CN109457276B - 一种电极短路检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电极短路检测方法，包括：按照预先采样频率测量电极电流至预先设定时间，得到电流数据组；根据预先设定时间内的电流数据组计算电流数据的上边界值和下边界值；判断每一电流数据是否小于下边界值或者是否大于上边界值，若电流数据小于下边界值或者大于上边界值，则删除当前电流数据，重新计算下边界值和上边界值；若电流数据大于等于下边界值或者小于等于上边界值，则计算电流数据的标准差；判断电流数据的标准差是否大于设定标准差阈值，若电流数据的标准差大于预先设定标准差阈值则电极发生短路；若否则电极未发生短路。本发明中的方法能够大幅降低短路引起的电流损失，提高电流效率，实现节能和增产。

Description

一种电极短路检测方法及系统

技术领域

本发明涉及短路检测领域，特别是涉及一种电极短路检测方法及系统。

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，称为阳极板、阴极板，单面面积为1m²以上，单块电极可以通过500A以上的电流。由于电解槽上阴阳极之间空间狭窄，电极距离数十毫米，电极表面上局部的变形可能都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，引起表面形成枝晶；精炼使用的阳极，一些成分大于要求，导致对应阴极表面形成结粒；阳极表面附着未及时清除的阳极泥层。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，此时电极电流最大达到平均电流的3倍以上，不仅降低了电流效率，增大产品直流电耗，同时也降低了阴极质量，甚至造成阳极板、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建立了短路、短路电流高达1000A以上，使电极导电端显著发热的情况下才检测到短路发生，然后进行短路清理，所以方法本身已经造成了电流与阴极质量的损失。

发明内容

本发明的目的是提供一种电极短路检测方法及系统，大幅降低短路引起的电流损失，提高电流效率，实现节能和增产。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种电极短路检测方法，所述方法包括：

按照预先采样频率测量电极电流至预先设定时间，得到电流数据组；

根据所述预先设定时间内的电流数据组计算电流数据的上边界值和下边界值；

判断每一电流数据是否小于下边界值或者是否大于上边界值，得到第一判断结果；

若第一判断结果表示电流数据小于下边界值或者大于上边界值，则删除当前电流数据，重新计算下边界值和上边界值；

若第一判断结果表示电流数据大于等于下边界值或者小于等于上边界值，则计算电流数据的标准差；

判断所述电流数据的标准差是否大于设定标准差阈值，得到第二判断结果；

若所述第二判断结果表示所述电流数据的标准差大于预先设定标准差阈值则电极发生短路；

若所述第二判断结果表示所述电流数据的标准差小于等于预先设定标准差阈值则电极未发生短路。

可选的，所述根据所述第一设定时间内的电流数据计算电流数据的上边界值和下边界值具体包括：

获取电流数据组的第一四分位数和第三四分位数；

根据所述第一四分位数和第三四分位数计算四分位间距；

根据所述四分位间距计算上边界值和下边界值。

可选的，所述根据所述第一四分位数和第三四分位数计算四分位间距具体采用以下公式：

IQR＝Q₃-Q₁，其中IQR表示四分位间距，Q₃表示第三四分位数，Q₁表示第一四分位数。

可选的，根据所述四分位间距计算上边界值和下边界值具体采用以下公式：

B_low＝Q₁-1.5IQR，其中，B_low表示下边界值，Q₁表示第一四分位数，IQR表示四分位间距；

B_up＝Q₃+1.5IQR，其中，B_up表示上边界值，Q₃表示第三四分位数，IQR表示四分位间距。

可选的，所述计算电流数据的标准差具体采用以下公式：

其中，n_d为剔除了离散值后的电流数据的个数，I_i为电流数据。

可选的，所述预先设定时间为5min。

可选的，所述预先采样频率大于等于1/60Hz。

可选的，所述预先设定标准差阈值为10A。

本发明还另外提供一种电极短路检测系统，所述系统包括：

测量模块，用于按照预先采样频率测量电极电流至预先设定时间；

上边界值和下边界值计算模块，根据所述预先设定时间内的电流数据计算电流数据的上边界值和下边界值；

第一判断模块，用于判断每一电流数据是否小于下边界值或者是否大于上边界值，得到第一判断结果；

循环计算模块，用于当第一判断结果表示电流数据小于下边界值或者大于上边界值，删除当前电流数据，重新计算下边界值和上边界值；

标准差计算模块，用于当第一判断结果表示电流数据大于等于下边界值或者小于等于上边界值，计算电流数据的标准差；

第二判断模块，用于判断所述电流数据的标准差是否大于设定标准差阈值，得到第二判断结果；

短路确定模块，用于当所述第二判断结果表示所述电流数据的标准差大于预先设定标准差阈值则电极发生短路；

未发生短路确定模块，用于当所述第二判断结果表示所述电流数据的标准差小于等于预先设定标准差阈值则电极未发生短路。

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：

本发明中通过计算电流数据的上边界值和下边界值，进一步判断所测量的电流数据是否落在上边界值和下边界值内，从而利用离散值剔除其他因素的干扰，提高了检测的准确率，降低了漏检率，在进一步计算电流数据的标准差，再将标准差与预先设定的标准差阈值进行比较，从而判断电极是否发生短路，实现了对电极短路的快速检测，在电极短路刚发生时就可以诊断出短路故障，避免了持续的短路电流损失和能量损失，从而提高了电解电流效率。

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为本发明实施例电极短路检测方法流程图；

图2为本发明实施例电极短路检测系统结构示意图。

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。

本发明的目的是提供一种阴阳极短路检测方法及系统，大幅降低短路引起的电流损失，提高电流效率，实现节能和增产。

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为本发明实施例电极短路检测方法流程图，如图1所示，所述方法包括：

步骤101：按照预先采样频率测量电极电流至预先设定时间，得到电流数据组。

步骤102：根据所述预先设定时间内的电流数据组计算电流数据的上边界值和下边界值；

步骤103：判断每一电流数据是否小于下边界值或者是否大于上边界值，得到第一判断结果；若第一判断结果表示电流数据小于下边界值或者大于上边界值，则删除当前电流数据，重新计算下边界值和上边界值；

步骤104：若第一判断结果表示电流数据大于等于下边界值或者小于等于上边界值，则计算电流数据的标准差；

步骤105：判断所述电流数据的标准差是否大于设定标准差阈值，得到第二判断结果；

步骤106：若所述第二判断结果表示所述电流数据的标准差大于预先设定标准差阈值则电极发生短路；

步骤107：若所述第二判断结果表示所述电流数据的标准差小于等于预先设定标准差阈值则电极未发生短路。

具体的，上述所提及的电极，可以为阴极也可以为阳极。

具体的，步骤101中所述的预先采样频率大于等于1/60Hz，进行连续采样5min，得到一组电流数据组。

步骤102中，计算电流数据组的上边界值和下边界值具体包括：

获取电流数据组的第一四分位数和第三四分位数；

根据所述第一四分位数和第三四分位数计算四分位间距；

根据所述四分位间距计算上边界值和下边界值。

其中，所述第一四分位数和第三四分位数分别按照下面的按如下方法计算：

按照升序排序电流数据，设n为电流数据数列{I_i}的个数，当n为奇数时，中数Q₂将该数列分为数量相等的两组数，每组有(n-1)/2个数，第一四分位数Q₁为第一组(n-1)/2个数的中数，第三四分位数Q₃为第二组(n-1)/2个数的中数；

当n为偶数时，中数Q₂将该数列分为数量相等的两组数，每组有n/2数，第一四分位数Q₁为第一组n/2个数的中数，第三四分位数Q₃为为第二组n/2个数的中数。

因此，可根据所述第一四分位数和第三四分位数计算四分位间距，具体采用以下公式：

IQR＝Q₃-Q₁，其中IQR表示四分位间距，Q₃表示第三四分位数，Q₁表示第一四分位数。

然后再根据所述四分位间距计算上边界值和下边界值，具体采用以下公式：

B_low＝Q₁-1.5IQR，其中，B_low表示下边界值，Q₁表示第一四分位数，IQR表示四分位间距；

B_up＝Q₃+1.5IQR，其中，B_up表示上边界值，Q₃表示第三四分位数，IQR表示四分位间距。

具体的，步骤104中，所述计算电流数据的标准差具体采用以下公式：

其中，n_d为剔除了离散值后的电流数据的个数，I_i为电流数据，利用离散值剔除其他可能因素的干扰，实现了对电极短路的快速检测。

具体的，步骤105中，所述预先设定标准差阈值为10A。

图2为本发明实施例电极短路检测系统，如图2所示，所述系统包括：

测量模块201，用于按照预先采样频率测量电极电流至预先设定时间；

上边界值和下边界值计算模块202，根据所述预先设定时间内的电流数据计算电流数据的上边界值和下边界值；

第一判断模块203，用于判断每一电流数据是否小于下边界值或者是否大于上边界值，得到第一判断结果；

循环计算模块204，用于当第一判断结果表示电流数据小于下边界值或者大于上边界值，删除当前电流数据，重新计算下边界值和上边界值；

标准差计算模块205，用于当第一判断结果表示电流数据大于等于下边界值或者小于等于上边界值，计算电流数据的标准差；

第二判断模块206，用于判断所述电流数据的标准差是否大于设定标准差阈值，得到第二判断结果；

短路确定模块207，用于当所述第二判断结果表示所述电流数据的标准差大于预先设定标准差阈值则电极发生短路；

未发生短路确定模块208，用于当所述第二判断结果表示所述电流数据的标准差小于等于预先设定标准差阈值则电极未发生短路。

本发明中利用光纤电流传感器跟踪测量了电解槽中阴极-阳极短路过程的电极电流变化，发现在正常的电解过程中，电流的波动变化幅度很小。但一旦发生短路，电极电流呈现出显著的增大趋势，相对于平均值的方差或标准差也增大。本发明基于短路过程电极电流曲线的这种特性，提出通过跟踪电极电流的波动变化特性来快速判断阴极-阳极发生短路的方法，能够非常显著降低短路的时间和短路电流，大幅降低短路引起的电流损失，提高电流效率，实现节能和增产的目的；在测量过程中也发现，工人巡检、设备操作等因素会对电流信息号产生明显的干扰，导致得到失真的测量值，为此在该发明方法中采用离群值诊断发现测量过程中可能存在的其他因素干扰引起的异常数据并剔除，显著提高短路检测的准确率，降低漏检率。

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 (8)

1.一种电极短路检测方法，其特征在于，所述方法包括：

按照预先采样频率测量电极电流至预先设定时间，得到电流数据组；

根据所述预先设定时间内的电流数据组计算电流数据的上边界值和下边界值；

计算电流数据组的上边界值和下边界值具体包括：

获取电流数据组的第一四分位数和第三四分位数；

根据所述第一四分位数和第三四分位数计算四分位间距；

根据所述四分位间距计算上边界值和下边界值；

其中，所述第一四分位数和第三四分位数分别按照下面的按如下方法计算：

按照升序排序电流数据，设n为电流数据数列{I_i}的个数，当n为奇数时，中数Q₂将该数列分为数量相等的两组数，每组有(n-1)/2个数，第一四分位数Q₁为第一组(n-1)/2个数的中数，第三四分位数Q₃为第二组(n-1)/2个数的中数；

判断每一电流数据是否小于下边界值或者是否大于上边界值，得到第一判断结果；

若第一判断结果表示电流数据小于下边界值或者大于上边界值，则删除当前电流数据，重新计算下边界值和上边界值；

若第一判断结果表示电流数据大于等于下边界值或者小于等于上边界值，则计算电流数据的标准差；

判断所述电流数据的标准差是否大于设定标准差阈值，得到第二判断结果；

若所述第二判断结果表示所述电流数据的标准差大于预先设定标准差阈值则电极发生短路；

若所述第二判断结果表示所述电流数据的标准差小于等于预先设定标准差阈值则电极未发生短路。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述根据所述第一四分位数和第三四分位数计算四分位间距具体采用以下公式：

IQR＝Q3-Q1，其中IQR表示四分位间距，Q3表示第三四分位数，Q1表示第一四分位数。

3.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，根据所述四分位间距计算上边界值和下边界值具体采用以下公式：

B_low＝Q1-1.5IQR，其中，B_low表示下边界值，Q₁表示第一四分位数，IQR表示四分位间距；

B_up＝Q3+1.5IQR，其中，B_up表示上边界值，Q₃表示第三四分位数，IQR表示四分位间距。

4.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述计算电流数据的标准差具体采用以下公式：

其中，n_d为剔除了离散值后的电流数据的个数，I_i 为电流数据。

5.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述预先设定时间为5min。

6.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述预先采样频率大于等于1/60Hz。

7.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述预先设定标准差阈值为10A。

8.一种电极短路检测系统，其特征在于，所述系统包括：

测量模块，用于按照预先采样频率测量电极电流至预先设定时间

上边界值和下边界值计算模块，根据所述预先设定时间内的电流数据计算电流数据的上边界值和下边界值；计算电流数据组的上边界值和下边界值具体包括：

获取电流数据组的第一四分位数和第三四分位数；

根据所述第一四分位数和第三四分位数计算四分位间距；

根据所述四分位间距计算上边界值和下边界值；

其中，所述第一四分位数和第三四分位数分别按照下面的按如下方法计算：

按照升序排序电流数据，设n为电流数据数列{I_i}的个数，当n 为奇数时，中数Q₂将该数列分为数量相等的两组数，每组有(n-1)/2个数，第一四分位数Q₁为第一组(n-1)/2个数的中数，第三四分位数Q₃为第二组(n-1)/2个数的中数；

第一判断模块，用于判断每一电流数据是否小于下边界值或者是否大于上边界值，得到第一判断结果；

循环计算模块，用于当第一判断结果表示电流数据小于下边界值或者大于上边界值，删除当前电流数据，重新计算下边界值和上边界值；

标准差计算模块，用于当第一判断结果表示电流数据大于等于下边界值或者小于等于上边界值，计算电流数据的标准差；

第二判断模块，用于判断所述电流数据的标准差是否大于设定标准差阈值，得到第二判断结果；

短路确定模块，用于当所述第二判断结果表示所述电流数据的标准差大于预先设定标准差阈值则电极发生短路；

未发生短路确定模块，用于当所述第二判断结果表示所述电流数据的标准差小于等于预先设定标准差阈值则电极未发生短路。