专利名称：电解铝直流供电整流系统开路保护装置及控制方法
技术领域：
本发明涉及一种开路保护装置，尤其它可以根据检测到的电解铝生产系列的直流电流和直流电压的变化趋势，来判断电解系列各个电解槽的极距是否正常，当有发生极距异常增大时该套保护装置能够迅速切断直流供电系统的电解铝直流供电整流系统开路保护装置及控制方法。
背景技术：
电解铝生产系统是典型的大容量直流用电负荷，为其供电的直流供电装置通常为多机组并联构成的整流系统，每套整流装置中主要由调压整流变压器、硅整流柜、直流隔离开关、机组直流传感器、纯水冷却装置、二次保护系统等构成，电解铝生产系列是由多台机组并联构成的整流装置和多达上百台的电解槽串联构成的十分复杂的庞大系统，为了保证整个系统的正常生产，不仅要求供电整流装置要具有完善的控制、保护功能，还要求对多台电解槽串联组成的生产系列的电压、电流是否异常进行监视，特别是当由于漏槽或某种原因造成系列中某个电解槽的阳极和阴极的极距异常增大甚至断开，即通常所说的开路事故，此时如果不及时切断为其供电的电源，开路的电解槽将产生巨大的直流拉弧，将酿成重大的生产事故。因此，开路保护是电解铝生产系统中十分重要的环节也是监视保护的薄弱环节，实际设计时，由于，目前尚没有一个较完善的专用的开路保护装置，所以，经常忽略该项保护，或者只是利用计算机软件程序来判断电解系列电流和电压变化趋势来判断电解系列是否发生了开路故障，当认定电解系列发生开路时，通过计算机系统输出一个跳闸信号来切断电解槽系列的电源，此种办法不规范，也不十分可靠，因为日常难以维护管理。
发明内容
本发明为解决的技术问题而提供电解铝直流供电整流系统开路保护装置及控制方法，目的是用来检测电解铝直流生产系列由于某个电解槽漏槽或某种操作原因产生的阳极和阴极极距发生异常时系列电流和电压的变化趋势来确认开路故障，通过判断系列电流和电压的变化趋势及时的输出一个保护跳闸接点切断供电整流系统使电解槽生产系列断电，以解决目前没有专门的开路保护装置，只靠计算机软件来实现这一重要保护存在的不规范和难以维护管理的缺陷。
本发明是这样实现的电解铝直流供电整流系统开路保护装置，由下述结构构成中间继电器，将可越限输出的数字式直流电流表和可越限输出的数字式直流电压表的继电器输出的动作信号输送到整流变压器高压侧断路器跳闸线圈；可越限输出的数字式直流电流表，用于从系列直流电流传感器传送的电流信号或电压信号中测量电解系列直流电流信号并在其数值超越设定的下限时输出信号；可越限输出的数字式直流电压表，用于测量电解系列直流电压信号并在其数值超越设定的上限时输出信号；系列直流电流传感器，将母线上的电流信号转换成电流信号或电压信号。
所述的中间继电器输出的常开触点分别向各个整流变压器高压侧断路器跳闸线圈传送信号。
所述的可越限输出的数字式直流电流表和可越限输出的数字式直流电压表的继电器动作输出的常开触点串联后向中间继电器传送信号。
所述系列直流电流传感器的输出信号为4-20mA电流信号或0-1V的电压信号。
所述的可越限输出的数字式直流电压表的直流电压信号从整流装置出口的正、负极进行检测。
所述的可越限输出的数字式直流电压表与整流装置出口的正、负极之间设有隔离变送器。
所述的隔离变送器将整流装置出口的正、负极之间检测到的高直流电压信号转换成4-20mA电流信号或0-1V的电压信号。
所述的可越限输出的数字式直流电流表由电流继电器代替。
所述的电流继电器与系列直流电流传感器之间设有电解系列直流电流信号线。
所述的可越限输出的数字式直流电压表由电压继电器代替。
所述的电压继电器与隔离变送器之间设有电解系列直流电压信号线。
电解铝直流供电整流系统开路保护装置的控制方法，包括下述步骤a、对可越限输出的数字式直流电流表和可越限输出的数字式直流电压表的上下限进行整定；b、可越限输出的数字式直流电流表和可越限输出的数字式直流电压表分别从系列直流电流传感器检测到的系列信号和从整流装置出口的正、负极之间检测到的系列信号；c、对可越限输出的数字式直流电流表下限整定值和可越限输出的数字式直流电压表上限整定值分别与实测系列直流电流值和实测系列直流电压值进行比较；d、实测系列直流电流值和实测系列直流电压值均不在其整定值范围内时，可越限输出的数字式直流电流表和可越限输出的数字式直流电压表的继电器均输出动作信号；e、由中间继电器输出跳闸信号，使整流变压器高压侧断路器跳闸线圈通电后整流变压器高压侧断路器进行跳闸；f、实测系列直流电流值和实测系列直流电压值有一个在其整定值范围内时，可越限输出的数字式直流电流表和可越限输出的数字式直流电压表不输出动作信号，直流供电整流系统继续工作。
所述步骤b中的系列直流电流传感器的输出信号为4-20mA电流信号或0-1V的电压信号。
所述步骤b中的可越限输出的数字式直流电压表从隔离变送器检测4-20mA电流信号或0-1V的电压信号。
所述可越限输出的数字式直流电流表由电流继电器代替。
所述可越限输出的数字式直流电压表由电压继电器代替。
所述的整定值为可越限输出的数字式直流电流表下限整定值为系列额定直流电流值的0.55-0.7倍，可越限输出的数字式直流电压表上限整定值为系列无效应运行直流电压值的1.15-1.25倍。
本发明的优点和效果如下本发明直接检测电解铝直流生产系列直流电压和系列直流电流并直接设置整定值，通过输出无源接点进行切断工作的整流系统的保护装置来实现电解铝直流生产系统开路保护，与计算机软件实现的电解铝直流生产系统开路保护相比，具有动作速度快、可靠性高、易于维护管理的优点。在多台并联的整流机组构成的整流装置内设置一个能够同时动态检测电解直流系列的直流电压和直流电流变化的装置，该装置能够根据事先设定的直流电压和直流电流异常变化值输出一个无源跳闸接点，同时作用于所有并联运行的整流机组，以实现迅速使电解槽生产系列断电，保证不会由于某个电解槽漏槽或某种操作原因产生的阳极和阴极极距发生异常时可能发生开路故障。
图1是本发明的结构框图。
图2是本发明的实施例2的结构框图。
图3是本发明的控制流程图。
图中1、开路保护装置；2、中间继电器；3、可越限输出的数字式直流电流表；4、可越限输出的数字式直流电压表；5、隔离变送器；6、整流变压器高压侧断路器；7、整流变压器高压侧断路器跳闸线圈；8、系列直流电流传感器；9、电解系列直流母线；10、电解槽；11、整流装置；12、系列直流电流信号输入；13、系列直流电压信号输入；14、整流变压器高压侧断路器跳闸信号输出；15、电解系列直流电流信号线；16、电解系列直流电压信号线；17、电流继电器；18、电压继电器。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1参照图1所示电解铝直流供电整流系统开路保护装置1，由下述结构构成中间继电器2，将可越限输出的数字式直流电流表3和可越限输出的数字式直流电压表4的继电器输出的动作信号输送到整流变压器高压侧断路器跳闸线圈7；可越限输出的数字式直流电流表3，用于从系列直流电流传感器8传送的电流信号或电压信号中测量电解系列直流电流信号并在其数值超越设定的上下限时输出信号；可越限输出的数字式直流电压表4，用于测量电解系列直流电压信号并在其数值超越设定的上下限时输出信号；系列直流电流传感器8，将母线9上的电流信号转换成电流信号或电压信号。可越限输出的数字式直流电流表3和可越限输出的数字式直流电压表4是可以读出电流值和电压值。
所述的中间继电器2输出的常开触点分别向各个整流变压器高压侧断路器跳闸线圈7传送信号。
所述的可越限输出的数字式直流电流表3和可越限输出的数字式直流电压表4的继电器动作输出的常开触点串联后向中间继电器2传送信号。
所述系列直流电流传感器8的输出信号为4-20mA电流信号或0-1V的电压信号。
所述的可越限输出的数字式直流电压表4的直流电压信号从整流装置11出口的正、负极进行检测。
所述的可越限输出的数字式直流电压表4与整流装置11出口的正、负极之间设有隔离变送器5。
所述的隔离变送器5将整流装置11出口的正、负极之间检测到的高直流电压信号转换成4-20mA电流信号或0-1V的电压信号。
整流变压器高压侧断路器跳闸线圈7直接作用于整流变压器高压侧断路器6跳闸。
系列直流电流传感器8安装在整流装置11的正极出口处的电解系列直流母线9上，用于测量系列直流电流。
整流装置11的正、负极出口与电解系列直流母线9连接，电解系列直流母线9与所有电解槽10串成环状回路，整流装置11与整流变压器高压侧断路器6连接。
下面参照图3对本发明的开路保护装置的控制方法进行说明。
电解铝直流供电整流系统开路保护装置的控制方法，包括下述步骤a、对可越限输出的数字式直流电流表和可越限输出的数字式直流电压表的上下限进行整定；b、可越限输出的数字式直流电流表和可越限输出的数字式直流电压表分别从系列直流电流传感器检测到的系列信号和从整流装置出口的正、负极之间检测到的系列信号；c、对可越限输出的数字式直流电流表下限整定值和可越限输出的数字式直流电压表上限整定值分别与实测系列直流电流值和实测系列直流电压值进行比较；d、实测系列直流电流值和实测系列直流电压值均不在其整定值范围内时，可越限输出的数字式直流电流表和可越限输出数字式直流电压表的继电器均输出动作信号；e、由中间继电器输出跳闸信号，使整流变压器高压侧断路器跳闸线圈通电后整流变压器高压侧断路器进行跳闸；f、实测系列直流电流值和实测系列直流电压值有一个在其整定值范围内时，可越限输出的数字式直流电流表和可越限输出的数字式直流电压表不输出动作信号，直流供电整流系统继续工作。
所述步骤b中的系列直流电流传感器的输出信号为4-20mA电流信号或0-1V的电压信号。
所述步骤b中的可越限输出的数字式直流电压表从隔离变送器检测4-20mA电流信号或0-1V的电压信号。
所述的整定值为可越限输出的数字式直流电流表下限整定值为系列额定直流电流值的0.55-0.7倍，可越限输出的数字式直流电压表上限整定值为系列无效应运行直流电压值的1.15-1.25倍。
实施例2
实施例1中的可越限输出的数字式直流电流表由电流继电器17代替，可越限输出的数字式直流电压表由电压继电器18代替。在电流继电器17与系列直流电流传感器8之间设有电解系列直流电流信号线15，电压继电器18与隔离变送器5之间设有电解系列直流电压信号线18。其它同实施例1。
本发明的工作原理根据直流电流测量和直流电压测量原理，在开路保护装置内分别设置能够人为设定整定值并输出动作接点的数字式直流电流表和电压表，将电解槽生产系列的直流电压和直流电流信号作为被检测信号输入开路保护装置，直流电流信号取自系列直流电流传感器检测到的二次4～20mA信号或0～1V的电压信号，直流电压信号取自供电整流装置的出口正、负极电压，由于电解系列直流电压均较高，为了二次检测回路的安全在装置内设置隔离变送器，将高电压信号转换成4～20mA信号或0～1V的电压信号。由于装置内设置了直流电流测量和直流电压测量环节，当检测到系列直流电压较正常无效应运行电压突然升高10～15％同时系列直流电流较正常运行突然降低30～45％，此时判定为电解系列中某个电解槽漏槽或某种操作原因使阳极和阴极极距发生了异常，为了防止发生开路故障，此时保护装置输出无源开关量接点，切断为电解直流生产系列供电的整流系统电源，已达到防止由于电解系列中某个电解槽漏槽或某种操作原因使阳极和阴极极距发生异常而导致开路故障的发生。
权利要求
1.电解铝直流供电整流系统开路保护装置，其特征在于由下述结构构成中间继电器，将可越限输出的数字式直流电流表和可越限输出的数字式直流电压表的继电器输出的动作信号输送到整流变压器高压侧断路器跳闸线圈；可越限输出的数字式直流电流表，用于从系列直流电流传感器传送的电流信号或电压信号中测量电解系列直流电流信号并在其数值超越设定的上下限时输出信号；可越限输出的数字式直流电压表，用于测量电解系列直流电压信号并在其数值超越设定的上下限时输出信号；系列直流电流传感器，将母线上的电流信号转换成电流信号或电压信号。
2.根据权利要求1所述的电解铝直流供电整流系统开路保护装置，其特征在于所述的中间继电器输出的常开触点分别向各个整流变压器高压侧断路器跳闸线圈传送信号。
3.根据权利要求1所述的电解铝直流供电整流系统开路保护装置，其特征在于所述的可越限输出的数字式直流电流表和可越限输出的数字式直流电压表的继电器动作输出的常开触点串联后向中间继电器传送信号。
4.根据权利要求1所述的电解铝直流供电整流系统开路保护装置，其特征在于所述系列直流电流传感器的输出信号为4-20mA电流信号或0-1V的电压信号。
5.根据权利要求1所述的电解铝直流供电整流系统开路保护装置，其特征在于所述的可越限输出的数字式直流电压表的直流电压信号从整流装置出口的正、负极进行检测。
6.根据权利要求5所述的电解铝直流供电整流系统开路保护装置，其特征在于所述的可越限输出的数字式直流电压表与整流装置出口的正、负极之间设有隔离变送器。
7.根据权利要求6所述的电解铝直流供电整流系统开路保护装置，其特征在于所述的隔离变送器将整流装置出口的正、负极之间检测到的高直流电压信号转换成4-20mA电流信号或0-1V的电压信号。
8.根据权利要求1或3所述的电解铝直流供电整流系统开路保护装置，其特征在于所述的可越限输出的数字式直流电流表是电流继电器。
9.根据权利要求8所述的电解铝直流供电整流系统开路保护装置，其特征在于所述的电流继电器与系列直流电流传感器之间设有电解系列直流电流信号线。
10.根据权利要求1、5或6所述的电解铝直流供电整流系统开路保护装置，其特征在于所述的可越限输出的数字式直流电压表为电压继电器。
11.根据权利要求10所述的电电解铝直流供电整流系统开路保护装置，其特征在于所述的电压继电器与隔离变送器之间设有电解系列直流电压信号线。
12.电解铝直流供电整流系统开路保护装置的控制方法，其特征在于包括下述步骤a、对可越限输出的数字式直流电流表和可越限输出的数字式直流电压表的上下限进行整定；b、可越限输出的数字式直流电流表和可越限输出的数字式直流电压表分别从系列直流电流传感器检测到的系列信号和从整流装置出口的正、负极之间检测到的系列信号；c、对可越限输出的数字式直流电流表下限整定值和可越限输出的数字式直流电压表上限整定值分别与实测系列直流电流值和实测系列直流电压值进行比较；d、实测系列直流电流值和实测系列直流电压值均不在其整定值范围内时，可越限输出的数字式直流电流表和可越限输出的数字式直流电压表的继电器均输出动作信号；e、由中间继电器输出跳闸信号，使整流变压器高压侧断路器跳闸线圈通电后整流变压器高压侧断路器进行跳闸；f、实测系列直流电流值和实测系列直流电压值有一个在其整定值范围内时，可越限输出的数字式直流电流表和可越限输出的数字式直流电压表不输出动作信号，直流供电整流系统继续工作。
13.根据权利要求12所述的电解铝直流供电整流系统开路保护装置的控制方法，其特征在于所述步骤b中的系列直流电流传感器的输出信号为4-20mA电流信号或0-1V的电压信号。
14.根据权利要求12所述的电解铝直流供电整流系统开路保护装置的控制方法，其特征在于所述步骤b中的可越限输出的数字式直流电压表从隔离变送器检测4-20mA电流信号或0-1V的电压信号。
15.根据权利要求12所述的电解铝直流供电整流系统开路保护装置的控制方法，其特征在于所述可越限输出的数字式直流电流表由电流继电器代替。
16.根据权利要求12所述的电解铝直流供电整流系统开路保护装置的控制方法，其特征在于所述可越限输出的数字式直流电压表由电压继电器代替。
17.根据权利要求12所述的电解铝直流供电整流系统开路保护装置的控制方法，其特征在于所述的整定值为可越限输出的数字式直流电流表下限整定值为系列额定直流电流值的0.55-0.7倍，可越限输出的数字式直流电压表上限整定值为系列无效应运行直流电压值的1.15-1.25倍。
全文摘要
本发明公开了一种开路保护装置，尤其是电解铝直流供电整流系统开路保护装置及控制方法。它是由中间继电器、可越限输出的数字式直流电流表、可越限输出的数字式直流电压表、系列直流电流传感器构成。本发明直接检测电解铝直流生产系列直流电压和系列直流电流并直接设置整定值，通过输出无源接点进行切断工作的整流系统的保护装置来实现电解铝直流生产系统开路保护，与计算机软件实现的电解铝直流生产系统开路保护相比，具有动作速度快、可靠性高、易于维护管理的优点。
文档编号C25C3/16GK1995466SQ20061013477
公开日2007年7月11日 申请日期2006年12月14日 优先权日2006年12月14日
发明者袁进禹, 蒋小铭 申请人:沈阳铝镁设计研究院