

第三步：判断伪电阻变化情况，当伪电阻减少值为-0.04～-0.01mΩ时，就用线性模型拟合伪电阻随时间的变化数据，得到线性模型，进入第四步。

线性模型的形式是：

其中是拟合模型的估计值；是模型的常数，是模型中电流随时间变化的斜率，t是时间。其中，的计算公式如下：

同时计算决定系数r²，表示测量数据与模型的拟合程度，计算公式为：

(2)和(3)式中，和分别为时间与电流的平均值。

第四步：判断第三步得到的线性模型的斜率，当斜率在-0.0004～-0.0001mΩ/min时，进入第五步。

第五步：判断线性模型的决定系数，当决定系数大于或等于0.7时，铜阴极存在短路隐患，需要及时清除铜阴极表面的粒子，避免阴极短路的发生。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种基于伪电阻的预测电极短路的方法，其特征在于，所述方法包括：

获取电压采集装置采集的阳极-阴极对两端的电压值；

获取电流采集装置采集的所述阳极-阴极对的阴极电流值；所述电流采集装置与所述电压采集装置的采样周期相同；

根据所述电压值与所述电流值获得所述阳极-阴极对的伪电阻，所述伪电阻为所述电压值与所述电流值的比值；

在设定时间段内，获得所述阳极-阴极对对应的多个伪电阻值；

判断所述多个伪电阻值随时间变化的下降值是否在设定电阻范围内，得到第一判断结果；

当所述第一判断结果表示所述多个伪电阻值随时间变化的下降值在设定电阻范围内，利用线性拟合方法对所述多个伪电阻值对应的多个电流值按时间顺序进行拟合，得到线性模型；

当所述第一判断结果表示所述多个伪电阻值随时间变化的下降值不在设定电阻范围内时，确定所述阳极-阴极对的电极不存在短路隐患；

获得所述线性模型的斜率与决定系数；

判断所述斜率是否在设定斜率范围内，得到第二判断结果；

当所述第二判断结果表示所述斜率不在设定斜率范围内时，确定所述阳极-阴极对的电极不存在短路隐患；

当所述第二判断结果表示所述斜率在设定斜率范围内时，判断所述决定系数是否小于设定决定系数值，得到第三判断结果；

当所述第三判断结果表示所述决定系数小于设定决定系数值时，确定所述阳极-阴极对的电极不存在短路隐患；

当所述第三判断结果表示所述决定系数不小于设定决定系数值时，确定所述阳极-阴极对的电极存在短路隐患。

2.根据权利要求1所述的预测电极短路的方法，其特征在于，所述电流采集装置与所述电压采集装置的采样周期均小于5分钟，所述设定时间段为100分钟。

3.根据权利要求1所述的预测电极短路的方法，其特征在于，所述判断所述多个伪电阻值随时间变化的下降值是否在设定电阻范围内，之前还包括：

将所述多个伪电阻值按照时间进行排序，获得排序后的伪电阻值序列；

获取所述多个伪电阻值随时间变化的下降值；所述下降值为所述伪电阻值序列的第一个伪电阻值与最后一个伪电阻值的差值。

4.根据权利要求1所述的预测电极短路的方法，其特征在于，所述设定电阻范围为0.01～0.04mΩ。

5.根据权利要求1所述的预测电极短路的方法，其特征在于，所述设定斜率范围为-0.0004～-0.0001mΩ/min，所述设定决定系数值为0.7。

6.根据权利要求1所述的预测电极短路的方法，其特征在于，所述确定所述阳极-阴极对的电极存在短路隐患，之后还包括：

生成电极存在短路隐患的报警信息，以便工作人员进行处理。

7.一种基于伪电阻的预测电极短路的系统，其特征在于，所述系统包括：

电压值获取模块，用于获取电压采集装置采集的阳极-阴极对两端的电压值；

电流值获取模块，用于获取电流采集装置采集的所述阳极-阴极对的阴极电流值；所述电流采集装置与所述电压采集装置的采样周期相同；

伪电阻获取模块，用于根据所述电压值与所述电流值获得所述阳极-阴极对的伪电阻，所述伪电阻为所述电压值与所述电流值的比值；还用于在设定时间段内，获得所述阳极-阴极对对应的多个伪电阻值；

第一判断模块，用于判断所述多个伪电阻值随时间变化的下降值是否在设定电阻范围内，得到第一判断结果；

线性模型获得模块，用于当所述第一判断结果表示所述多个伪电阻值随时间变化的下降值在设定电阻范围内，利用线性拟合方法对所述多个伪电阻值对应的多个电流值按时间顺序进行拟合，得到线性模型；

电极不存在短路隐患确定模块，用于当所述第一判断结果表示所述多个伪电阻值随时间变化的下降值不在设定电阻范围内时，确定所述阳极-阴极对的电极不存在短路隐患；

斜率与决定系数获取模块，用于获得所述线性模型的斜率与决定系数；

第二判断模块，用于判断所述斜率是否在设定斜率范围内，得到第二判断结果；

电极不存在短路隐患确定模块，还用于当所述第二判断结果表示所述斜率不在设定斜率范围内时，确定所述阳极-阴极对的电极不存在短路隐患；

第三判断模块，用于当所述第二判断结果表示所述斜率在设定斜率范围内时，判断所述决定系数是否小于设定决定系数值，得到第三判断结果；

电极不存在短路隐患确定模块，还用于当所述第三判断结果表示所述决定系数小于设定决定系数值时，确定所述阳极-阴极对的电极不存在短路隐患；

电极存在短路隐患确定模块，用于当所述第三判断结果表示所述决定系数不小于设定决定系数值时，确定所述阳极-阴极对的电极存在短路隐患，以便工作人员进行处理。

8.根据权利要求7所述的预测电极短路的系统，其特征在于，所述系统还包括：

排序模块，用于判断所述多个伪电阻值随时间变化的下降值是否在设定电阻范围内之前，将所述多个伪电阻值按照时间进行排序，获得排序后的伪电阻值序列；

下降值获取模块，获取所述多个伪电阻值随时间变化的下降值；所述下降值为所述伪电阻值序列的第一个伪电阻值与最后一个伪电阻值的差值。

9.根据权利要求7所述的预测电极短路的系统，其特征在于，所述系统还包括：

报警信息生成模块，用于在确定所述阳极-阴极对的电极存在短路隐患之后，生成电极存在短路隐患的报警信息，以便工作人员进行处理。