CN109797403B - 电解槽零点电位差短路自切断集成控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电解槽零点电位差短路自切断集成控制装置，包括501IP接线箱、现场仪表、电位差设备、工程师站、操作站、视频设备、蜂鸣器；501IP接线箱、现场仪表；就地接线箱放置于电解槽现场，电解槽的正极、负极和中点分别通过输入电缆与三联断路器的输入端连接，三联断路器的输出端通过输出电缆与501IP报警盘连接，三联断路器安装在就地接线箱内，501IP接线箱将电解槽电压差信号转换成4‑20MA电流信号，分别引入DCS控制系统和无纸记录仪，DCS控制系统将信号输送给工艺操作站，工艺操作站设有外接显示设备，外接显示设备集中显示501IP报警盘画面，DCS控制系统控制蜂鸣器完成声音报警。该装置套装置故障率低，维修维护成本低，且运行更稳定，保证了生产的安全运行。

Description

电解槽零点电位差短路自切断集成控制装置

技术领域

本发明涉及电路保护装置，确切地说是一种电解槽零点电位差短路自切断集成控制装置。

背景技术

传统的旭化成电解槽零点电位差检测装置是为了实时监控电解槽正负两侧对中点的电压差，从而判断电解槽内正负两半段电位分布是否平衡，避免发生电解槽电位分布不均的因素时(如破膜、断流、泄漏等)能够及时切断电解槽电流，避免危险情况的持续，确保设备安全运行，其具体计算方法如下：

正端对中电压-负端对中电压＝槽零点电位差。

原始信号为电解槽正、中、负三端形成的直流电压差，现有技术的设计思路是：通过对施加在电解槽上的直流电压进行传输、整定、变送等方式，将其转换为4～20mA直流电流信号，显示于501IP报警盘内的直流电流表中，同时将电流信号输送至DCS接线端子，实现各槽零点电位差的DCS实时监控及趋势记录功能。

上述技术存在的问题是：在电解槽升降负荷过程中因零点电位差的临时切除而产生的联锁真空期，此过程中因电缆短路打火而产生安全隐患。

另一方面，由于现有501IP报警盘上的电解槽直流强电信号是由现场直接引入的，电缆传输距离长，其他信号干扰强烈，零点电位差经常波动，导致联锁停电解槽。501IP报警盘上报警灯故障率逐年增加，报警灯容易受信号干扰，误亮起，产生假报警，报警灯故障时又不能亮起，容易造成事故发生；现有501IP报警盘全用硬件实现，设备费用高，接线复杂，故障查找困难，且盘上装有电气元件，容易对设备造成信号干扰，造成误报警，影响系统的稳定运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电解槽零点电位差短路自切断集成控制装置，该装置故障率低，维修维护成本低，且运行更稳定，保证了生产的安全运行。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术手段：

一种电解槽零点电位差短路自切断集成控制装置，包括501IP接线箱、现场仪表、电位差设备、工程师站、操作站、视频设备、蜂鸣器；501IP接线箱、现场仪表、电位差设备分别与DCS控制系统连接，DCS控制系统与工程师站、蜂鸣器电连接，工程师站通过操作站与视频设备电连接；就地接线箱放置于电解槽现场，电解槽的正极、负极和中点分别通过就地取压电缆与三联断路器的输入端连接，三联断路器的输出端通过节点信号电缆与501IP报警盘连接，三联断路器安装在就地接线箱内，对电解槽升降电流过程中的回路安全进行检测，在电缆绝缘不良的情况下实现自切断并发送节点信号至DCS控制系统，形成三联空开状态监测点的报警信号，避免电缆接地、打火；电解槽的负极、中点和正极分别通过三根独立的就地取压电缆与三联断路器的输入端连接；501IP接线箱将从现场采集的电解槽电压差信号转换成4-20MA电流信号，此信号进入电压变送器，分别引入DCS控制系统和无纸记录仪；DCS控制系统通过DCS程序组态实现501IP报警盘中重要联锁的投入/切除功能、报警复位、设置联锁报警值、报警画面红色闪烁提醒和报警声音触发功能，DCS控制系统将信号输送给工程师站、操作站，操作站设有外接视频设备，视频设备集中显示系统联锁报警点，DCS控制系统控制蜂鸣器完成声音报警。

采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，其突出的特点是：

(1)配合一种新技术实现氯碱501IP报警盘装置，包括现场501IP接线箱、DCS控制程序实现报警功能、配备操作站外接显示设备和音频设备实现报警盘报警灯和声音报警功能，此装置实现氯气压缩机停车联锁信号、氢气压缩机停车联锁信号、各个电解槽停车联锁信号、各个电解槽进槽盐水流量低报警、各个电解槽零点电位差高高报警、各个电解槽零点电位差低低报警等重要联锁信号的事故报警闪烁和声音报警，防止联锁真空期过程中因电缆短路打火而产生的安全隐患，既能实施监控零点电位差检测装置回路运行状态，又能增强电解槽零点电位差安全保护性能。

(2)就地接线箱放置于电解槽现场，各槽电压电信号直接箱中集中处理，省去到机柜间电缆，大大缩短了直强电压信号的传输距离，降低了长距离传输造成干扰引起波动的概率，减少了电缆使用量，降低了零点电位差波动率和停车率。线路串联电阻由10KΩ改至40KΩ，降低电阻消耗功率。此接线箱使零点电位差数值更稳定，对电解槽起到更好的保护作用。此套装置由于采用DCS控制系统，使得这种接受信号多、输出信号多的设备变得简单。不再使用近百个继电器和繁多的配线，避免继电器控制故障率高，排查故障繁琐，除零点电位差检测、操作站电脑、显示设备和音频设备外，所需其它外围设备少，整套装置费用较现有501IP报警盘费用低很多，硬件备件费用大大降低，且软件实现报警功能变的简单，修改、监测方便，还具有抗干扰能力强、无故障时间长，因软件产生误报警概率几乎为零，且日后增减报警点不受硬件限制，更为简单方便快捷。现有氯碱工业日本进口501IP折合人民币30万元，并大量继电器、电气元件、报警灯等备件费用预估十五年就得10万元。而此装置直接费用只有10万元人民币，备件费用可观。而DCS控制系统由软件实现其功能备件费用几乎为零。此套装置故障率低维修维护更为容易且运行更为稳定，保证了生产的安全运行。

501IP接线箱安装于电解槽现场，同时降低了电缆的使用量。

501IP接线箱是每8个电解槽的电压差检测、电流检测、可调电阻集成的接线箱。

进一步的优选技术方案如下：

所述的三联断路器为空开三联断路器，三联断路器的辅助接点通过监控电缆与DCS控制系统连接。

附图说明

图1是本发明的框架结构示意图。

图2是电位差自切断设施一种实施例的原理图。

图3是是安装于电解槽现场的501IP接线箱的立体图。

图4是图3中的501IP接线箱的内部部件设计图。

图5是零点电位差变送器原理图。

图6是501IP报警盘视频换面布置图

附图标记说明：1－501IP接线箱；2－现场仪表；3－电位差设备；4－DCS控制系统；5－工程师站；6－操作站；7－视频设备；8－蜂鸣器；9－电解槽；10－负极；11－中点；12－正极；13－就地取压电缆；14－就地接线箱；15－三联断路器；16－辅助节点；17－压差输出电缆；18－盘内传输电缆；19－节点信号电缆；20－501IP报警盘20；21－盘间信号电缆；22－三联空开状态监测点；23－联锁逻辑点；24－单槽电压差联锁报警点及切除开关；25－；26－箱内空开；27－电压变送器；28－可调电阻；29－变送器接线；30－变送器端子；31－系统联锁报警点；32－无纸记录仪；33－各个槽零点电位差；34－单槽电压差联锁投入、切除控制按钮；35－报警蜂鸣消音按钮；36－紧急停车按钮。

具体实施方式

接合图1、图2可知，本发明的一种电解槽零点电位差短路自切断集成控制装置，由501IP接线箱1、现场仪表2、电位差设备3、工程师站5、操作站6、视频设备7、蜂鸣器8组成；501IP接线箱1、现场仪表、电位差设备3分别与DCS控制系统4连接，DCS控制系统4与其工程师站5、蜂鸣器8电连接，工程师站5通过操作站6与视频设备电连接。

就地接线箱14放置于电解槽现场，电解槽的正极12、负极10和中点11分别通过就地取压电缆13与三联断路器15的输入端连接，三联断路器15的输出端通过节点信号电缆19与501IP报警盘20连接，三联断路器15安装在就地接线箱14内，对电解槽升降电流过程中的回路安全进行检测，在电缆绝缘不良的情况下实现自切断并发送节点信号至DCS控制系统4，形成三联空开状态监测点22的报警信号，避免电缆接地、打火；501IP接线箱1将从现场采集的电解槽电压差信号转换成4-20MA电流信号，此信号进入电压变送器27，引入DCS控制系统4；DCS控制系统4通过DCS程序组态实现501IP报警盘中重要联锁的投入/切除功能(单槽电压差联锁投入、切除控制按钮34)、报警复位、设置联锁报警值、报警画面红色闪烁提醒和报警声音触发功能(系统联锁报警点31)，DCS控制系统4将信号输送给工程师站5、操作站6，操作站6设有外接视频设备7，视频设备7集中显示系统联锁报警点31，DCS控制系统4控制蜂鸣器完成声音报警。

电解槽9的负极10、中点11和正极12分别通过三根独立的就地取压电缆13与三联断路器15的输入端连接，每根就地取压电缆13的规格是1*1*6.0，三根独立敷设的就地取压电缆13从很大程度上能再次提高系统的容错性，提高安全防护水平，确保系统的长时间稳定高效运行。三联断路器15的输出端通过压差输出电缆17与501IP报警盘20的输入端连接，压差输出电缆17的规格是1*3*6.0，三联断路器15安装在就地接线箱14内，三联断路器15是额定开合电流为3A或5A的空开三联断路器。501IP报警盘20的输出端通过独立的盘间信号电缆21与DCS控制系统4的机柜端子连接，盘间信号电缆21是2*1.5计算机信号电缆。

在三联断路器15的辅助节点16中选用一个常闭触点，该常闭触点的输入端与电解槽9的正极12连接，该常闭触点的输出端通过节点信号电缆19与DCS控制系统4连接，通过组态定义三联空开状态监测点22，负责监视空开状态，与DCS控制系统4形成信号传输回路。三联空开状态监测点22是3IZA-230H，为保证信号准确性，选择数字信号“1”为三联断路器15闭合信号，数字信号“0”为三联断路器15断开信号。当断路器闭合时，通过辅助节点16信号输出数字信号“1”至DCS控制系统4，证明系统回路畅通。如果发生传输线路端短路的情况，三联断路器15自动断开，并通过辅助节点16输出数字信号“0”至DCS控制系统4，证明回路断开，以达到随时监控回路运行情况的目的。

传送控制室内501IP报警盘20的上单槽电压差联锁报警点及切除开关24，用以显示电解槽压差联锁投入解除状态，监控电解槽联锁情况，每个报警指示灯分别与DCS控制系统4的控制柜连接。

DCS控制系统4设有联锁系统，强制其与电解槽零点电位差切除逻辑形成互锁关系，即当单槽零点电位差联锁切除时电位差短路切断装置联锁强制投用。

本实施例中，当引自电解槽9的负极10、中点11和正极12三点的电压信号被接至电解槽9就就地接线箱14中后，通过三联断路器15替换原有的端子排进行转接，将直流电压信号依次通过就地取压电缆13、三联断路器15、压差输出电缆17、501IP报警盘20和盘间信号电缆21传送控制室内，对于此条电缆来说，当发生电缆绝缘层老化、破皮、短接等情况时，即可通过三联断路器15的切断动作进行制止，而后通过三联断路器15空开本身的辅助节点16输出至DCS控制系统4，通知现场操作人员，及时对生产做出调整，确保生产安全。本实施例的结构，能够使原有以控制室端为防护重心的电位差检测回路进行完善，对传输电缆进行直接、高效的防护。

安装于电解槽现场的501IP接线箱1设计图见附图3。EDIZA是利用两个外接电阻与电解槽共同组成一个电桥，把电解槽从中间分开，取出中点电位，与两个外接电阻中点电位相比较，得到的差值就是这个电位差。由于电解槽的特性不同，而从电解槽中取得的中点电位只是物理上的中点，不是电压中点，为了让电桥保持平衡，所以就设立了可调电阻，在投入联锁前将电位差调到0点。在电解槽运行过程中，如果某个单元槽出现问题，就能清楚地被发现。假如每个单元槽槽电压是3.5V左右，有100个单元槽，总电压350V，那上半区175V，下半区175V，无论上半区电解槽出问题还是下半区电解槽出问题，无论是短路还是断路，电解槽中点电压都会发生较大的变化从而破坏了中点电压的平衡，出现电位差。零点电位差变送器接线29、变送器端子30见附图5，电缆由槽头拉至此箱见附图3内三相空开，再进入零点电位差变送器，省去到机柜间电缆；由于传输距离大大缩短，零点电位差测量值受干扰程度小，数值更稳定。从零点电位差压变送器输出的4-20MA信号进入附图3内一分二变送器(可选)，信号分别引入DCS系统和无纸记录仪(可选)。从DCS输出的冗余24VDC给附图3中的两相空开供电，接线箱中的每个两相空开分别给一对零点电位差变送器和一分二变送器供电。零点电位差变送器回路图见附图4，此设计把线路中串联电阻由原有的10KΩ提高到40KΩ，这样可以降低电阻消耗功率、降低箱内温度；箱内加装仪表空气，控制微差压(50-100KPa)，以确保元器件防腐。

本中央报警盘控制系统采用DCS系统，进入DCS系统的联锁信号，DCS会加以处理并利用软件编程组态实现重要联锁的投入、切除功能(单槽电压差联锁报警点及切除开关24)，报警复位，设置联锁报警值，报警画面提醒(系统联锁报警点31)和声音触发。报警画面提醒(系统联锁报警点31)，直接通过软件编程实现，性能更稳定。声音报警通过一个继电器和蜂鸣器构成，由软件控制继电器的吸合，从而实现报警和复位。联锁触发时相关报警显示红色并闪烁，同时触发蜂鸣器发出声音。报警出现后点击消音按钮，如果故障没有消除，则相关报警点显示红色并闪烁，声音报警消除。故障处理完毕后，报警点红色闪烁消失，声音报警消除。联锁触发蜂鸣器报警及消音报警实现见附图5。附图6中的消音按钮为DCS控制系统中的干点DO，按下消音按钮，DO点发出命令使继电器断开，蜂鸣器停止报警。此换面最终由视频设备和蜂鸣器体现出来，视频设备连在操作站上可以将501IP报警盘报警画面更清晰直观显示，联锁触发时同时蜂鸣器会响起，眼耳都能得到信息，提高了报警警觉性。

以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (2)

1.一种电解槽零点电位差短路自切断集成控制装置，包括501IP接线箱、现场仪表、电位差设备、工程师站、操作站、视频设备、蜂鸣器；501IP接线箱、现场仪表、电位差设备分别与DCS控制系统连接，DCS控制系统与工程师站、蜂鸣器电连接，工程师站通过操作站与视频设备电连接；其特征在于：就地接线箱放置于电解槽现场，电解槽的正极、负极和中点分别通过就地取压电缆与三联断路器的输入端连接，三联断路器的输出端通过节点信号电缆与501IP报警盘连接，三联断路器安装在就地接线箱内，对电解槽升降电流过程中的回路安全进行检测，在电缆绝缘不良的情况下实现自切断并发送节点信号至DCS控制系统，形成三联空开状态监测点的报警信号，避免电缆接地、打火；电解槽的负极、中点和正极分别通过三根独立的就地取压电缆与三联断路器的输入端连接；501IP接线箱将从现场采集的电解槽电压差信号转换成4-20MA电流信号，此信号进入电压变送器，引入DCS控制系统；DCS控制系统通过DCS程序组态实现501IP报警盘中重要联锁的投入/切除功能、报警复位、设置联锁报警值、报警画面红色闪烁提醒和报警声音触发功能，DCS控制系统将信号输送给工程师站、操作站，操作站设有外接视频设备，视频设备集中显示系统联锁报警点，DCS控制系统控制蜂鸣器完成声音报警。

2.根据权利要求1所述的电解槽零点电位差短路自切断集成控制装置，其特征在于:所述的三联断路器为空开三联断路器，三联断路器的辅助接点通过监控电缆与DCS控制系统连接。

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