CN1107189A - 用于单极和双极电解槽中的短路系统 - Google Patents

Abstract

一种短路系统，它具体用于对电解电路中的多个 单极或双极电解槽中的一个电解槽进行旁路，所述系 统包括用于向所述电解槽供给电解电流的电源装置、 用于旁路所述电解槽的跨接开关装置、和用于至少在 足以允许在不显著影响所述电解槽的运行状态的情 况下对该电解槽进行短路的时间内控制和中断向所 述电解槽提供的电流的装置。

Description

众所周知，电化学设备包括多个电解槽，其每一个均由多个组装成所谓的压滤装置的基本单元组成，所述基本单元串联（双极电解槽）或并联（单极电解槽）连接。这些电解槽，在单极电解槽的情况下通常被提供有高至500kA的电流和10V的最大电压，在双极电解槽的情况下有高至20kA的电流和300V的最大电压。

在标准的操作条件下，当需要对电解槽中的一个进行检修时，必须中断提供给整个设备的电解电流，以对所检修的电解槽进行修理或更换。

对整个设备（电解电路）的电流的较长时间的中断，不仅会造成生产上的损失，而且还会由于温度和压力的显著改变而损坏电解槽的内部部件。另外，由于电流的较长时间的中断，还会损坏设备的辅助设备，如压缩机。由于必须以小的间隔分别减小或增大电流，为了避免这种问题，停止和启动需要很长的时间。这样做的明显结果，是进一步降低了产量。

在传统的设备中，该问题是借助跨接开关装置来克服的，该跨接开关装置是用于对在多个电解槽的电路中对所要检修的电解槽进行旁路。为了避免其余电解槽中的电解过程的中断，电解槽一旦得到检修，其旁路（断开）和连接都是在电流负载下进行的。

所要检修的电解槽，可通过采用与电解槽的端子触头相连接的铜母线来旁路。由于通过设备的电流非常大，所以连接母线的操作有严重的危险。

为克服这一问题，设置了带有静止触头和在静止触头上滑动的移动触头的短路母线，它提供了完全而安全的操作。另外，移动触头与静止触头相比还有其他的优点，即在有振动情况下的稳定性，对热膨胀的完全吸收，单个触头的串联电阻。

触头的压力由适当的弹簧来保证，每一个移动触头有一个弹簧。这种母线，固定和移动触头的设置，是由在技术领域中被称为跨接开关的这些装置提供的。

然而，由于运行电流大，在电解槽的短路期间会在移动触头上发生闪弧。

这种问题是借助适当的闪弧保护触头克服的，该闪弧保护触头是为相对于主触头-移动或静止的-的预定的闭合和延迟的打开而设置的，以避免在该触头上的闪弧。

对于运行电流高至20kA且电压高至300V的开关，除了闪弧保护触头以外，还设置了保险丝。

这些跨接开关，虽然使用得非常广泛，但维护量很大。该闪弧保护触头通常在几十次打开和闭合程序之后就需要更换，且保险丝在每次操作之后都要更换。闪弧保护触头和保险丝的更换不仅费用昂贵，而且需要专业维修人员的帮助。

另外，上述解决方案未能完全消除触头中闪弧的危险。实际上，在进行短路操作之前，电流通常减小。另外，忘记更换保险丝会在下一次短路操作期间造成严重的危险。

本发明的主要目的，是通过提供一种短路系统来消除先有技术的这种不方便性，该短路系统适用于单极和双极电解槽，该系统使得能够以完全安全的方式并在不中断电解过程的情况下进行所述电解槽的断开及随后的连接。

本发明的另一目的，是提供一个短路系统，它消除了对技术帮助的需要且比先有技术的跨接开关需要更少的维修。

本发明的另一个目的，是提供一种高度可靠的短路系统，它具有比先有技术的跨接开关更简单的结构和更低的成本。

本发明的进一步的目的，是提供一种短路系统，它也允许采用低费用的跨接开关或者，在采用高费用跨接开关的情况下，能够无限期延长触头的寿命。

以上的目的和本发明的其他目的，将从通过以下描述而变得明显，且这些目的是借助本发明的用于包括多个电解槽的电解电路的短路系统实现的，所述系统包括电源装置和用于在非常有限的时间内中断电流的装置，该有限的时间不影响操作条件，但仍然允许对电解电路的所述多个电解槽中的至少一个进行短路。

在以下对本发明的最佳实施例的详细描述中，将说明本发明的特征和优点。然而，应该理解的是，在不脱离本发明的精神的前提下，用于单极和双极电解槽的短路系统的其他实施例也是可能的。

现在结合附图描述本发明，该附图是一个电路框图，其中标号1表示短路系统，该短路系统包括电化学设备的初级三相电流供给线2。线2与带有高压开关装置4的变压器3连接，变压器3的初级是星形连接，而次级是开口三角形连接。次级的电路由半导体特别是可控硅构成的整流器5来完成。

整流器5是根据格里茨桥接法而构成的，并用由可控硅6和7组成的简单形式表示。可控硅6和7的每一个分别带有保险丝8a和8b。变压器3和整流器5代表了AC/DC转换单元。整流器5的输出端，即可控硅6和7不与变压器3相连的端子，与包括串联的电解槽10a-10d的电解电路相连。两个直流绝缘子11a和11b位于电解电路9的端子处，用于使所述电解电路与由电流线2、变压器3和整流器5组成的电源装置绝缘。

整流器5的可控硅6和7的栅极与产生用于这些可控硅的启动脉冲的一个控制电路12相连。该可控硅控制电路12从一个自动电流控制器13接收可控硅的触发序列。该自动电流控制器13进一步与一个同步和测量电路16相连，该电路16用于把启动可控硅的同步信号传送到控制器13。电路16从它与之相连的初级供给线2导出该同步信号。另外，同步和测量电路16控制由线2提供的最小电压，以在初级电压降低到预定电平以下时切断整流器5。

另外，控制器13与测量与电流反馈电路15相连，后者接收来自一个位于变压器3和整流器5之间的电流互感器14的输入信号。所述电路15检测整流器5提供的电流。控制器13与其自己的电源17相连。

自动电流控制器13还带有用于控制电流设定点的电位计24。

本发明的该系统还包括一个选择器22，后者使得能够启动短路操作。该选择器22将一个启动信号送到控制电路12和“与”门23，后者的输入端还被提供有来自控制器13的整流器5的零电流信号。门23的输出信号被送到一个指令电路20。带有开关19的一个跨接开关装置18被加在所要断开的电解槽10c的端子上。开关19和指令电路20与一个限制开关21相连，后者检测开关19的精确位置并根据开关19的位置而使控制电路12将一个启动脉冲送到这些可控硅。

本发明系统的操作可概括如下。

在电化学设备的正常操作期间，一个在11kV数量级的初级三相电流以50Hz的频率流过线2。变压器3的高压开关装置4显然是闭合的，且初级电压被变换成输出电压并且该输出电压被送到整流器5的端子，即被送到可控硅6和7的端子。可控硅6和7的启动由控制电路12控制，而控制电路12又受到自动电流控制器13的控制。

控制器13通过电位计24接收具有正极性的设定点信号和一个反馈信号一该反馈信号是变压器14检测的流动电流的函数。正是这两个信号之差经过控制器12和13控制了可控硅6和7。控制电路12，通过控制器13并借助同步和测量电路16，由线2的初级电压同步。因此，可控硅6和7的启动与变压器3同相地发生。

另外，来自同步和测量电路16的信号被用来测量变压器3的初级侧的初级电压并控制最小电压和相序。如果该电压减小到额定值的80%或相序错误，整流器5就会被切断，以进行保护。

在电解槽之一被旁路的情况下，操作者通过接通选择器22来启动该序列，选择器22把一个启动信号送到控制电路12和“与”门23。当接收到该信号时，从控制电路12送到可控硅6和7的启动脉冲被停止。

由于整流器5的可控硅不再导通，电流变为零。这种零电流状态由变压器14和测量和电流反馈电路15进行检查。测量和电流反馈电路15通过控制器13将一个零电流信号送到“与”门23。该零电流信号和来自选择器22的启动信号激活了“与”门23，后者使指令电路20运行。

指令电路20使与被排除在外的电解槽相连的跨接开关装置18的开关19闭合。限制开关21检测开关19的位置并检查跨接开关装置18是否闭合。一旦实现了所述检查，该限制开关以一个小的延迟把启动脉冲的一个再启动信号送到控制电路12的可控硅。

以此方式，至电解电路的电流只在极其有限的时间-通常是200至1000毫秒的时间中被中断，以不影响电解过程的运行条件。显然电流的中断取决于开关19的闭合时间。借助迅速的开关，该中断时间可被减小到极其小的值。另外，用于再启动启动脉冲的信号是以一个小的延迟送出的，以避免在开关19闭合之前至电解电路9的电流供给被恢复的危险。

以相同的方式，跨接开关装置18可被打开，以使被检修的电解槽再次与电解电路9相连。选择器22把一个启动信号送到控制电路12和“与”门23。该可控硅6和7的启动脉冲被停止且借助电路14和15检查整流器5提供的零电流。随后“与”门23激活指令电路20，后者打开开关19。限制开关21检测开关19是否已经完成了打开操作，且随后它在最好有小的预定延迟的情况下把至可控硅6和7的启动脉冲的再启动信号送到控制电路12。

以上的描述只是为了说明本发明的一个实施例。各种细节可以用技术上的等价物所取代。在不脱离本发明的精神的前提下，元件的材料和形状或大小将根据具体的要求进行选择，而本发明的精神只应由所附的权利要求书限定。

Claims (4)

1、一种用于对一个电解电路中的多个单极或双极电解槽中的至少一个电解槽10c进行旁路的短路系统，包括电源装置控制系统12和跨接开关装置18。该电源装置包括一个电流线2、一个基于可控硅或等价装置6和7的整流器5和用于向所述电解槽供给电解电流的变压器3，控制系统12与控制器13相连，而该控制器13又与同步和测量电路16相连；带有开关19的跨接开关装置18用于对所述电解槽10c进行旁路，其特征在于它包括一个适于将一个启动信号送到控制电路12和与所述控制器13相连的“与”门23的选择装置22、一个与所述门23及所述跨接开关装置18相连的指令电路20，用于中断供到所述电解电路的电流，其时间至少足以使得所述电解槽10c能够短路且限制开关21重新启动所述电流，电流的所述中断不影响所述多个单极或双极电解槽的运行状态。

2、根据权利要求1的系统，其中自动电流控制器13进一步与测量和电流反馈电路15相连，而测量和电流反馈电路15又与位于变压器3和整流器5之间的电流互感器14相连。

3、用于利用前述权利要求中的短路系统来对电解电路中的多个单极或双极电解槽中的至少一个电解槽10c进行旁路的方法，其特征在于它包括：

a.通过停止从控制电路12至可控硅6和7的启动脉冲并把一个信号送到“与”门23，接通选择器22以达到一个零电流状态

b.借助变压器14和电路15控制该零电流状态

c.把一个零电流信号经过控制器13送到“与”门23并把一个启动信号送到指令电路20

d.通过指令电路20把开关19闭合以旁路电解槽10c

e.借助限制开关21检测开关19的位置

f.借助限制开关21以小的延迟对至可控硅6和7的启动脉冲进行再启动。

4、根据权利要求3的方法，其特征在于该小的延迟在200-1000毫秒的范围内。

Images