一种电解极板短路预警检测方法、装置及电解系统与流程

本发明涉及电解时阴极板间短路、开路自动监测报警电子技术领域，具体涉及一种电解极板短路预警检测方法、装置及电解系统。

背景技术：

我国是世界有色金属冶炼大国，同时也是基本金属的生产大国，据中国有色金属工业协会副会长贾明星在今年元月29日举办的新闻发布会上介绍，2020年我国十种有色金属产量首次突破6000万吨，达到6168.0万吨。然而，基本金属冶炼耗电量巨大，其中电解生产工艺的耗电占比最大，例如根据相关统计资料显示，锌电解生产需要消耗电能3000度/吨，其耗电量占锌生产总用电量的70～80％，电解电耗包括直流电耗和交流电耗，而直流电耗占电解电耗的90％。在上述耗能中，电解时阴极和阳极短路造成的不必要的能源损耗达5％-10％。

现有电解系统的结构原理如图1所示。产生电解时阴极和阳极短路的原因是，电解时可能产生因极板导电棒未放置好，或金属在析出过程中，某个凸起位置电解金属析出速度较快，阴极板上会长出粒子(即结瘤)，结瘤过长，与阳极板接触，从而引起了阴阳极板短路，电解极板短路将会使极板间的电流急剧增加，并影响其他电解极板的电解电流，导致电解效率降低、能耗增大，成本增加，同时也会影响冶炼金属的纯度，当然，如果出现开路问题，电解不能正常进行，也将影响生产。因此，怎么检测到阴阳极板短路开路，并及时排除，以降低能耗和确保正常生产，成为金属冶炼企业急需攻克的技术难题，如能实现监测控制智能化，将为我国采用电解生产工艺的厂商，每年节约几百亿度电能。

目前，以有色金属冶炼为例，国内在有色金属电解过程中，极板的状态检测采用人工巡回、手工检测的方式，操作工人必须通过手摸眼看，结合工作经验来判断是否有短路或开路状况，然后逐一排除，因此，检测除障速度慢、准确率低，而且工人劳动强度大，加之电解液的腐蚀性、毒害性对工人造成人体伤害，存在很大的健康隐患。

申请号为201020198990.1的中国专利文献公开了一种短路识别器，该实用新型涉及一种用于金属电解冶炼、电解电镀等电解工艺中使用的电解短路识别器。其技术方案是：电阻、干簧管和报警铃(或/和报警灯)用导线串联后接入电池(组)的两极形成短路识别电路系统，然后将整个电路系统安装于带有手柄的绝缘盒内，通过测量短路产生的强大电流，进而报警。在几万吨或者几十万吨产量的大型企业的电解车间，该电解短路识别器的结构复杂，需要在每个极板之间配套的识别器，数量巨大，且安装极其困难，在实际生产中难以推广应用。

申请号为202010402480.x的中国专利文献公开了一种有色金属电解精炼中电解板短路开路自动巡查、处理系统，该技术方案已在内蒙古冶炼企业应用，其设计思想是，用智能检测机车巡查替代人工，从而提高效率和保护工人的健康。然而，该系统造价昂贵，以巡查温度变化为检测手段，因短路故障发生后产生的升温，有一定的滞后，导致巡查速度慢，不能及时发现短路故障，另外，该技术方案还检测极板之间的电流，该方法检测电路很复杂，在大型生产企业的电解车间，极板数量庞大，每个极板巡回检测需要很长时间，同样存在检测速度慢的问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题为：针对现有技术的上述问题，提供一种电解极板短路预警检测方法、装置及电解系统，本发明通过将阴、阳极之间电压小于预设短路预警电压作为预设短路预警条件来判断电解槽的阴、阳极之间是否可能即将发生短路，相对传统基于电流和温度检测的方式而言，更加简单和快捷有效，检测速度更快，具有结构简单，反应速度快，易于实现的优点。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种电解极板短路预警检测方法，包括：

1)采集目标电解槽的阴、阳极之间电压；

2)若阴、阳极之间电压满足预设短路预警条件，则输出目标电解槽短路预警信号，所述预设短路预警条件是指阴、阳极之间电压小于预设短路预警电压，所述预设短路预警电压小于的目标电解槽的阴、阳极之间额定工作电压。

可选地，步骤2)中还包括：若阴、阳极之间电压满足预设断路判断条件，则判定目标电解槽的一组或多组阴、阳极之间发生断路，所述预设断路判断条件是指阴、阳极之间电压大于预设断路参考电压，所述预设断路参考电压大于的目标电解槽的阴、阳极之间额定工作电压。

可选地，步骤2)中输出目标电解槽短路预警信号之后还包括诊断目标电解槽中短路预警阴阳极板位置的步骤：首先全部断开目标电解槽的所有受控开关，然后再依次闭合目标电解槽的各个受控开关并保持其余的受控开关断开，所述受控开关对应至少一对阴、阳极板且串接在对应的阴、阳极板的回路上，若找到闭合某一个受控开关使得对应的阴、阳极之间电压仍然满足预设短路预警条件，则判定该受控开关对应的阴、阳极板的位置为短路预警位置。

可选地，所述依次闭合目标电解槽的各受控开关并保持其余的受控开关断开是指：

s1)将所有的受控开关构成初始的候选受控开关集合；

s2)将候选受控开关集合中的受控开关划分为两组，分别针对每一组受控开关闭合该组受控开关、保持另一组受控开关端口，若该组受控开关闭合时其对应的阴、阳极之间电压不满足预设短路预警条件，则将该组受控开关从候选受控开关集合中剔除，且在两组受控开关处理完毕后跳转执行步骤s2)；若最终都没有找到某一组受控开关闭合时其对应的阴、阳极之间电压不满足预设短路预警条件，则跳转执行下一步；

s3)遍历候选受控开关集合中的各个受控开关，且针对每一个遍历得到的当前受控开关，控制当前受控开关闭合、其余受控开关断开，若当前受控开关对应的阴、阳极之间电压满足预设短路预警条件，则判定当前受控开关对应的阴、阳极板的位置为预警位置。

可选地，所述诊断目标电解槽中短路预警阴阳极板位置之后，还包括将发生短路的阴阳极板对应的受控开关全部断开、未发生短路的阴阳极板对应的受控开关全部闭合，以使得目标电解槽继续保持可用的步骤。

可选地，步骤s2)中将候选受控开关集合中的受控开关划分为两组时，两组受控开关的数量相等或相差1。

此外，本发明还提供一种电解极板短路预警检测装置，包括主控单元以及与电解槽一一对应的检测单元，所述检测单元包括用于检测对应电解槽的阴、阳极之间电压的电压检测组件以及至少一个受控开关，所述受控开关对应至少一对阴、阳极板且串接在阴、阳极板的回路上，所述电压检测组件的输出端与控制单元相连，所述受控开关的控制端与控制单元相连，所述控制单元被编程或配置以执行所述电解极板短路预警检测方法的步骤，所述主控单元连接有用于输出目标电解槽短路预警信号的预警信号输出模块，所述预警信号输出模块为报警设备、或存储设备、或网络通信模块。

此外，本发明还提供一种电解系统，包括电源组件和多个电解槽，且所述多个电解槽串联连接后与电源组件首尾相连形成回路，还包括所述的电解极板短路预警检测装置。

此外，本发明还提供一种电解极板短路预警检测装置，包括相互连接的微处理器和存储器，该微处理器被编程或配置以执行所述电解极板短路预警检测方法的步骤。

此外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行所述电解极板短路预警检测方法的计算机程序。

和现有技术相比，本发明具有下述优点：本发明电解极板短路预警检测方法包括：采集目标电解槽的阴、阳极之间电压；若阴、阳极之间电压满足预设短路预警条件，则输出目标电解槽短路预警信号，所述预设短路预警条件是指阴、阳极之间电压小于预设短路预警电压。本发明通过将阴、阳极之间电压小于预设短路预警电压作为预设短路预警条件来判断电解槽的阴、阳极之间是否可能即将发生短路，相对传统基于电流和温度检测的方式而言，更加简单和快捷有效，检测速度更快，具有结构简单，反应速度快，易于实现的优点。

附图说明

图1为现有电解系统的结构原理示意图。

图2为本发明实施例检测方法的基本流程示意图。

图3为本发明实施例电解系统的结构原理示意图。

具体实施方式

如图2所示，本实施例电解极板短路预警检测方法包括：

1)采集目标电解槽的阴、阳极之间电压；

2)若阴、阳极之间电压满足预设短路预警条件，则输出目标电解槽短路预警信号，所述预设短路预警条件是指阴、阳极之间电压小于预设短路预警电压，所述预设短路预警电压小于的目标电解槽的阴、阳极之间额定工作电压。

输出目标电解槽短路预警信号，则表示目标电解槽的一对或多对阴、阳极板之间的结瘤程度已经达到短路预警状态。输出目标电解槽短路预警信号可以根据需要选择所需的形式，包括图像、视频、光、电等信号，以便通知相关工作人员排除故障。

需要说明的是，预设短路预警电压和阴、阳极之间的电解结瘤高度有关，可根据需要选择所需的取值。此外，在多个电解槽串联的情况下，短路的电压会分摊到剩余正常的电解槽上，但是电解槽的阴、阳极之间额定工作电压较小(例如电解锌的电解槽的阴、阳极之间额定工作电压为3v)，而且电解槽的数量比较多，因此并不会导致剩余电解槽的工作电压形成较大变化，因此可以采用固定的预设短路预警电压作为判断基准，例如2v等。

作为一种可选的实施方式，本实施例还可实现目标电解槽的断路检测。步骤2)中还包括：若阴、阳极之间电压满足预设断路判断条件，则判定目标电解槽的一组或多组阴、阳极之间发生断路，所述预设断路判断条件是指阴、阳极之间电压大于预设断路参考电压，所述预设断路参考电压大于的目标电解槽的阴、阳极之间额定工作电压。由于发生短路的情况下，会导致串联的电解槽失效，因此需要工人紧急处理。本实施例中，判定目标电解槽的一组或多组阴、阳极之间发生断路后还包括发出报警通知人工处理。

电解时，电解质中的离子在外加直流电压的作用下，阳离子向阴极移动,在阴极得到电子,被还原，阴离子向阳极移动，在阳极失去电子，被氧化。而从电学的视角来看，这只是电流流过电解槽中存在内阻的阴阳极板的过程，也就是说，一个电解槽的几十块极板可以看作多个电阻并联。电解工作过程中，可能会产生因极板导电棒未放置好，或金属在析出过程中，某个凸起位置电解金属析出速度较快，阴极板上会长出粒子(即结瘤)，结瘤过长，与阳极板接触，这时可以看作内阻被一根导线接通，从而引起了阴阳极板短路。根据以上论述，为了解决探测阴阳极板短路的问题，必须找到几十个或者几百个电解槽中发生短路的阴阳极板的具体位置，而每个电解槽又有几十个阴阳极板，给故障定位带来了很大的困难。为了解决上述技术问题，本实施例步骤2)中输出目标电解槽短路预警信号之后还包括诊断目标电解槽中短路预警阴阳极板位置的步骤：首先全部断开目标电解槽的所有受控开关，然后再依次闭合目标电解槽的各个受控开关并保持其余的受控开关断开，所述受控开关对应至少一对阴、阳极板且串接在对应的阴、阳极板的回路上，若找到闭合某一个受控开关使得对应的阴、阳极之间电压仍然满足预设短路预警条件，则判定该受控开关对应的阴、阳极板的位置为短路预警位置。作为一种可选的实施方式，本实施例中受控开关为电控开关，改变了可过去阴极或阳极直接搁在导电铜排的做法，在阴极或阳极与导电铜排之间增加电控开关，并在每个电解槽中任意阴极和阳极之间增设电压检测组件，当某个电解槽出现阴阳极短路时，该电解槽的电压检测组件检测到的阴、阳极之间电压小于预设短路预警电压，此时可判断该槽有一对或多对极板短路。将该电解槽的电控开关全部断开，并逐一闭合并保持其余的受控开关断开进行测试，当闭合某个极板并保持其余的受控开关断开时，电压检测组件监测到的电压满足预设短路预警条件，则可判断该受控开关对应的阴、阳极板的位置为预警位置，如果出现多次电压满足预设短路预警条件，则该槽有多个预警位置。考虑到每个电解槽有几十个阴、阳极板，依次闭合目标电解槽的各个受控开关会存在效率不高、耗时长的问题，为了提高诊断目标电解槽中短路预警阴阳极板位置的效率，本实施例中依次闭合目标电解槽的各受控开关并保持其余的受控开关断开是指：

s1)将所有的受控开关构成初始的候选受控开关集合；

s2)将候选受控开关集合中的受控开关划分为两组，分别针对每一组受控开关闭合该组受控开关、保持另一组受控开关端口，若该组受控开关闭合时其对应的阴、阳极之间电压不满足预设短路预警条件，则将该组受控开关从候选受控开关集合中剔除，且在两组受控开关处理完毕后跳转执行步骤s2)；若最终都没有找到某一组受控开关闭合时其对应的阴、阳极之间电压不满足预设短路预警条件，则跳转执行下一步；

s3)遍历候选受控开关集合中的各个受控开关，且针对每一个遍历得到的当前受控开关，控制当前受控开关闭合、其余受控开关断开，若当前受控开关对应的阴、阳极之间电压满足预设短路预警条件，则判定当前受控开关对应的阴、阳极板的位置为预警位置。

作为一种优选的实施方式，步骤s2)中将候选受控开关集合中的受控开关划分为两组具体是指平均划分为两组，此外也可以根据需要选择其他划分方式。因此，步骤s2)中将候选受控开关集合中的受控开关划分为两组时，两组受控开关的数量相等(候选受控开关集合为偶数的情况)或相差1(候选受控开关集合为奇数的情况)。

本实施例中，诊断目标电解槽中短路预警阴阳极板位置之后，还包括将发生短路的阴阳极板对应的受控开关全部断开、未发生短路的阴阳极板对应的受控开关全部闭合，以使得目标电解槽继续保持可用的步骤，从而不会出现一个极板短路，导致整个电解槽不能正常工作的现象发生。

此外，参见图3，本实施例还提供一种电解极板短路预警检测装置，包括主控单元以及与电解槽一一对应的检测单元，所述检测单元包括用于检测对应电解槽的阴、阳极之间电压的电压检测组件(图3中以v表示)以及至少一个受控开关(图3中以k表示)，所述受控开关对应至少一对阴、阳极板且串接在阴、阳极板的回路上，所述电压检测组件的输出端与控制单元相连，所述受控开关的控制端与控制单元相连，所述控制单元被编程或配置以执行所前述电解极板短路预警检测方法的步骤，所述主控单元连接有用于输出目标电解槽短路预警信号的预警信号输出模块，所述预警信号输出模块为报警设备、或存储设备、或网络通信模块，从而可实现直接输出预警信号，存储报警记录，或者将预警信号通过网络输出给指定的网络设备或云端服务器。

需要说明的是，本实施例中是以金属冶炼的所有电解生产工艺为例进行说明。毫无疑问，本实施例电解极板短路预警检测方法可用于不限于金属冶炼的所有电解生产工艺中，可为相关厂商每年节约大量能耗、降低生产成本，确保工人的身体健康，有极佳的经济和社会效益。

此外，本实施例还提供一种电解系统，包括电源组件和多个电解槽，且所述多个电解槽串联连接后与电源组件首尾相连形成回路，还包括前述的电解极板短路预警检测装置。

此外，本实施例还提供一种电解极板短路预警检测装置，包括相互连接的微处理器和存储器，该微处理器被编程或配置以执行前述电解极板短路预警检测方法的步骤。

此外，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行前述电解极板短路预警检测方法的计算机程序。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。