CN108998813A - 一种测量铝电解槽阳极电流的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种测量铝电解槽阳极电流的系统及方法，所述系统包括：多个电解槽单元；所述电解槽单元包括：1个立柱母线、2个水平母线、m个阳极、m个阳极导杆、1个或1对跨接母线和多个光纤电流传感器；当所述阳极导杆的一侧与另一个所述阳极导杆相邻时，则在两个所述阳极导杆之间的所述水平母线上设置一个所述光纤电流传感器；当所述阳极导杆的任意一侧相邻所述立柱母线或跨接母线时，则在所述阳极导杆与所述立柱母线或跨接母线之间的所述水平母线上设置一个所述光纤电流传感器。本发明在相邻的两个阳极导杆之间和阳极导杆与立柱母线或跨接母线之间安装光纤电流传感器进行电流的测量，能够准确测出各阳极电流，测量精度准确到1％以内。
Description
技术领域
本发明涉及电流测量技术领域，特别是涉及一种测量铝电解槽阳极电流的系统及方法。
背景技术
随着电解槽的容量大幅增加，电解槽尺寸增大，阳极数量增加，当前最大电解槽阳极数量接近60根。而电解槽控制系统根据阳极电流确定电解质伪电阻变化，进而实现对热平衡和槽稳定性进行控制。特别是在电解槽中，每根阳极上阳极电流的大小直接决定了该阳极区域参与反应的氧化铝量，也就是消耗的氧化铝量，因此如何准确测量阳极电流成为本领域重中之重。
当前，独立的阳极电流测量主要采用等距压降方法、霍尔磁感应测量方法两种。前者基于电流在水平母线或者阳极导杆上通过时产生的电压降来进行估计，由于水平母线与阳极导杆具有较大的几何尺寸，电流在截面上的分布具有不确定性、非均匀性，以及导体温度差异等，只能测量出变化的趋势而难以给出准确的电流值；后者则由于电解槽上导电体交错配置，形成了非常复杂的背景磁场，也难以测量得到准确的电流数值。
发明内容
本发明的目的是提供一种测量铝电解槽阳极电流的系统及方法，以实现准确测量各阳极电流。
为实现上述目的，本发明提供了一种测量铝电解槽阳极电流的系统，所述系统包括：多个电解槽单元；
所述电解槽单元包括：1个立柱母线、2个水平母线、m个阳极、m个阳极导杆、1个或1对跨接母线和多个光纤电流传感器；
将m个所述阳极导杆以及m个所述阳极分成A、B两排，各排的所述阳极导杆的一端分别搭接在各水平母线上，各排的所述阳极导杆的另一端分别连接各排的所述阳极上，各所述阳极与各阳极导杆一一对应设置，所述跨接母线设置在进料口的一侧或两侧，两个所述水平母线之间通过所述跨接母线连接，所述立柱母线的一端连接到第一个水平母线上；
当所述阳极导杆的一侧与另一个所述阳极导杆相邻时，则在两个所述阳极导杆之间的所述水平母线上设置一个所述光纤电流传感器；
当所述阳极导杆的任意一侧相邻所述立柱母线或跨接母线时，则在所述阳极导杆与所述立柱母线或跨接母线之间的所述水平母线上设置一个所述光纤电流传感器；
当所述阳极导杆的任意一侧既没有与所述阳极导杆相邻，也没有与所述立柱母线或跨接母线相邻时，则在该侧的所述水平母线上无需设置所述光纤电流传感器。
可选的，所述系统还包括：
光纤保护管，用于将各光纤电流传感器检测的电流信息通过集中在光纤保护管内的保偏光纤传递到测量盒中进行分析处理。
本发明还提供一种测量铝电解槽阳极电流的方法，所述方法包括：
确定待检测电流的第i排第j个阳极，以及与第i排第j个阳极对应的第i排第j个阳极导杆；其中，i等于A或B，j为大于等于2小于等于m/2的正整数；
判断第i排第j个阳极导杆的两端是否存在立柱母线或跨接母线，获得第一判断结果；
如果第一判断结果存在立柱母线或跨接母线，则第i排第j个阳极的电流为或其中，为立柱母线或跨接母线与第i排第j个阳极导杆之间的光纤电流传感器检测的电流，为第i排第j-1个阳极导杆与第i排第j个阳极导杆之间的光纤电流传感器检测的电流，为第i排第j个阳极导杆与第i排第j+1个阳极导杆之间的光纤电流传感器检测的电流；
如果第一判断结果不存在立柱母线或跨接母线，则判断第i排第j个阳极导杆的两端是否均存在阳极导杆，获得第二判断结果；
如果第二判断结果均存在阳极导杆，则第i排第j个阳极的电流为
如果第二判断结果仅存在一个阳极导杆，则第i排第j个阳极的电流为或
可选的，所述如果第一判断结果存在立柱母线或跨接母线，则第i排第j个阳极的电流为或具体包括：
如果第一判断结果存在立柱母线或跨接母线，则判断第i排第j个阳极导杆的另一端是否存在阳极导杆，获得第三判断结果；
如果第三判断结果在第i排第j个阳极导杆的的另一端不存在阳极导杆，则第i排第j个阳极的电流为
如果第三判断结果在第i排第j个阳极导杆的另一端存在阳极导杆，则判断其编号是否为第i排第j-1个，获得第四判断结果；
如果第四判断结果在第i排第j个阳极导杆的另一端阳极导杆的编号是第i排第j-1个，则第i排第j个阳极的电流为
如果第四判断结果在第i排第j个阳极导杆的另一端阳极导杆的编号不是第i排第j-1个，则第i排第j个阳极的电流为
可选的，所述如果第二判断结果仅存在一个阳极导杆，则第i排第j个阳极的电流为或具体包括：
如果第二判断结果仅存在一个阳极导杆，则判断阳极导杆的编号是否是第i排第j-1个，获得第五判断结果；
如果第五判断结果为阳极导杆的编号是第i排第j-1个，则第i排第j个阳极的电流为
如果第五判断结果为阳极导杆的编号不是第i排第j-1个，第i排第j个阳极的电流为
可选的，对于第i排第j个阳极导杆，流向该阳极导杆方向的电流值为正，离开该阳极导杆方向的电流值为负。
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：
本发明在相邻的两个阳极导杆之间和阳极导杆与立柱母线或跨接母线之间安装光纤电流传感器进行电流的测量，能够准确测出各阳极电流，测量精度准确到1％以内，能够实现对区域氧化铝加料量进行按需添加，对电解槽阳极状态进行诊断，实现电解槽的稳定、高效生产，显著提高电流效率，降低能耗，实现铝电解槽的进一步节能减排。
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为本发明实施例电解槽单元结构图；
图2为本发明实施例测量铝电解槽阳极电流的方法流程图；
1、立柱母线，2、阳极，3、阳极导杆，4、水平母线，5、光纤电流传感器，6、跨接母线，7、光线保护管。
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。
本发明的目的是提供一种测量铝电解槽阳极电流的系统及方法，以实现准确测量各阳极电流。
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。
本发明提供一种测量铝电解槽阳极电流的系统，所述系统包括：多个电解槽单元；
所述电解槽单元包括：1个立柱母线1、2个水平母线4、m个阳极2、m个阳极导杆3、1个或1对跨接母线6和多个光纤电流传感器5；
将m个所述阳极导杆3以及m个所述阳极2分成A、B两排，各排的所述阳极导杆3的一端分别搭接在各水平母线4上，各排的所述阳极导杆3的另一端分别连接各排的所述阳极2上，各所述阳极2与各阳极导杆3一一对应设置，所述跨接母线6设置在进料口的一侧或两侧，两个所述水平母线4之间通过所述跨接母线6连接，所述立柱母线1的一端连接到第一个水平母线4上；电流由所述立柱母线1和所述跨母线输送到与各所述水平母线4上，再经过各所述水平母线4将电流通过与水平母线4搭接的各所述阳极导杆3输送到对应的各所述阳极2上。
当所述阳极导杆3的一侧与另一个所述阳极导杆3相邻时，则在两个所述阳极导杆3之间的所述水平母线4上设置一个所述光纤电流传感器5；
当所述阳极导杆3的任意一侧相邻所述立柱母线1或跨接母线6时，则在所述阳极导杆3与所述立柱母线1或跨接母线6之间的所述水平母线4上设置一个所述光纤电流传感器5；
当所述阳极导杆3的任意一侧既没有与所述阳极导杆3相邻，也没有与所述立柱母线1或跨接母线6相邻时，则在该侧的所述水平母线4上无需设置所述光纤电流传感器5。
作为一种实施方式，本发明所述系统还包括：
光纤保护管，用于将各光纤电流传感器5检测的电流信息通过集中在光纤保护管内的保偏光纤传递到测量盒中进行分析处理。
作为一种实施方式，本发明将m个所述阳极导杆3以及m个所述阳极2平均分成A、B两排。
作为一种实施方式，本发明对于第i排第j个阳极导杆3，流向该阳极导杆3方向的电流值为正，离开该阳极导杆3方向的电流值为负。
为了能够更好理解本发明中的技术方案，本发明给出一个具体实施例，具体如图1所示，本发明所述电解槽单元包括：1个立柱母线1、2个水平母线4、10个阳极2、10个阳极导杆3、1对跨接母线6、12个光纤电流传感器5；
将10个所述阳极导杆3以及10个所述阳极2分成2排，分别为A排和B排，第1排中的第1个阳极2用A1表示，第2排中的第1个阳极2用B1表示，其他的同理，在此不再逐一进行论述，各排的所述阳极导杆3的一端分别搭接在各水平母线4上，各排的所述阳极导杆3的另一端分别连接在各排的所述阳极2上，各所述阳极2与各阳极导杆3一一对应设置，所述跨接母线6分别设置在进料口两侧，2个所述水平母线4之间通过所述跨接母线6连接，所述立柱母线1的一端连接到第一个水平母线4上。电流由所述立柱母线1输送到与立柱母线1连接的所述水平母线4上，经过所述跨接母线6输送到B侧的所述水平母线4上，再经过所述水平母线4将电流通过与所述水平母线4搭接的所述阳极导杆3输送到对应的各所述阳极2上。
光纤电流传感器5利用光在磁场中能够发生偏转的法拉第磁光效应原理，利用闭环的光路方法，有效克服了背景磁场和接触的干扰，测量精度高。另外，光纤电流传感器5传递的是光信号，传导介质是光纤，天然的电绝缘，安全可靠，柔性好，易安装。
鉴于存在频繁的阳极2更换操作，本发明在相邻的两个阳极导杆3之间和阳极导杆3与立柱母线1或跨接母线6之间安装光纤电流传感器5进行电流的测量，能够准确测出各阳极电流，测量精度准确到1％以内，能够实现对区域氧化铝加料量进行按需添加，对电解槽阳极状态进行诊断，实现电解槽的稳定、高效生产，显著提高电流效率，降低能耗，实现铝电解槽的进一步节能减排。
本发明通过对独立的阳极电流进行精确检测，可以根据需要添加氧化铝量，避免因常规的换极操作引起的阳极电流分布不平衡、氧化铝需求不平衡。通过对独立的阳极电流进行精确检测，可以获得每根阳极、每个加料点区域的状态信息，包括氧化铝浓度、局部极距和局部故障。对独立的阳极电流进行精确检测，可以对局部状况的变化趋势和故障进行预测，进而实现电解槽整槽的健康管理。对独立的阳极电流进行精确检测，获得更高的电流效率，可以在较低的电压下进行电解。对独立的阳极电流进行精确检测，可以对每个阳极/区域上发生的故障进行预测和诊断。对独立的阳极电流进行精确检测，可以及时判断局部效应并进行处理，进而消除阳极效应，减少温室气体的排放量。
图2为本发明实施例测量铝电解槽阳极电流的方法流程图，如图2所示，本发明还提供一种测量铝电解槽阳极电流的方法，所述方法包括：
步骤S1：确定待检测电流的第i排第j个阳极2，以及与第i排第j个阳极2对应的第i排第j个阳极导杆3；其中，i等于A或B，j为大于等于2小于等于m/2的正整数。
步骤S2：判断第i排第j个阳极导杆3的两端是否存在立柱母线1或跨接母线6，获得第一判断结果。
步骤S3：如果第一判断结果存在立柱母线1或跨接母线6，则第i排第j个阳极2的电流为或其中，为立柱母线1或跨接母线6与第i排第j个阳极导杆3之间的光纤电流传感器5检测的电流，为第i排第j-1个阳极导杆3与第i排第j个阳极导杆3之间的光纤电流传感器5检测的电流，为第i排第j个阳极导杆3与第i排第j+1个阳极导杆3之间的光纤电流传感器5检测的电流。
步骤S4：如果第一判断结果不存在立柱母线1或跨接母线6，则判断第i排第j个阳极导杆3的两端是否均存在阳极导杆3，获得第二判断结果。
步骤S5：如果第二判断结果均存在阳极导杆3，则第i排第j个阳极2的电流为如阳极2A4上的电流，其大小由A3、A4之间的光纤电流传感器5测量的电流值与A4和A5之间的光纤电流传感器5测量的电流大小和方向共同决定。在计算A4的电流时，当和流向阳极2A4对应的阳极导杆3时，方向为正，离开阳极2A4对应的阳极导杆3时方向为负。所以，阳极2A4的电流大小为
步骤S6：如果第二判断结果仅存在一个阳极导杆3，则第i排第j个阳极2的电流为或
下面对各个步骤进行详细论述：
步骤S3：所述如果第一判断结果存在立柱母线1或跨接母线6，则第i排第j个阳极2的电流为或具体包括：
步骤S31：如果第一判断结果存在立柱母线1或跨接母线6，则判断第i排第j个阳极导杆3的另一端是否存在阳极导杆3，获得第三判断结果。
步骤S32：如果第三判断结果在第i排第j个阳极导杆3的的另一端不存在阳极导杆3，则第i排第j个阳极2的电流为
步骤S33：如果第三判断结果在第i排第j个阳极导杆3的另一端存在阳极导杆3，则判断其编号是否为第i排第j-1个，获得第四判断结果。
步骤S34：如果第四判断结果在第i排第j个阳极导杆3的另一端阳极导杆3的编号是第i排第j-1个，则第i排第j个阳极2的电流为如阳极2B2上的电流，其大小由B1、B2之间的光纤电流传感器5测量的电流值与B2和跨接母线6之间的光纤电流传感器5测量的电流大小和方向共同决定。在计算阳极2B2的电流时，当和流向阳极2B2对应的阳极导杆3时，方向为正，离开阳极2B2对应的阳极导杆3时方向为负。所以，阳极2B2的电流大小为
步骤S35：如果第四判断结果在第i排第j个阳极导杆3的另一端阳极导杆3的编号不是第i排第j-1个，则第i排第j个阳极2的电流为如阳极2B3上的电流，其大小由B3、B4之间的光纤电流传感器5测量的电流值与B3和跨接母线6之间的光纤电流传感器5测量的电流大小和方向共同决定。在计算阳极2B3的电流时，当和流向阳极2B3对应的阳极导杆3时，方向为正，离开阳极2B3对应的阳极导杆3时方向为负。所以，阳极2B3的电流大小为
步骤S6：所述如果第二判断结果仅存在一个阳极导杆3，则第i排第j个阳极2的电流为或具体包括：
步骤S61：如果第二判断结果仅存在一个阳极导杆3，则判断阳极导杆3的编号是否是第i排第j-1个，获得第五判断结果。
步骤S62：如果第五判断结果为阳极导杆3的编号是第i排第j-1个，则第i排第j个阳极2的电流为如阳极2A5上的电流，其大小由A4、A5之间的光纤电流传感器5测量的电流值大小和方向共同决定。在计算阳极2A5的电流时，当流向阳极2A5对应的阳极导杆3时，方向为正，离开阳极2A5对应的阳极导杆3时方向为负。所以，阳极2A5的电流大小为
步骤S63：如果第五判断结果为阳极导杆3的编号不是第i排第j-1个，第i排第j个阳极2的电流为如阳极2A1上的电流，其大小由A1、A2之间的光纤电流传感器5测量的电流值大小和方向共同决定。在计算阳极2A1的电流时，当流向阳极2A1对应的阳极导杆3时，方向为正，离开阳极2A1对应的阳极导杆3时方向为负。所以，阳极2A1的电流大小为
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。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
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 (6)
1.一种测量铝电解槽阳极电流的系统，其特征在于，所述系统包括：多个电解槽单元；
所述电解槽单元包括：1个立柱母线、2个水平母线、m个阳极、m个阳极导杆、1个或1对跨接母线和多个光纤电流传感器；
将m个所述阳极导杆以及m个所述阳极分成A、B两排，各排的所述阳极导杆的一端分别搭接在各水平母线上，各排的所述阳极导杆的另一端分别连接各排的所述阳极上，各所述阳极与各阳极导杆一一对应设置，所述跨接母线设置在进料口的一侧或两侧，两个所述水平母线之间通过所述跨接母线连接，所述立柱母线的一端连接到第一个水平母线上；
当所述阳极导杆的一侧与另一个所述阳极导杆相邻时，则在两个所述阳极导杆之间的所述水平母线上设置一个所述光纤电流传感器；
当所述阳极导杆的任意一侧相邻所述立柱母线或跨接母线时，则在所述阳极导杆与所述立柱母线或跨接母线之间的所述水平母线上设置一个所述光纤电流传感器；
当所述阳极导杆的任意一侧既没有与所述阳极导杆相邻，也没有与所述立柱母线或跨接母线相邻时，则在该侧的所述水平母线上无需设置所述光纤电流传感器。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
光纤保护管，用于将各光纤电流传感器检测的电流信息通过集中在光纤保护管内的保偏光纤传递到测量盒中进行分析处理。
3.一种测量铝电解槽阳极电流的方法，其特征在于，所述方法应用于根据权利要求1至权利要求2任一项所述的系统，所述方法包括：
确定待检测电流的第i排第j个阳极，以及与第i排第j个阳极对应的第i排第j个阳极导杆；其中，i等于A或B，j为大于等于2小于等于m/2的正整数；
判断第i排第j个阳极导杆的两端是否存在立柱母线或跨接母线，获得第一判断结果；
如果第一判断结果存在立柱母线或跨接母线，则第i排第j个阳极的电流为或其中，为立柱母线或跨接母线与第i排第j个阳极导杆之间的光纤电流传感器检测的电流，为第i排第j-1个阳极导杆与第i排第j个阳极导杆之间的光纤电流传感器检测的电流，为第i排第j个阳极导杆与第i排第j+1个阳极导杆之间的光纤电流传感器检测的电流；
如果第一判断结果不存在立柱母线或跨接母线，则判断第i排第j个阳极导杆的两端是否均存在阳极导杆，获得第二判断结果；
如果第二判断结果均存在阳极导杆，则第i排第j个阳极的电流为
如果第二判断结果仅存在一个阳极导杆，则第i排第j个阳极的电流为或
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述如果第一判断结果存在立柱母线或跨接母线，则第i排第j个阳极的电流为或具体包括：
如果第一判断结果存在立柱母线或跨接母线，则判断第i排第j个阳极导杆的另一端是否存在阳极导杆，获得第三判断结果；
如果第三判断结果在第i排第j个阳极导杆的的另一端不存在阳极导杆，则第i排第j个阳极的电流为
如果第三判断结果在第i排第j个阳极导杆的另一端存在阳极导杆，则判断其编号是否为第i排第j-1个，获得第四判断结果；
如果第四判断结果在第i排第j个阳极导杆的另一端阳极导杆的编号是第i排第j-1个，则第i排第j个阳极的电流为
如果第四判断结果在第i排第j个阳极导杆的另一端阳极导杆的编号不是第i排第j-1个，则第i排第j个阳极的电流为
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述如果第二判断结果仅存在一个阳极导杆，则第i排第j个阳极的电流为或具体包括：
如果第二判断结果仅存在一个阳极导杆，则判断阳极导杆的编号是否是第i排第j-1个，获得第五判断结果；
如果第五判断结果为阳极导杆的编号是第i排第j-1个，则第i排第j个阳极的电流为
如果第五判断结果为阳极导杆的编号不是第i排第j-1个，第i排第j个阳极的电流为
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对于第i排第j个阳极导杆，流向该阳极导杆方向的电流值为正，离开该阳极导杆方向的电流值为负。
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