CN112034283A - 检测和定位铝电解槽接地故障的装置及其系统和工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种检测和定位铝电解槽接地故障的装置及其系统和工艺，所述检测与定位装置包括第一导线、n条第二导线、n个桥臂阻抗、n‑1条第三导线、n‑1个电流传感器及电压源，第一导线将每个桥臂阻抗的一端与直流母线连接，每条第二导线将一个桥臂阻抗的另一端相应地与一个电解槽的接地点连接，每条第三导线分别将与相邻的两个电解槽对应的两个桥臂阻抗的所述另一端连接，且被对应地设置有一个电流传感器，以检测每条第三导线上的实时电流幅值和相位数据，从而准确检测和定位出是某个或某些电解槽出现故障。本发明能够及时、准确地检测和定位铝电解槽的单点故障和多点接地故障；且有利于改善电流效率，提高能源利用率并降低成本。

Description

检测和定位铝电解槽接地故障的装置及其系统和工艺

技术领域

本发明涉及铝电解企业的电解槽的故障检测技术领域，具体来讲，涉及一种能够实时检测和定位铝电解槽的接地故障的装置及其系统和工艺，从而利于改善电流效率，提高能源利用率和降低成本。

背景技术

当前，铝电解产能严重过剩，直接造成产需失衡，价格下跌，导致国内电解铝企业盈利状况明显恶化。作为建设周期短，进入门槛低，高退出壁垒的行业，在未来的一端时间内，中国铝电解产能过剩的困局依旧得不到缓解，因此各大企业纷纷开始研究内部脱困之策，而提升电流效率是最快的捷径之一。引起电流效率降低的原因主要有以下几个方面：铝的溶解损失和被阳极气体再氧化损失；铝离子不完全放电导致的电流空耗损失；其它离子放电所引起的电流效率损失；电解槽对地漏电，或某个电解槽局部短路或漏电等造成的电流损失。其中，电解槽漏电对电流效率的影响很大。因此，解决电解槽的漏电问题迫在眉睫。

电解槽是铝电解车间中重要的设备，电解槽之间通过直流母线(也可称为系列母线)进行连接，其中通过强大的电解电流(几百kA)。电解槽发生漏电时，系列电流减小，造成槽的产铝量减小，从而得到的实际铝产量减小，电流效率大大降低。为了保证铝电解槽连续平稳供电和提升电流效率，电解槽发生漏电时，必须及时检测出故障位置，方便工作人员检修，减小不必要的损失。

目前国内铝电厂针对铝电解槽接地问题，主要采用两种检测方案。一种是零点漂移检测法，一种是信号注入检测法。采用零点漂移检测法时，当发生单点接地时，能够由零点的位置推断出接地点的位置，但推断的方法缺乏一定准确性。采用信号注入检测法时，能够快速的检测出电解槽发生接地故障，但并不能准确地进行故障定位。且当铝电解槽发生接地时，会产生很大的暂态电流，会对检测造成一定的影响，以上两种检测方法缺乏较为有效的安全措施，有很大的安全隐患。此外，电解槽发生接地时，可能不止有一个接地点，以上两种方法都不能较为准确地判断出多个接地点的位置。

综上，针对目前国内检测铝电解槽接地状况的系统，仍存在以下几个主要的问题：不能较为准确地判断出铝电解槽的具体故障位置，且发生多点接地时不能同时判断铝电解槽的多个故障位置。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。

为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种铝电解槽故障的检测与定位装置，所述检测与定位装置包括：一条第一导线、n条第二导线、n个桥臂阻抗、n-1条第三导线、n-1个电流传感器、以及设置在所述第一导线上且能够形成具有周期性相位变化电流的电压源，其中，所述第一导线将所述n个桥臂阻抗中每个的一端与用于串联n个电解槽的直流母线连接，所述n条第二导线中的每条分别将所述n个桥臂阻抗中一个的另一端相应地与所述n个电解槽中的一个的接地点连接，所述n-1条第三导线中的每条分别将与相邻的两个电解槽对应的两个桥臂阻抗的所述另一端连接，所述n-1个电流传感器中的每个分别被对应地设置在所述n-1条第三导线中的一条上，以检测每条第三导线上的实时电流幅值和相位数据，从而准确检测和定位出是某个或某些电解槽出现故障。

在本发明的检测与定位装置的一个示例性实施例中，所述n个桥臂阻抗中每个的阻抗能够确保在所述n个电解槽正常电解情况下，所述每条第三导线上的实时电流幅值和相位数据不随时间而变化。

在本发明的检测与定位装置的一个示例性实施例中，所述检测与定位装置还可包括自动判断单元，所述自动判断单元能够接收所述每条第三导线上的实时电流幅值和相位数据，并根据实时电流幅值和相位数据的变化幅度判断和输出是某个或某些电解槽出现故障。

在本发明的检测与定位装置的一个示例性实施例中，所述电流传感器能够感应和提取10^-4～10^-1A量级的电流。

本发明的另一方面提供了一种检测和定位铝电解槽故障的系统，所述系统包括检测与定位装置和通过直流母线串联的n个电解槽，其中，所述n个电解槽中的每个电解槽均具有接地点，且第i个电解槽的槽对地阻抗为Z_di，n为不小于3的整数，i为从1～n中遍历选择；所述检测与定位装置包括一条第一导线、n条第二导线、n个桥臂阻抗、n-1条第三导线、n-1个电流传感器、以及设置在所述第一导线上且能够形成具有周期性相位变化电流的电压源，其中，所述第一导线将所述n个桥臂阻抗中每个的一端与直流母线连接，所述n条第二导线中的每条分别将所述n个桥臂阻抗中一个的另一端相应地与所述n个电解槽中的一个的接地点连接，所述n-1条第三导线中的每条分别将与相邻的两个电解槽对应的两个桥臂阻抗的所述另一端连接，所述n-1个电流传感器中的每个分别被对应地设置在所述n-1条第三导线中的一条上，以检测每条第三导线上的实时电流幅值和相位数据，从而准确检测和定位出是某个或某些电解槽出现故障。

在本发明的系统的一个示例性实施例中，所述n个桥臂阻抗中每个的阻抗能够确保在所述n个电解槽正常电解情况下，所述每条第三导线上的实时电流幅值和相位数据不随时间而变化。

在本发明的系统的一个示例性实施例中，所述系统还可包括智能判断单元，所述智能判断单元能够接收所述每条第三导线上的实时电流幅值和相位数据，并根据实时电流幅值和相位数据的变化幅度判断和输出是某个或某些电解槽出现故障。

在本发明的系统的一个示例性实施例中，所述电流传感器能够感应和提取10^-4～10^-1A量级的电流。

本发明的又一方面提供了一种检测和定位铝电解槽故障的工艺，所述工艺采用如上所述的系统来实现电解和对某个或某些电解槽故障的准确检测和定位。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下内容中的一项或多项：

(1)能够及时、准确地检测和定位铝电解槽的单点故障；

(2)能够及时、准确地检测和定位铝电解槽的多点接地故障；

(3)解决电解槽发生接地而产生很大暂态电流的问题；

(4)有利于改善电流效率，提高能源利用率并降低成本。

附图说明

图1示出了某铝电解厂当前的电解槽及其供电方式示意图。

图2示意性地示出了本发明的铝电解槽故障的检测与定位装置的一个示例性实施例的简化电路图。

图3示意性地示出了本发明的铝电解槽故障的检测与定位装置的另一个示例性实施例的简化电路图。

图4示意性地示出了图3的检测与定位装置在正常电解情况下的简化电路图。

图5示出了图4对应的各个电流传感器的电流幅值和相位情况。

图6示意性地示出了图3的检测与定位装置在单个电解槽异常接地的情况下的简化电路图。

图7示出了图6对应的各个电流传感器的电流幅值和相位情况。

图8示意性地示出了图3的检测与定位装置在两个电解槽异常接地的情况下的简化电路图。

图9示出了图8对应的各个电流传感器的电流幅值和相位情况。

图10示意性地示出了图3的检测与定位装置在三个电解槽异常接地的情况下的简化电路图。

图11示出了图10对应的各个电流传感器的电流幅值和相位情况。

图12～图14分别示出了图6中三种不同变化后的对地阻抗Z_d8′的各个电流传感器的电流幅值和相位情况。

图15～图17分别示出了图8中三种不同变化后的对地阻抗Z_d8′的各个电流传感器的电流幅值和相位情况。

图18示意性地示出了本发明的检测和定位铝电解槽故障的系统的一个示例性实施例的电路仿真图。

图19示意性地示出了本发明的检测和定位铝电解槽故障的系统的另一个示例性实施例的电路结构示意图。

具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的检测和定位铝电解槽故障的装置及其系统和工艺。

为了更好地阐述本发明，发明人对某铝电解厂的电解槽及其供电方式进行了模型化。

图1示出了某铝电解厂当前的电解槽及其供电方式示意图。

如图1所示，铝电解槽供电方式是一种特殊的不接地直流供电系统，直流供电电源为±600V，其强大的电流是通过系列母线和电解槽构成回路。其中，001#～140#电解槽位于第一车间，141#～280#电解槽位于第二车间。

正常情况下，电解槽绝缘良好时，系列母线中的电流从电源的正极流向负极。用1000V绝缘摇表测量时，绝缘电阻通常为兆欧级。电解槽系列有一个理论的对地零点，一般在最中间的两个电解槽(例如，140和141号电解槽)之间。

当电解槽发生接地时，系列母线对地漏电，造成很大的经济损失，因此，需要在电解槽发生接地之后对接地点进行较为快速的故障定位，以便及时检修，减小经济损失。

图2示意性地示出了本发明的铝电解槽故障的检测与定位装置的简化电路图。

如图2所示，在本发明的一个示例性实施例中，铝电解槽故障的检测与定位装置包括一条第一导线(例如，可称为红线)、4条第二导线(例如，可称为黑线)、4个桥臂阻抗Z_b(也可称为上桥臂阻抗Z_b)、3条第三导线、3个电流传感器A1、A2和A3以及设置在第一导线上且能够形成具有周期性相位变化电流的交流电压源AC。

其中，第一导线将4个桥臂阻抗中每个的一端(例如，图2中的a)与用于串联4个电解槽的直流母线(例如，图2中的b)连接。如图2所示，4个电解槽依次记为(1)、(2)、(3)和(4)，其对地阻抗依次为Z_dp、Z_dm、Z_dn、以及Z_dq。

4条第二导线中的每条分别将4个桥臂阻抗Z_b中一个的另一端相应地与4个电解槽中的一个的接地点连接。如图2所示，从左到右来看，第一个桥臂阻抗Z_b的另一端(如图2中该桥臂阻抗Z_b的下端)通过第一条第二导线与电解槽(1)的接地点连接；第二个桥臂阻抗Z_b的另一端通过第二条第二导线与电解槽(2)接地点连接；第三个桥臂阻抗Z_b的另一端通过第三条第二导线与电解槽(3)的接地点连接；第四个桥臂阻抗Z_b的另一端通过第四条第二导线与电解槽(4)接地点连接。这里，4个桥臂阻抗中每个的阻抗能够确保在4个电解槽正常电解情况下，每条第三导线上的实时电流幅值和相位数据不随时间而变化。此时，电流传感器A3、A1、A2中基本无电流通过或仅有很小地恒定幅值的电流通过且电流的相位基本恒定。此外，在本发明中，各个桥臂阻抗还可被设置为阻抗值可调节的类型，以便更好地适应电解槽的对地阻抗随电解槽使用时间或寿命变化而变化的情况。

3条第三导线中的每条分别将与相邻的两个电解槽对应的两个桥臂阻抗的所述另一端连接。3个电流传感器中的每个分别被对应地设置在3条第三导线中的一条上，以检测每条第三导线上的实时电流幅值和相位数据，从而准确检测和定位出是某个或某些电解槽出现故障。如图2所示，从左到右来看，第一条第三导线设置在第一个桥臂阻抗的所述另一端与第二个桥臂阻抗的所述另一端之间，且该第一条第三导线上设置有电流传感器A3；第二条第三导线设置在第二个桥臂阻抗的所述另一端与第三个桥臂阻抗的所述另一端之间，且该第二条第三导线上设置有电流传感器A1；第三条第三导线设置在第三个桥臂阻抗的所述另一端与第四个桥臂阻抗的所述另一端之间，且该第三条第三导线上设置有电流传感器A2。

在正常电解情况下，电流传感器A3、A1、A2中基本无电流通过或仅有很小地恒定幅值的电流通过且电流的相位基本恒定；然而，在4个电解槽中的某个或某些出现诸如局部短路或异常接地等故障时，其对地阻抗将明显降低，因此，与该电解槽对应的电流传感器的电流幅值和相位将发生明显变化，据此可以准确定位出是哪个或哪些电解槽出现故障。也就是说，本示例性实施例的检测与定位装置能够通过A3、A1、A2检测到每条第三导线上的实时电流幅值和相位数据，从而准确检测和定位出是4个电解槽中的哪个或哪些出现了故障。

图3示意性地示出了本发明的铝电解槽故障的检测与定位装置的另一个示例性实施例的简化电路图。

如图3所示，在本发明的另一个示例性实施例中，铝电解槽故障的检测与定位装置包括一条第一导线、10条第二导线、10个桥臂阻抗Z_b1～Z_b10、9条第三导线、9个电流传感器A1～A9以及设置在第一导线上且能够形成具有周期性相位变化电流的交流电压源AC。

其中，第一导线将10个桥臂阻抗中每个的一端(例如，图3中的a)与用于串联10个电解槽的直流母线(例如，图3中的b)连接。如图3所示，10个电解槽分别具有一个接地点，且10个电解槽的对地阻抗从左至右依次为Z_d1～Z_d10。

10条第二导线中的每条分别将10个桥臂阻抗中一个的另一端相应地与10个电解槽中的一个的接地点连接。如图3所示，从左到右来看，第一个桥臂阻抗Z_b1的另一端(如图3中该桥臂阻抗Z_b1的下端)通过第一条第二导线与具有对地阻抗为Z_d1的第一电解槽的接地点连接；第二个桥臂阻抗Z_b2的另一端(如图3中该桥臂阻抗Z_b2的下端)通过第二条第二导线与具有对地阻抗为Z_d2的第二电解槽的接地点连接；其它的桥臂阻抗Z_b3～Z_b10的另一端也分别通过第二导线与具有对地阻抗为Z_d3～Z_d10的电解槽的接地点对应连接。这里，10个桥臂阻抗中每个的阻抗能够确保在10个电解槽正常电解情况下，每条第三导线上的实时电流幅值和相位数据不随时间而变化。例如，电流传感器A1～A9中基本无电流通过或仅有很小地恒定幅值的电流通过且电流的相位基本恒定。

9条第三导线中的每条分别将与相邻的两个电解槽对应的两个桥臂阻抗的另一端连接。9个电流传感器A1～A9中的每个分别被对应地设置在9条第三导线中的一条上，以检测每条第三导线上的实时电流幅值和相位数据，从而准确检测和定位出是某个或某些电解槽出现故障。如图3所示，从左到右来看，第一条第三导线设置在第一个桥臂阻抗Z_b1的所述另一端与第二个桥臂阻抗Z_b2的所述另一端之间，且该第一条第三导线上设置有电流传感器A1；第二条第三导线设置在第二个桥臂阻抗Z_b2的所述另一端与第三个桥臂阻抗Z_b3的所述另一端之间，且该第二条第三导线上设置有电流传感器A2；其它电流传感器A3～A9对应设置。

在正常电解情况下，电流传感器A1～A9中基本无电流通过或仅有很小地恒定幅值的电流通过且电流的相位基本恒定；然而，在10个电解槽中的某个或某些出现诸如局部短路或异常接地等故障时，其对地阻抗将明显降低，因此，与该电解槽对应的电流传感器的电流幅值和相位将发生明显变化，据此可以准确定位出是哪个或哪些电解槽出现故障。也就是说，本示例性实施例的检测与定位装置能够通过电流传感器A1～A9检测到每条第三导线上的实时电流幅值和相位数据，从而准确检测和定位出是10个电解槽中的哪个或哪些出现了故障。

图4示意性地示出了图3的检测与定位装置在正常电解情况下的简化电路图。

如图4所示，I₁～I₉为对应于电流传感器A1～A9上的电流；从交流电压源流出的总电流为10I。

I₁～I₉存在以下关系：

I₁＝I，I₂＝2I，I₃＝3I，I₄＝4I，I₅＝5I，I₆＝6I，I₇＝7I，I₈＝8I，I₉＝9I。

图5示出了图4对应的各个电流传感器的电流幅值和相位情况。其中，左侧的纵坐标表示电流幅值，单位为安培(A)，右侧的纵坐标为电流相位角，单位为度；横坐标为传感器数，即电流传感器A1～A9的标号。

由图5可以看出，电流的幅值趋近于零，电流的相位也不发生改变。也就是说，对于通过直流母线供电的直流供电铝电解槽系统而言，正常电解情况下(即未发生诸如电解槽局部短路或异常接地等电解槽故障的情况下)，电桥平衡，电流传感器内的电流几乎为零，电流的方向从电源的正极流向负极。

图6示意性地示出了图3的检测与定位装置在单个电解槽(第8个电解槽，简称8槽)异常接地的情况下的简化电路图。

在8槽接地后，其对地阻抗由原先的Z_d8急剧下降至Z_d8′。

例如，Z_d8′的相应电阻可以为0.001Ω。

则Z_d′<<Z_b，可得I₁＝I，I₂＝2I，I₃＝3I，I₄＝4I，I₅＝5I，I₆＝6I，I₇＝7I，I₈＝2I，I₉＝I。

图7示出了图6对应的各个电流传感器的电流幅值和相位情况。其中，左侧的纵坐标表示电流幅值，单位为安培(A)，右侧的纵坐标为电流相位角，单位为度；横坐标为传感器数，即电流传感器A1～A9的标号。

如图7所示，电流的幅值均匀有规律的变化，在电流传感器A7处达到峰值；电流相位在电流传感器A8处发生明显跳变，说明电流的方向发生了改变，由此可以判断出8槽发生异常接地。

图8示意性地示出了图3的检测与定位装置在两个电解槽(第4和第8个电解槽，简称4槽和8槽)异常接地的情况下的简化电路图。

在4、8槽接地后，其对地阻抗分别由原先的Z_d4和Z_d8急剧下降至Z_d4′和Z_d8′。

例如，Z_d4′和Z_d8′的相应电阻均可为0.001Ω。

由于桥臂电阻相等，流过每个桥臂的电流也相等。M和N等电位，因此，流过Z_d4′和Z_d8′的电流相等，

则Z_d′<<Z_b，可得I₁＝I，I₂＝2I，I₃＝3I，I₄＝I

I₆＝I，I₇＝2I，I₈＝2I，I₉＝I

I₅＝0

图9示出了图8对应的各个电流传感器的电流幅值和相位情况。其中，左侧的纵坐标表示电流幅值，单位为安培(A)，右侧的纵坐标为电流相位角，单位为度；横坐标为传感器数，即电流传感器A1～A9的标号。

如图9所示，电流的幅值均匀有规律的变化，在电流传感器A3和A7处有峰值点；电流相位在电流传感器A4和A8处发生明显跳变，说明电流的方向发生了改变，由此可以判断出4槽和8槽异常接地。

图10示意性地示出了图3的检测与定位装置在三个电解槽(第4、第6和第8个电解槽，简称4槽、6槽和8槽)异常接地的情况下的简化电路图。

在4、6、8槽接地后，其对地阻抗分别由原先的Z_d4、Z_d6和Z_d8急剧下降至Z_d4′、Z_d6′和Z_d8′。

例如，Z_d4′和Z_d8′的相应电阻均可为0.001Ω。

M、N和Q等电位，因此，流过Z_d4′、Z_d6′和Z_d8′的电流相等，即，

假设电路的总电流为10I

I₁＝I，I₂＝2I，I₃＝3I

I₈＝2I，I₉＝I

图11示出了图10对应的各个电流传感器的电流幅值和相位情况。其中，左侧的纵坐标表示电流幅值，单位为安培(A)，右侧的纵坐标为电流相位角，单位为度；横坐标为传感器数，即电流传感器A1～A9的标号。

如图11所示，电流的幅值均匀有规律的变化，在电流传感器A3和A5、A8处有峰值点；电流相位在电流传感器A6和A8处发生明显跳变，在传感器A1、A2、A3处均未发生变化，在A4处电流相位发生微弱的变化-88.2238～-88.2242。结合电流幅值的变化情况，可以判断出4，6和8槽异常接地。

图12、图13、以及图14分别示出了图6中三种不同变化后的对地阻抗Z_d8′的各个电流传感器的电流幅值和相位情况。其中，左侧的纵坐标表示电流幅值，单位为安培(A)，右侧的纵坐标为电流相位角，单位为度；横坐标为传感器数，即电流传感器A1～A9的标号。此外，图12中，异常接地后8槽对地阻抗Z_d8′为0.1Ω；图13中，异常接地后8槽对地阻抗Z_d8′为10Ω；图14中，异常接地后8槽对地阻抗Z_d8′为1000Ω。

如图12所示，当8槽的对地阻抗变为0.1Ω时，电流的幅值仍然均匀有规律的变化，在电流传感器A7处达到峰值；电流相位在电流传感器A8处发生明显跳变，说明电流的方向发生了改变，由此可以判断出8槽异常接地。

如图13所示，当8槽的对地阻抗变为10Ω时，电流的幅值仍然均匀有规律的变化，在电流传感器A7处达到峰值，但电流的幅值在数值上有所减小；电流的相位在数值上有明显减小，电流相位在电流传感器A8处发生跳变，说明电流的方向发生了改变，由此可以判断出8槽异常接地。

如图14所示，当8槽的对地阻抗变为1000Ω时，电流的幅值开始呈现不规律的变化，且数值明显减小，在电流传感器A7处达到峰值；电流的相位在数值上继续减小，电流相位在电流传感器A8处发生跳变，说明电流的方向发生了改变，由此可以判断出8槽异常接地。

综合图12～图14，可以看出，在发生单点接地时，接地电阻抗发生变化，会导致电流传感器上检测到的电流幅值和电流相位的数值发生明显的变化；但仍能通过9个传感器的电流幅值与相位的变化趋势准确地判断出是哪个槽接地。

图15、图16、以及图17分别示出了图8中三种不同变化后的对地阻抗Z_d4′和Z_d8′的各个电流传感器的电流幅值和相位情况。其中，左侧的纵坐标表示电流幅值，单位为安培(A)，右侧的纵坐标为电流相位角，单位为度；横坐标为传感器数，即电流传感器A1～A9的标号。此外，图15中，异常接地后4槽和8槽对地阻抗Z_d4′和Z_d8′依次分别为0.001Ω和0.1Ω；图16中，异常接地后4槽和8槽对地阻抗Z_d4′和Z_d8′依次分别为0.001Ω和10Ω；图17中，异常接地后4槽和8槽对地阻抗Z_d4′和Z_d8′依次分别为0.001Ω和1000Ω。

如图15所示，电流幅值不再是均匀有规律的变化，在电流传感器A3和A8处达到峰值；电流的相位在传感器A4和A7处发生跳变，A8、A9处相位稳定不变化，结合幅值和相位的变化情况，可以判断出4槽和8槽异常接地。

如图16所示，电流幅值不是均匀有规律的变化，在电流传感器A4处达到峰值；电流的相位在传感器A4处发生跳变，在传感器A7处相位发生的变化差值变大，88.6486～88.5229，即在传感器A7处相位变化幅度增加，A8、A9处相位稳定不变化。结合幅值和相位的变化情况，可以判断出4槽和8槽异常接地。

如图17所示，电流幅值不是均匀有规律的变化，在电流传感器A4处达到峰值；电流的相位在传感器A4处发生跳变，在电流传感器A7到A8处相位发生的变化差值变大，88.5287～88.5274，A8、A9处相位稳定不变化。结合幅值和相位的变化情况，可以判断出4槽和8槽异常接地。

综合图15～图17，可以看出，当发生两点接地时，接地电阻抗发生变化，会导致电流传感器上检测到的电流幅值和电流相位的数值发生明显的变化，9个电流传感器的变化趋势较之前变得不明显；但仍能通过看似微弱的电流幅值和相位变化趋势来判断出是哪个或哪些槽接地。

此外，在本发明的又一个示例性实施例中，检测与定位装置在具有上述任意一个示例性实施例的结构的基础上，还可进一步设置旁路来解决暂态大电流。当电解槽发生接地故障时，会产生很大的暂态短路电流，设置旁路能有效解决暂态大电流，从而有效保护检测与定位装置。

此外，在本发明的另外一个示例性实施例中，检测与定位装置在具有上述任意一个示例性实施例的结构的基础上，还可进一步包括自动判断单元。所述自动判断单元能够接收所述每条第三导线上的实时电流幅值和相位数据，并根据实时电流幅值和相位数据的变化幅度判断和输出是某个或某些电解槽出现故障。

此外，在本发明的另外一个示例性实施例中，检测与定位装置在具有上述任意一个示例性实施例的结构的基础上，其电流传感器还可进一步感应和提取10^-4～10^-1A量级的电流的幅值和相位。例如，本发明的检测与定位装置可采用改进的自适应滤波算法来计算微弱电流(如，“自适应技术在电力系统谐波提取中的应用”，杨浩、李星辰、罗建，《电力系统及其自动化学报》第22卷第2期，2010年4月30日)。自适应滤波算法可以应用于非平稳信号的统计和分析，其无需预知信号和噪声的先验特性，仅通过学习算法调节滤波器的权系数，达到最佳的滤波状态。换句话说，自适应滤波器可以跟踪环境的变化进行自我调节。除此之外，自适应滤波器算法简洁并且实现容易。

在本发明的另一示例性实施例中，检测和定位铝电解槽故障的系统包括如上所述任意一个示例性实施例中的检测与定位装置和通过直流母线串联的n个电解槽。

所述n个电解槽中的每个电解槽均具有接地点，且第i个电解槽的槽对地阻抗为Z_di，n为不小于3的整数，i为从1～n中遍历选择。例如，n可以为5个以上，甚至于可以为数十个至数百个。

图18示意性地示出了本发明的检测和定位铝电解槽故障的系统的一个示例性实施例的电路仿真图。

如图18所示，其运用matlab进行仿真，以十个电解槽为例。

其中：1^*～10^*分别表示10个电解槽；

[I1]～[I9]分别表示9个电流传感器；

Z_d1～Z_d10分别表示10个电解槽的对地阻抗(例如，对地电阻为4MΩ，对地电容为5e^-6F)，Z_b表示桥臂电阻；

R_d表示模拟的大地电阻；

C₁L₁～C₁₀L₁₀分别表示旁路限流装置。

图19示意性地示出了本发明的检测和定位铝电解槽故障的系统的另一个示例性实施例的电路结构示意图，其具体示出了n个电机槽和n桥臂电阻的情况。

尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

Claims (8)

1.一种铝电解槽故障的检测与定位装置，其特征在于，所述检测与定位装置包括：一条第一导线、n条第二导线、n个桥臂阻抗、n-1条第三导线、n-1个电流传感器、以及设置在所述第一导线上且能够形成具有周期性相位变化电流的电压源，

其中，所述第一导线将所述n个桥臂阻抗中每个的一端与用于串联n个电解槽的直流母线连接，所述n条第二导线中的每条分别将所述n个桥臂阻抗中一个的另一端相应地与所述n个电解槽中的一个的接地点连接，所述n-1条第三导线中的每条分别将与相邻的两个电解槽对应的两个桥臂阻抗的所述另一端连接，所述n-1个电流传感器中的每个分别被对应地设置在所述n-1条第三导线中的一条上，以检测每条第三导线上的实时电流幅值和相位数据，从而准确检测和定位出是某个或某些电解槽出现故障。

2.根据权利要求1所述的铝电解槽故障的检测与定位装置，其特征在于，所述n个桥臂阻抗中每个的阻抗能够确保在所述n个电解槽正常电解情况下，所述每条第三导线上的实时电流幅值和相位数据不随时间而变化。

3.根据权利要求1所述的铝电解槽故障的检测与定位装置，其特征在于，所述检测与定位装置还包括自动判断单元，所述自动判断单元能够接收所述每条第三导线上的实时电流幅值和相位数据，并根据实时电流幅值和相位数据的变化幅度判断和输出是某个或某些电解槽出现故障。

4.一种检测和定位铝电解槽故障的系统，其特征在于，所述系统包括检测与定位装置和通过直流母线串联的n个电解槽，其中，

所述n个电解槽中的每个电解槽均具有接地点，且第i个电解槽的槽对地阻抗为Z_di，n为不小于3的整数，i为从1～n中遍历选择；

所述检测与定位装置包括一条第一导线、n条第二导线、n个桥臂阻抗、n-1条第三导线、n-1个电流传感器、以及设置在所述第一导线上且能够形成具有周期性相位变化电流的电压源，其中，所述第一导线将所述n个桥臂阻抗中每个的一端与直流母线连接，所述n条第二导线中的每条分别将所述n个桥臂阻抗中一个的另一端相应地与所述n个电解槽中的一个的接地点连接，所述n-1条第三导线中的每条分别将与相邻的两个电解槽对应的两个桥臂阻抗的所述另一端连接，所述n-1个电流传感器中的每个分别被对应地设置在所述n-1条第三导线中的一条上，以检测每条第三导线上的实时电流幅值和相位数据，从而准确检测和定位出是某个或某些电解槽出现故障。

5.根据权利要求1所述的检测和定位铝电解槽故障的系统，其特征在于，所述n个桥臂阻抗中每个的阻抗能够确保在所述n个电解槽正常电解情况下，所述每条第三导线上的实时电流幅值和相位数据不随时间而变化。

6.根据权利要求1所述的检测和定位铝电解槽故障的系统，其特征在于，所述系统还包括智能判断单元，所述智能判断单元能够接收所述每条第三导线上的实时电流幅值和相位数据，并根据实时电流幅值和相位数据的变化幅度判断和输出是某个或某些电解槽出现故障。

7.根据权利要1所述的检测和定位铝电解槽故障的系统，其特征在于，所述电流传感器能够感应和提取10^-4～10^-1A量级的电流。

8.一种检测和定位铝电解槽故障的工艺，其特征在于，所述工艺采用如权利要求1至5中任意一项所述的系统来实现电解和对某个或某些电解槽故障的准确定位。

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