CN113765086A - 一种铝电解系列母线的直流大电流开关保护系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的一种铝电解系列母线的直流大电流开关保护系统和方法，所述系统包括：主开关、分流单元、监测单元和主控单元，主开关串联在铝电解系统母线上，用于控制铝电解供电线路的通断；分流单元包括分流导体和限流开关，分流导体和限流开关串联后并联在主开关上，用于降低主开关在通断动作瞬间的电流值；监测单元，用于监测主开关和限流开关的通断状态信号；所述主控单元接收用户发出铝电解系列母线的通断指令，并根据主开关和限流开关的通断状态信号控制主开关和限流开关的动作。本发明能够确保铝电解系列母线的开关主触点不受大电流冲击伤害，延长其使用寿命，增加其安全性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及直流大电流开关保护技术领域，更具体的说是涉及一种铝电解系列母线的直流大电流开关保护系统和方法。
背景技术
目前，在铝电解系列母线上，进行不停电维修电解槽时或者短接通道跨接母线时，往往需要直流大电流开关辅助进行在路通、断操作，否则会因系列停电维修、短接母线给企业造成较大的经济损失，也会给系列正常生产增加不稳定和不安全因素，因此对于铝电解系列生产上，直流大电流开关的利用和投入至关重要。
由于铝电解系列所供直流电流量都非常大，最大的系列电流已达到670KA，面对这么大的直流电流全负荷下控制其电路通断对于开关来说是个巨大的挑战，不但要保证其良好的通流能力，还要保障其自身的安全性，可靠性与寿命期限，否则会容易引发重大安全事故和降低其使用的性价比，特别是开关的动静触点，如果结构设计不合理或者没采取良好的控制方法以及缺少完整的保护机制，在经受大电流冲击下很容易被巨大的直流电流给瞬间烧毁而引发事故，这样会给正常生产的铝电解系列造成难以恢复的严重后果，给生产经营者造成巨大的经济损失，因此这种直流大电流开关，运行时的安全可靠至关重要，对于这种较容易引发的一系列严重问题，应该得到使用者高度重视。
但是，直流电流不同于交流电，它不存在周期性和过零点，它提供的电流具有连续性，在整个流通过程中都始终保持在一致的数值范围内，因此每次控制其通断均需在全电流全负荷下进行，这样开关动静触点的每次闭合与断开都会承受巨大的电流冲击，很容易给开关动静触点造成永久性的伤害，严重的会引发过流烧毁，为了避免这种情况发生，在最大限度提高开关触点质量的前提下，设计一种更加科学合理安全可靠的保护措施，来提升和确保这种直流大电流开关在使用时的可靠性和安全性、避免事故的发生，是目前这种直流大电流开关急需解决的一大问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种铝电解系列母线的直流大电流开关保护系统和方法，能够确保铝电解系列母线的开关主触点不受大电流冲击伤害，延长其使用寿命，增加其安全性和可靠性。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
一种铝电解系列母线的直流大电流开关保护系统，包括：主开关、分流单元、监测单元和主控单元，主控单元分别与主开关、分流单元和监测单元信号连接，监测单元分别与主开关和分流单元信号连接；
所述主开关串联在铝电解系统母线上，用于控制铝电解供电线路的通断；
所述分流单元包括分流导体和限流开关，分流导体和限流开关串联后并联在主开关上，用于降低主开关在通断动作瞬间的电流值；
所述监测单元，用于监测主开关和限流开关的通断状态信号，并发送至主控单元；
所述主控单元，用于接收用户发出铝电解系列母线的通断指令，并根据主开关和限流开关的通断状态信号控制主开关和限流开关的动作。
进一步，所述分流单元包括N个分流电路；第N分流电路包括，第N分流导体RN和第N限流开关KN，第N分流导体RN和第N限流开关KN串联后并联在主开关K0上，其中，N为任意自然数。
进一步，所述分流导体采用金属导体。
进一步，所述主开关采用行程开关、接近开关或光耦开关，所述分流开关采用行程开关、接近开关或光耦开关。
相应的，本发明还公开了一种铝电解系列母线的直流大电流开关保护方法，包括：
当用户向控制单元发出铝电解系列母线的通断指令后；首先，通过控制单元控制分流单元导通；然后，通过控制单元控制主开关执行通断动作；最后，通过控制单元控制分流单元断开。
进一步，若用户向控制单元发出铝电解系列母线的断开指令，所述方法包括：
控制单元通过监测单元采集主开关和限流开关的通断状态信号；
若主开关为闭合状态且限流开关为断开状态，控制单元依次向所有限流开关发送闭合信号，所有闭合信号发送完成后通过监测单元采集限流开关的通断状态信号；
若所有限流开关均为闭合状态，控制单元向主开关发送断开信号，断开信号发送完成后通过监测单元采集主开关的通断状态信号；
若主开关为断开状态，控制单元依次向所有限流开关发送断开信号。
进一步，若用户向控制单元发出铝电解系列母线的闭合指令，所述方法包括：
控制单元通过监测单元采集主开关和限流开关的通断状态信号；
若主开关为断开状态且限流开关为断开状态，控制单元依次向所有限流开关发送闭合信号，所有闭合信号发送完成后通过监测单元采集限流开关的通断状态信号；
若所有限流开关均为闭合状态，控制单元向主开关发送闭合信号，闭合信号发送完成后通过监测单元采集主开关的通断状态信号；
若主开关为闭合状态，控制单元依次向所有限流开关发送断开信号。
进一步，还包括：
根据铝电解系列母线上的总电流值和分流导体的内阻值确定分流单元采用的分流电路数目N，并将N个分流电路并联到主开关上。
对比现有技术，本发明有益效果在于：本发明提供了一种铝电解系列母线的直流大电流开关保护系统和方法，通过将分流单元和主开关并联在一起，在分流单元闭合后再迅速控制主开关闭合或断开，形成一个可有效保护主开关的引流辅助系统，通过这样的组合可确保主开关的触点不受大电流冲击伤害，延长其使用寿命，增加其安全性、可靠性，杜绝不良问题的发生，消除直流大电流开关存在的一系列安全隐患，避免因此而容易造成的安全事故。本发明不但给企业带来了安全保障，因寿命的提升和防护的到位，也使这种大电流直流的开关设备在正常使用中显著提高了使用性能和性价比，为企业增加了经济效益，排除了安全隐患，避免了因开关事故造成巨大损失。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
附图1是本发明的控制原理图；
附图2是本发明的电路原理图；
附图3是本发明的方法流程图。
图中，1为主开关；2为分流单元；3为监测单元；4为主控单元；21为分流导体；22为限流开关。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做出说明。
实施例一：
如图1所示的一种铝电解系列母线的直流大电流开关保护系统，包括：主开关1、分流单元2、监测单元3和主控单元4，主控单元4分别与主开关1、分流单元2和监测单元3信号连接，监测单元3分别与主开关1和分流单元2信号连接。
主开关1串联在铝电解系统母线上，用于控制铝电解供电线路的通断。分流单元2包括分流导体21和限流开关22，分流导体21和限流开关22串联后并联在主开关1上，用于降低主开关在通断动作瞬间的电流值。监测单元3，用于监测主开关1和限流开关22的通断状态信号，并发送至主控单元4；主控单元4，用于接收用户发出铝电解系列母线的通断指令，并根据主开关1和限流开关22的通断状态信号控制主开关1和限流开关22的动作。
如图2所示，分流单元包括N个分流电路；第N分流电路包括，第N分流导体RN和第N限流开关KN，第N分流导体RN和第N限流开关KN串联后并联在主开关K0上，其中，N为任意自然数。
其中，分流导体采用金属导体。如：钨、铁、钢、铜、铂、镍……等等，每个分流导体的截面积和长度都和需要分流的电流量和本身热熔点以及最高允许温升有关，这些数值可根据实际需求计算而定。分流导体可采用独立式、多级组合式，形状可采用直排式、折叠式、螺旋式、异形结合式等。分流导体的使用数量即分流电路的数目N可根据实际应用中需要分流的电流量大小和每一级设定的允许通流量计算而定。
另外，主开关和分流开关均可采用行程开关、接近开关或光耦开关。监测单元可采用本领域技术人员常用的开关动作监测装置，主控单元可采用本领域技术人员常用的单片机。
实施例二：
基于实施例一，如图3所示，本发明还公开了一种铝电解系列母线的直流大电流开关保护方法，包括如下步骤：
S1：根据铝电解系列母线上的总电流值和分流导体的内阻值确定分流单元采用的分流电路数目N，并将N个分流电路并联到主开关上。
S2：用户向控制单元发出铝电解系列母线的通断指令。
S3：通过控制单元控制分流单元导通。
S4：通过控制单元控制主开关执行通断动作。
S5：通过控制单元控制分流单元断开。
根据用户向控制单元发出铝电解系列母线的通断指令的不同，本方法均需要分流单元先于主开关做出动作之前闭合，主开关在分流单元完全闭合后再执行通断动作，分流在主开关动作完成后立即断开。具体包括如下两种情况：
1、若用户向控制单元发出铝电解系列母线的断开指令。控制单元通过监测单元采集主开关和限流开关的通断状态信号；若主开关为闭合状态且限流开关为断开状态，控制单元依次向所有限流开关发送闭合信号，所有闭合信号发送完成后通过监测单元采集限流开关的通断状态信号；若所有限流开关均为闭合状态，控制单元向主开关发送断开信号，断开信号发送完成后通过监测单元采集主开关的通断状态信号；若主开关为断开状态，控制单元依次向所有限流开关发送断开信号。
2、若用户向控制单元发出铝电解系列母线的闭合指令。控制单元通过监测单元采集主开关和限流开关的通断状态信号；若主开关为断开状态且限流开关为断开状态，控制单元依次向所有限流开关发送闭合信号，所有闭合信号发送完成后通过监测单元采集限流开关的通断状态信号；若所有限流开关均为闭合状态，控制单元向主开关发送闭合信号，闭合信号发送完成后通过监测单元采集主开关的通断状态信号；若主开关为闭合状态，控制单元依次向所有限流开关发送断开信号。
通过上述实施例可知，本发明的分流单元采用了多级并联控制组合，(级数根据所控电流大小设定)每一级分流电路均串有一定数值的分流导体(数值由这一级设定通过的电流量而定)，这样控制其通断时因每一级分流电路均串有分流导体、通过其间的电流都处在可控范围内，每次通断都可避免因电流无节制而让最先闭合的开关触点承受全部电流的浪涌冲击，排除了触点因过载(单位面积内电流密度过大)而瞬间烧毁现象，由于多级分流电路并联在一起，当所有分流电路全部闭合后，期间预设流通的电流之和等于或大于所控制直流电路上所需要的电流总量，这样就最大限度的实现了主开关的辅助分流，当所有限流开关全部闭合的瞬间再迅速控制主开关闭合或断开，由于限流开关先前于主开关动作，因此线路上大部分电流被分流电路分流而且形成了直流电流回路，那么主开关两端的电压和切割的电流均降低到了很小，此时再闭合主开关，它所承受的电流冲击会降低到安全的数值范围内，这样主开关动作时就不会受到全电流的饱和冲击，避免了被大电流冲击烧毁的情况发生，这样就大大延长了主开关触点的使用寿命，并得到了有效的安全保护，当主开关完全闭合后，由于它并未串接任何分流导体，因此它的内阻最小，这时流经分流电路的工作电流根据欧姆定律，绝大多数会切换到主开关流通，此时再控制所有分流电路断开，需控制的全部工作电流就安全平顺的切回到主开关上流通，完成了主开关免受全部大电流冲击的一个动作循环。当需要断开主开关时，过程和上述相同，先闭合所有的限流开关，使分流电路形成分流回路，然后再断开主开关。此时主开关就不会因电流被全部阻断而形成大的惯性反冲击电流给主开关的触点造成伤害，当主开关断开后再控制所有限流开关断开，由于每一级分流电路均串有分流导体，每一级流通的电流较小，因此断开时不会发生大电流冲击，这样就完成了保护主开关的断开过程。
结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
Claims (8)
1.一种铝电解系列母线的直流大电流开关保护系统，其特征在于，包括：主开关、分流单元、监测单元和主控单元，主控单元分别与主开关、分流单元和监测单元信号连接，监测单元分别与主开关和分流单元信号连接；
所述主开关串联在铝电解系统母线上，用于控制铝电解供电线路的通断；
所述分流单元包括分流导体和限流开关，分流导体和限流开关串联后并联在主开关上，用于降低主开关在通断动作瞬间的电流值；
所述监测单元，用于监测主开关和限流开关的通断状态信号，并发送至主控单元；
所述主控单元，用于接收用户发出铝电解系列母线的通断指令，并根据主开关和限流开关的通断状态信号控制主开关和限流开关的动作。
2.根据权利要求1所述的铝电解系列母线的直流大电流开关保护系统，其特征在于，所述分流单元包括N个分流电路；第N分流电路包括，第N分流导体RN和第N限流开关KN，第N分流导体RN和第N限流开关KN串联后并联在主开关K0上，其中，N为任意自然数。
3.根据权利要求1所述的铝电解系列母线的直流大电流开关保护系统，其特征在于，所述分流导体采用金属导体。
4.根据权利要求1所述的铝电解系列母线的直流大电流开关保护系统，其特征在于，所述主开关采用行程开关、接近开关或光耦开关，所述分流开关采用行程开关、接近开关或光耦开关。
5.一种铝电解系列母线的直流大电流开关保护方法，其特征在于，包括：
当用户向控制单元发出铝电解系列母线的通断指令后；首先，通过控制单元控制分流单元导通；然后，通过控制单元控制主开关执行通断动作；最后，通过控制单元控制分流单元断开。
6.根据权利要求5所述的铝电解系列母线的直流大电流开关保护方法，其特征在于，若用户向控制单元发出铝电解系列母线的断开指令，所述方法包括：控制单元通过监测单元采集主开关和限流开关的通断状态信号；
若主开关为闭合状态且限流开关为断开状态，控制单元依次向所有限流开关发送闭合信号，所有闭合信号发送完成后通过监测单元采集限流开关的通断状态信号；
若所有限流开关均为闭合状态，控制单元向主开关发送断开信号，断开信号发送完成后通过监测单元采集主开关的通断状态信号；
若主开关为断开状态，控制单元依次向所有限流开关发送断开信号。
7.根据权利要求5所述的铝电解系列母线的直流大电流开关保护方法，其特征在于，若用户向控制单元发出铝电解系列母线的闭合指令，所述方法包括：控制单元通过监测单元采集主开关和限流开关的通断状态信号；
若主开关为断开状态且限流开关为断开状态，控制单元依次向所有限流开关发送闭合信号，所有闭合信号发送完成后通过监测单元采集限流开关的通断状态信号；
若所有限流开关均为闭合状态，控制单元向主开关发送闭合信号，闭合信号发送完成后通过监测单元采集主开关的通断状态信号；
若主开关为闭合状态，控制单元依次向所有限流开关发送断开信号。
8.根据权利要求5所述的铝电解系列母线的直流大电流开关保护方法，其特征在于，还包括：
根据铝电解系列母线上的总电流值和分流导体的内阻值确定分流单元采用的分流电路数目N，并将N个分流电路并联到主开关上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |