CN216411532U - 用于电解槽系列的绝缘检测装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种用于电解槽系列的绝缘检测装置，属于电解槽领域，能够有效地确定电解槽系列对地短路的漏点位置和对地阻抗。一种用于电解槽系列的绝缘检测装置，包括负载模块、测控模块和处理模块，其中：负载模块的A端连接测控模块的电压输入端并连接到电解槽系列的中点，负载模块的B端连接测控模块的地线并连接到公共地，测控模块的控制信号输出端连接负载模块的受控端；负载模块在测控模块的控制信号输出端输出的控制信号的控制下提供不同阻值的电阻；测控模块从电压输入端采集负载模块两端的电压值并将采集到的电压值和对应的阻值传输给处理模块；处理模块根据电压值和对应的阻值确定电解槽系列对地短路的漏点位置和相应的对地阻抗。

Description

用于电解槽系列的绝缘检测装置

技术领域

本公开涉及电解槽领域，具体地，涉及一种用于电解槽系列的绝缘检测装置。

背景技术

铝电解槽系列正常时应处于对地绝缘状态。但是，由于长期高温和连续运行，铝电解槽系列有可能发生绝缘损坏或金属残留物搭接等情况，导致铝电解槽系列出现某种程度的对地短路、电流泄漏、零点漂移及局部对地电压升高等现象。

相关技术中，通常是通过判断铝电解槽系列的中点对地电压来对铝电解槽系列进行绝缘检测。然而，这种方式只能定性地判断铝电解槽系列的整体绝缘状态，不能有效地确定铝电解槽系列对地短路的漏点位置和对地阻抗。

实用新型内容

本公开的目的是提供一种用于电解槽系列的绝缘检测装置，能够有效地确定电解槽系列的对地绝缘状况，有效地确定电解槽系列对地短路的漏点位置和对地阻抗。

根据本公开的第一实施例，提供一种用于电解槽系列的绝缘检测装置，包括负载模块、测控模块和处理模块，其中：所述负载模块的A端连接所述测控模块的电压输入端并连接到所述电解槽系列的中点，所述负载模块的B端连接所述测控模块的地线并连接到公共地，所述测控模块的控制信号输出端连接所述负载模块的受控端；所述负载模块在所述测控模块的所述控制信号输出端输出的控制信号的控制下提供不同阻值的电阻；所述测控模块从所述电压输入端采集所述负载模块两端的电压值并将采集到的电压值和对应的阻值传输给所述处理模块；所述处理模块根据所述电压值和对应的阻值确定所述电解槽系列对地短路的漏点位置和相应的对地阻抗。

可选地，所述绝缘检测装置还包括保护模块，所述保护模块串联于所述负载模块的A端和所述测控模块的电压输入端的连接点与所述电解槽系列的中点之间，用于为所述绝缘检测装置提供过流保护和/或过压保护。

可选地，所述保护模块为熔断器。

可选地，所述负载模块包括并联于所述负载模块的A端和B端之间的多条负载线路，其中，每条所述负载线路包括负载电阻和与所述负载电阻串联的开关单元，各个所述负载电阻的阻值互不相同，所述开关单元在所述控制信号输出端输出的所述控制信号的控制下进行通断。

可选地，所述开关单元由继电器、MOS管和晶体管中的一者构成。

可选地，所述测控模块包括控制子模块、测试子模块、通道子模块和通信子模块，其中：所述控制子模块连接所述测试子模块、所述通道子模块和所述通信子模块，所述测试子模块通过所述电压输入端连接所述负载模块的A端，所述通道子模块分别连接所述负载模块中的各个所述开关单元；所述控制子模块用于经由所述通道子模块向所述负载模块的各个所述开关单元提供所述控制信号，将所述测试子模块采集到的所述负载模块两端的电压值和对应的阻值经由所述通信子模块传输给所述处理模块。

可选地，所述控制子模块为单片机和PLC控制器中的一者。

可选地，所述测试子模块为电压表。

可选地，所述处理模块用于：基于所述绝缘检测装置和所述电解槽系列构成的等效电路，根据所述电压值和对应的阻值确定所述电解槽系列对地短路的漏点位置和相应的对地阻抗。

通过采用上述技术方案，能够将根据本公开实施例的绝缘检测装置用作一种在线监测设备，并在电解槽系列运行时，利用根据本公开实施例的绝缘检测装置实现对电解槽系列对地绝缘状况的自动检测，这是因为该绝缘检测装置能够控制电解槽系列的中点对地阻抗变化并测得相应的电压，利用这些阻值和电压值计算出各项漏点数据，包括漏点位置及其对地阻抗。因此，根据本公开实施例的绝缘检测装置能够自动检测电解槽系列的对地绝缘状况，并能有效确定电解槽系列中多个异常对地短路的漏点位置和对地阻抗。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是电解槽系列的示意图。

图2是根据本公开一种实施例的用于电解槽系列的绝缘检测装置的示意框图。

图3是根据本公开一种实施例的用于电解槽系列的又一绝缘检测装置的示意框图。

图4是根据本公开一种实施例的用于电解槽系列的又一绝缘检测装置的示意框图。

图5是根据本公开一种实施例的绝缘检测装置和电解槽系列构成的等效电路的示意图。

图6是根据本公开一种实施例的用于电解槽系列的绝缘检测方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

电解槽系列通常是指铝电解过程中整流回路间所有电解槽的总和，其是由很多台电解槽串联而成的、强电流的直流用电设备组，相邻电解槽之间通过母线连接，如图1所示。例如，一个500KA预焙阳极电解槽系列，可以包含300台电解槽，槽压可以为4V左右，电解槽系列可以由整流系统供电(相当于普通电路的直流电源)。电解槽系列的两端可以为正极(+600V)、负极(-600V)，中间的零电位母线点称为“中点”。

电解槽系列中所有的电解槽都绝缘架空，电解槽系列整体对地绝缘。但是，由于老化或杂物搭接等原因，可能会导致电解槽系列某一处或多处对地短路，造成零点漂移(也即，中点电位不为零)，导致局部电压升高、漏电流及安全等风险。本申请旨在找出电解槽系列的漏点位置(也即确定出对地短路发生在哪个电解槽)及其对地阻抗(也即，对地短路的程度，例如是完全短路，还是不完全对地短路)。

此外，本公开中使用的术语“漏点”是指电解槽系列中异常对地短路位置；“程控可变电阻”是指可由软件或数字信号控制阻值变化的电阻或电路模块；“电压输入端”是指用于电压测试的信号输入端；“中点”是指在电解槽系列中设计为对地零电位的母线位置；“公共地”是指由大地引出的地线；“整流系统”是指为电解槽系列提供直流供电的设备系统。

另外，根据本公开的实施例中使用的术语，例如“电解槽”、“铝电解槽”、“母线”、“地线”、“对地短路”、“对地阻抗”、“绝缘电阻”、“负载模块”、“测控模块”、“处理模块”、“保护模块”、“熔断器”、“负载线路”、“负载电阻”、“程控开关单元”、“继电器”、“MOS管”、“晶体管”、“控制子模块”、“测试子模块”、“通道子模块”、“通信子模块”、“A端”、“B端”、“单片机”、“PLC控制器”、“电压表”、“数字直流电压表”、“RS485接口”、“零点漂移”、“单点短路”、“完全短路”、“不完全短路”、“多点短路”等，这些术语的使用仅仅是为了描述的方便，并不构成对本发明的限制。

图2是根据本公开一种实施例的用于电解槽系列的绝缘检测装置的示意框图。如图2所示，该绝缘检测装置100包括负载模块1、测控模块2和处理模块6。

负载模块1的A端连接测控模块2的电压输入端C并连接到电解槽系列200的中点4，负载模块1的B端连接测控模块2的地线D并连接到公共地5，测控模块2的控制信号输出端E连接负载模块1的受控端F。

负载模块1在测控模块2的控制信号输出端E输出的控制信号的控制下提供不同阻值的电阻。例如，负载模块1可以提供程控可变电阻功能。

测控模块2从电压输入端C采集负载模块1两端的电压值，也即会测试负载模块1的A端处的电压以得到测试电压，并将采集到的电压值和对应的阻值传输给处理模块6。例如，在测控模块2控制负载模块1的电阻为R1时，测控模块2会测试得到此时负载模块1的A端处的电压V1，然后在测控模块2控制负载模块1的电阻为R2时，测控模块2会测试得到此时负载模块1的A端处的电压V2，以此类推；然后测控模块2会将阻值-电压对发送给处理模块6，也即，将电压V1及其对应的电阻R1、电压V2及其对应的电阻R2等传输给处理模块6。因此，测控模块2可以提供变阻控制、电压测试、数据处理和远程通信等功能。

处理模块6根据测控模块2传输的电压值和对应的阻值确定电解槽系列200对地短路的漏点位置和相应的对地阻抗。

通过采用上述技术方案，能够将根据本公开实施例的绝缘检测装置100用作一种在线监测设备，并在电解槽系列200运行时，利用根据本公开实施例的绝缘检测装置100实现对电解槽系列200对地绝缘状况的自动检测，这是因为该绝缘检测装置100能够控制电解槽系列200的中点对地阻抗变化并测得相应的电压，利用这些阻值和电压值计算出各项漏点数据，包括漏点位置及其对地阻抗。因此，根据本公开实施例的绝缘检测装置能够自动检测电解槽系列200的对地绝缘状况，并能有效确定电解槽系列200中多个异常对地短路的漏点位置和对地阻抗。

图3是根据本公开一种实施例的用于电解槽系列的又一绝缘检测装置的示意框图。如图3所示，绝缘检测装置100还包括保护模块3，保护模块3串联于负载模块1的A端和测控模块2的电压输入端C的连接点与电解槽系列200的中点4之间，用于为绝缘检测装置100提供过流保护和/或过压保护。

保护模块3可以为熔断器、继电器等。

通过采用上述技术方案，在绝缘检测装置100出现过压、过流等现象时，保护模块3会断开，避免绝缘检测装置100受到过压、过流的损坏。

图4是根据本公开一种实施例的用于电解槽系列的又一绝缘检测装置的示意框图。如图4所示，负载模块1包括并联于负载模块1的A端和B端之间的多条负载线路11，其中，每条负载线路11包括负载电阻111和与负载电阻111串联的开关单元112，各个负载电阻111的阻值互不相同，开关单元112在控制信号输出端E输出的控制信号的控制下进行通断。

负载电阻111用于提供限流和负载功能。各个负载电阻111的阻值可以依次呈递减或递增关系，这样当测控模块2依次控制各个开关单元112导通时，负载模块1就可以提供依次递增或递减的阻值。例如，假设第一负载电阻至第N负载电阻的阻值是依次递增的，则在测控模块2先控制第一负载电阻对应的开关单元导通而其他开关单元关断时，负载模块1会提供第一负载电阻对应的第一阻值，然后在测控模块2控制第二负载电阻对应的开关单元导通而其他开关单元关断时，负载模块1会提供第二负载电阻对应的第二阻值，以此类推，负载模块1就会在测控模块2的控制下依次提供逐渐递增的阻值。当然，还可以是，测控模块2通过控制若干开关单元导通而剩余开关单元关断，通过此种方式来使得负载模块1提供不同的阻值，例如，测控模块2首先控制第一负载电阻对应的开关单元导通而其他开关单元关断，然后控制第一负载电阻和第二负载电阻对应的开关单元导通而其他开关单元关断，以此类推，来使得负载模块1提供不同的阻值。

开关单元112可以是程控开关单元，其可以由继电器、MOS管和晶体管中的一者构成，用于提供直流控制直流通断功能。

通过采用上述技术方案，就能够在测控模块2的控制下使得负载模块1提供不同的阻值，以控制电解槽系列200的中点对地阻抗变化并测得相应的电压，使得能够根据这些阻值和电压值计算出各项漏点数据，包括漏点位置及其对地阻抗。

仍然参考图4，测控模块2包括控制子模块21、测试子模块22、通道子模块23和通信子模块24，其中：控制子模块21连接测试子模块22、通道子模块23和通信子模块24，测试子模块22通过电压输入端C连接负载模块1的A端，通道子模块23分别连接负载模块1中的各个开关单元112。控制子模块21用于经由通道子模块23向负载模块1的各个开关单元112提供控制信号，将测试子模块22采集到的负载模块1两端的电压值和对应的阻值经由通信子模块24传输给处理模块6。

控制子模块21可以为单片机和PLC控制器中的一者。

测试子模块22可以自动提供电压测试功能，或者也可以在控制子模块21的控制下提供电压测试功能。测试子模块22可以为电压表，例如可以为不含显示功能的数字直流电压表电路。

通道子模块23可以用于提供信号转换功能，例如将控制子模块21产生的控制信号转换成用于控制开关单元112通断的信号。

通信子模块24可以用于提供通信功能，例如有线或无线通信功能，以将测试子模块22采集到的电压值以及对应的电阻值传输给处理模块6。例如，通信子模块24可以为RS485接口。

通过采用上述技术方案，就能够使得测控模块2提供变阻控制、电压测试、数据处理和远程通信等功能。

在一些实施例中，处理模块6可以用于：基于绝缘检测装置100和电解槽系列200构成的等效电路，根据电压值和对应的阻值确定电解槽系列200对地短路的漏点位置和相应的对地阻抗。

图5是根据本公开一种实施例的绝缘检测装置100和电解槽系列200构成的等效电路的示意图。该等效电路是以电解槽系列200存在一个漏点位置、且该漏点位置位于电解槽系列200的正半边为例进行说明的，但是本领域技术人员应当理解的是，图5所示的包含单个漏点位置的等效电路仅是示意，在实际使用中，电解槽系列200中也有可能存在多个漏点位置，存在多个漏点位置的等效电路与存在单个漏点位置的等效电路类似。在下面的描述中，均是以电解槽系列200中存在单个漏点位置为例进行描述的。

在图5中，在“正极-中点-负极”构成主回路的同时，由“漏点-地-中点”构成了一条旁路，并且定义：2V表示总电压；I_i表示第i次变阻下的总电流；R_zi表示第i次变阻下的中点对地电阻；V_zi表示第i次变阻下的中点对地电压；I_zi表示第i次变阻下的旁路电流；R_Y表示漏点对地电阻；V_Yi表示第i次变阻下的漏点对地的电压；R_X表示漏点到中点的等效电阻；V_Xi表示第i次变阻下的漏点到中点的电压；I_Xi表示第i次变阻下的漏点到中点的电流；R_L表示中点到正极的等效电阻；R_R表示中点到负极的等效电阻。

假设在一轮变阻测试期间总电压不变并且各个电解槽的电阻不变，则，根据图5所示的等效电路以及测控模块2采集到的电压值和电阻值，就能够计算得出该单个漏点对地的电阻(也即R_Y的值)以及该漏点到中点的等效电阻(也即R_X的值)。

需要说明的是，上述技术方案将测控模块2采集到的电压值和电阻值作为本发明特有的已知数据提供于处理模块6，这仅仅是为了强调重点和方便叙述，并不构成对本公开的限制，处理模块6在求解过程中完全可以利用由电解槽系列200的配套设备提供的其它已知数据(比如总电流等)。这里的总电流指的是从电解槽系列200正极母线与整流系统的汇接点到电解槽系列200负极母线与整流系统的汇接点的电流。总电流可以从电解槽系列200的整流系统中获得。

首先，处理模块6在接收到由测控模块2发来的电压值和电阻值后，对电压值进行判断。如果处理模块6接收到的所有电压值都为零，这说明电解槽系列200对地绝缘正常；如果处理模块6接收到的电压值中有部分电压值不为零，这说明电解槽系列200对地绝缘不正常。

在电解槽系列200对地绝缘不正常的情况下，由处理模块6求解得到该单个漏点的对地电阻和到中点的等效电阻。之后，根据单个漏点对地的电阻能够确定出该漏点是完全对地短路还是不完全对地短路。也即如果该单个漏点对地的电阻值为零，这说明该漏点是对地完全短路的，如果该单个漏点对地的电阻值不为零，这说明该漏点是对地不完全短路的。另外，可以假设各个电解槽的电阻值近似相等，则根据该漏点到中点的等效电阻值以及单个电解槽的电阻值，就能够确定出是第几个电解槽出现了漏点，也即能够确定出具体的漏点位置。

需要说明的是，上述的“电压值为零”、“对地电阻值为零”等指的是：在实际应用中，会分别设定一个限值，在一定的限值范围内即视为“0”，这是因为：一方面实际测试可能会有偏差，另一方面也允许有适当的范围。

另外，需要说明的是，上述技术方案是以单个漏点为例的，这仅仅是为了描述的方便，并不构成对本发明的限制，上述技术方法对于多个漏点同样适用。

所不同的是，多个漏点的情况需要在判断是否为完全短路之前执行判断是否为漏点的步骤，这是因为在实际求解之前并不知道存在几个漏点，为此可以先预设若干个漏点，再进行求解。判断是否为漏点的方法很简单，即判断每一个预设漏点是否不为高阻状态(也即其对地电阻是否小于一个设定限值)。

通过采用上述技术方案，就能够有效地确定电解槽系列的对地绝缘状况，有效地确定电解槽系列对地短路的具体漏点数量、漏点位置以及漏点位置的短路程度(比如是对地完全短路还是不完全短路)。

图6是根据本公开一种实施例的用于电解槽系列的绝缘检测方法的流程图。该方法应用于根据本公开实施例的绝缘检测装置100。

如图6所示，该绝缘检测方法包括以下步骤：

在步骤S61中，测控模块控制负载模块依次提供不同阻值的电阻；

在步骤S62中，测控模块采集不同阻值下负载模块两端的电压值，并将电压值和对应的阻值传输给处理模块；

在步骤S63中，处理模块根据电压值和对应的阻值确定电解槽系列对地短路的漏点位置和相应的对地阻抗。

通过采用上述技术方案，能够在电解槽系列运行时，实现对电解槽系列对地绝缘状况的自动检测，这是因为根据本公开的实施例能够控制电解槽系列的中点对地阻抗变化并测得相应的电压，利用这些阻值和电压值计算出各项漏点数据，包括漏点位置及其对地阻抗，因此，能够自动检测电解槽系列的对地绝缘状况，并能有效确定电解槽系列中多个异常对地短路的漏点位置和对地阻抗。

可选地，所述方法还包括：对所述绝缘检测装置进行过流保护和/或过压保护。

可选地，所述方法还包括：基于所述绝缘检测装置和所述电解槽系列构成的等效电路，根据所述电压值和对应的阻值确定所述电解槽系列对地短路的漏点位置和相应的对地阻抗。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (9)

1.一种用于电解槽系列(200)的绝缘检测装置(100)，其特征在于，包括负载模块(1)、测控模块(2)和处理模块(6)，其中：

所述负载模块(1)的A端(A)连接所述测控模块(2)的电压输入端(C)并连接到所述电解槽系列(200)的中点(4)，所述负载模块(1)的B端(B)连接所述测控模块(2)的地线(D)并连接到公共地(5)，所述测控模块(2)的控制信号输出端(E)连接所述负载模块(1)的受控端(F)；

所述负载模块(1)在所述测控模块(2)的所述控制信号输出端(E)输出的控制信号的控制下提供不同阻值的电阻；

所述测控模块(2)从所述电压输入端(C)采集所述负载模块(1)两端的电压值并将采集到的电压值和对应的阻值传输给所述处理模块(6)；

所述处理模块(6)根据所述电压值和对应的阻值确定所述电解槽系列(200)对地短路的漏点位置和相应的对地阻抗。

2.根据权利要求1所述的绝缘检测装置(100)，其特征在于，所述绝缘检测装置(100)还包括保护模块(3)，所述保护模块(3)串联于所述负载模块(1)的A端(A)和所述测控模块(2)的电压输入端(C)的连接点与所述电解槽系列(200)的中点(4)之间，用于为所述绝缘检测装置(100)提供过流保护和/或过压保护。

3.根据权利要求2所述的绝缘检测装置(100)，其特征在于，所述保护模块(3)为熔断器。

4.根据权利要求1或2所述的绝缘检测装置(100)，其特征在于，所述负载模块(1)包括并联于所述负载模块(1)的A端(A)和B端(B)之间的多条负载线路(11)，其中，每条所述负载线路(11)包括负载电阻(111)和与所述负载电阻(111)串联的开关单元(112)，各个所述负载电阻(111)的阻值互不相同，所述开关单元(112)在所述控制信号输出端(E)输出的所述控制信号的控制下进行通断。

5.根据权利要求4所述的绝缘检测装置(100)，其特征在于，所述开关单元(112)由继电器、MOS管和晶体管中的一者构成。

6.根据权利要求4所述的绝缘检测装置(100)，其特征在于，所述测控模块(2)包括控制子模块(21)、测试子模块(22)、通道子模块(23)和通信子模块(24)，其中：

所述控制子模块(21)连接所述测试子模块(22)、所述通道子模块(23)和所述通信子模块(24)，所述测试子模块(22)通过所述电压输入端(C)连接所述负载模块(1)的A端(A)，所述通道子模块(23)分别连接所述负载模块(1)中的各个所述开关单元(112)；

所述控制子模块(21)用于经由所述通道子模块(23)向所述负载模块(1)的各个所述开关单元(112)提供所述控制信号，将所述测试子模块(22)采集到的所述负载模块(1)两端的电压值和对应的阻值经由所述通信子模块(24)传输给所述处理模块(6)。

7.根据权利要求6所述的绝缘检测装置(100)，其特征在于，所述控制子模块(21)为单片机和PLC控制器中的一者。

8.根据权利要求6所述的绝缘检测装置(100)，其特征在于，所述测试子模块(22)为电压表。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的绝缘检测装置(100)，其特征在于，所述处理模块(6)用于：

基于所述绝缘检测装置(100)和所述电解槽系列(200)构成的等效电路，根据所述电压值和对应的阻值确定所述电解槽系列(200)对地短路的漏点位置和相应的对地阻抗。

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