电解槽漏电检测及计算

湖北安陆广安铝业电解槽漏电检测及评价一、绝缘破损及漏电的形式:电解槽漏电的主要危害包括：造成电能损失，漏电会致电流效率下降，据资料报道，漏电可使电流效率下降20%左右；造成结构建筑物的电化学腐蚀，广安铝业电解槽钢筋混凝土支撑梁曾因漏电而烧红，立柱也因电化学腐蚀而遭受不同程度的破坏；影响安全生产，且漏电会对人身安全已构成严重威胁。因此必须采取必要的措施，解决电解槽漏电问题。电解槽绝缘破损是导致漏电的根本原因。就侧插自焙槽而言，其绝缘部位及所用材料情况见表一。表一：侧插自焙槽绝缘部位及所用材料表序号部位材料1槽壳与立柱石棉水泥板和石棉板2槽壳与卷帘石棉橡胶板3立柱与平台酚醛板4滑轮与阳极框架酚醛板5临时吊挂与平台酚醛板6阳极母线与立柱石棉橡胶板7阳极母线吊夹与平台酚醛板8料闸与把手酚醛板9敞口盖与排烟管道橡胶管或酚醛管10扶手梯与立柱酚醛板11地沟盖板与地坪沥青砖12槽壳与支撑梁辉绿岩石、石棉橡胶板13阴极母线与支撑梁辉绿岩石、石棉橡胶板14立柱母线与地沟盖板留空隙或用木条15地坪沥青碎石和沥青砂浆16相邻槽间地沟盖板木条17槽壳与阳极棒石棉水玻璃上述绝缘部位某一个或几个环节出现问题就会导致绝缘破损。铝电解的工作电流是指：阳极电解质阴极这部分电流，其他的电流都会造成电流损失，形成漏电。铝电解槽漏电形式大体可分三种，见表2。表2：电解槽漏电形式类别电流走向槽内漏电阳极 电解质 槽壳 阴极棒槽间漏电1）A槽壳地沟盖板 B槽壳2）A平台烟道B平台对地漏电1）槽壳地沟盖板大地2）槽壳支撑梁大地3）立柱母线地沟盖板 大地4）阴极母线 支撑梁大地5）平台烟道 大地2 漏电原因从根本上说，漏电是由于绝缘破损所致。大体上可分为下列几种情况。材质问题：所选用的材料绝缘性能不符合要求。安装问题：在制作过程中，绝缘材料大小，长短尺寸不合理或装配不当。操作方面：由于漏炉，特别是有铝液漏出，使槽壳与支撑梁及大地间或阴极母线与支撑梁及大地间形成电流通路，或由于加工方法不当，造成电解槽侧部空，电解质直接接触槽壳等。潮湿：由于停槽泡水或淋雨等造成绝缘部位潮湿而漏电。环境因素：由于阳极作业中产生的铁屑等在强磁场的环境中不易被清理干净，当由铁屑的尘埃存在于绝缘部位时，绝缘破坏。电解环境中炭粒亦有类似作用。机械因素：如阴极大母线与支撑梁及槽壳与支撑梁间的辉绿岩长期承重破碎，导电物质（如铝屑、铁屑、炭粒）进入致使绝缘破损。电解槽加强绝缘的主要措施包括：大修槽各部位必须施以合格的绝缘，大修时要严格把关，确保绝缘。两槽间连接母线沟盖板间必须铺设方木。地沟盖板与支撑砖之间要有可靠的绝缘。厂房内所有的钢筋混凝土结构的钢筋保护层不应小于30mm，地坪铺以沥青沙浆予以绝缘。压缩空气管道和真空管道每隔一定距离安装一道绝缘。厂房内严禁铺设上下水道，停槽泡水一定要有专人看管。搞好现场整洁，及时清理导电杂物。天车连接绝缘不少于三级，每级绝缘不少于1.5兆欧。二、系统对地漏电检测的方法及理论推导1.电解槽的供电方式及漏电等效电路（1）电解槽的供电系统是一个不接地的“悬浮”系统K+3 k+2 k+1U n n-1 n-2k-2 k-1 k+U+ 1 2 3 理论上，电解槽供电系统的零电位点在其几何中心。（2）电解槽漏电等效电路：k+3 k+2 k+1 Rk+1Rk+2Rk+3Rn-2Rn-1RnU- n n-1 n-2RkRk-1Rk-2R3R2R1k-2 k-1 k+ U+ 1 2 3此时，零电位点将发生漂移，不再位于系统的几何中心。假设电解供电系统的零电位点在第K台槽的出线端，则有： 其中 这样通过测量供电系统进、出线端的对地电位，就可以求得零电位点的位置。同时，由于系统流出电流与流入电流相等，则有： （A式）2.等效漏电电导G的求解首先，我们在供电系统的进线端或出线端，外加一个接地电阻，此电阻阻值已知，并测得此接地电路的电压，电流则该电路可等效地看作：（以进线端接地为例）k-1 k+1n n-1 n-2Rk+1Rk+2Rn-2Rn-1RnRkRm-1kRmRm-1R3R2R1R0m-1 m m+11 2 3I0U+此时，零点再次漂移，设其位置在第m台槽出线端，则有：此式又可写为： （B式）其中，为外接对地电阻前后的电压变化值。A式B式，得：令：则有：此处G为各槽对地电阻的导数之和。因此G就是整个系列的等效漏电电导，由于I0和可测，因而就可对整个系列电解槽的漏电情况进行定性的评价。3.电解槽之间漏电的检测及计算方法电解槽之间漏电的电路可等效地看作如下电路：R2RmR1此处由于电解槽的电流很大、内阻很小，可等效地看作一个电池（电源），R1、R2分别为电解槽内到槽壳的电阻，Rm为两槽间的漏电电阻。测量在两槽间外接一个已知阻值的电阻R0，测量连接带内阻前后的电压，则有：R2RmR1R0 1 2其中：两槽壳间的开路电压外接电阻后两槽壳间电压槽电压将R1+R2看作一个整体，定义为R，则上述式子中只有R和Rm为未知，其余各项已知，方程可解。三.测试结果及评价在广安铝业期间，我们对电解槽漏电情况进行了大量的测试工作。其中重点对系统对地漏电进行了全面测试，并对电解槽之间的漏电情况及槽内漏电情况进行了随机抽查。取得了大量的测试数据，为电解槽漏电情况的评价，得出了第一手的资料。现将测试及评价结果罗列如下：1.系统对地漏电检测及评价电解供电系统进线端对地电位：U+：494V；495V；495V； 平均值+：494.7V电解供电系统出线端对地电位：U-：-86.6V；-86.0V；-86.0V； 平均值-：-86.2V外接对地电阻后进线端对地电位及电流：电压U+：492V；494V；494V； 平均值+：493.3V电流：1.23A；1.25A；1.25A； 平均值：1.243A则等效电导：=0.932当假设漏电部位分别处在电解供电系统两端时，有极限漏电电流：Imax=68.4A当假设在零点两侧各电解槽的漏电水平分别相当时，有等效漏电电流：Id=34.2A系列槽台数为131台，则系列对地零电位点所在槽为：K=111可见系列出线端的漏电情况相对较为严重。通过有目的的检查电解系统三厂房（出线端所在厂房），发现部分电解槽底部有未拆除的废弃电缆支架，造成电解槽对地漏电，并有打火现象。拆除这些废弃设施后，系列对地漏电情况得到明显改善：电解供电系统进线端对地电位：U+：475V；475V；475V； 平均值+：475.0V电解供电系统出线端对地电位：U-：-106V；-106V；-106V； 平均值-：-106.0V外接对地电阻后进线端对地电位及电流：电压U+：469V；472V；472V； 平均值+：471.0V电流：1.19A；1.19A；1.19A； 平均值：1.19A则等效电导：=0.298系列极限漏电电流：Imax=25.8A系列等效漏电电流： Id=12.9A系列对地零电位点所在槽为： K=107可见，在拆除了废弃设施后，系列对地极限漏电电流和等效漏电电流均大幅降低，系列对地零电位向几何中心移动，这些都说明出线端的对地漏电情况得到明显改善，所采取的措施取得一定成果。2.电解槽间漏电检测及评价我们对湖北广安铝业三个电解厂房的槽间漏电及槽内漏电情况进行了随机抽查，抽查数据及结果见下表：测试位置槽电压槽间电压外接电阻电压外接电阻电流槽间电阻槽内电阻评价236-2384.444.234.030.3312.810.64槽间绝缘较好，槽内绝缘一般229-2314.441.561.470.1291.081.99槽间绝缘较差，槽内绝缘一般215-2175.45.354.90.451081.01槽间绝缘很好，槽内绝缘一般122-1244.444.44.10.4181.220.74槽间绝缘很好，槽内绝缘一般138-1404.443.563.10.317.491.85槽间绝缘较好，槽内绝缘一般309-3114.444.234.020.411.10.55槽间绝缘较好，槽内绝缘一般312-3144.74.64.410.4420.30.44槽间绝缘较好，槽内绝缘一般332-3344.444.273.240.3284.073.35槽间绝缘很好，槽内绝缘较好119-1175.35.22.90.121015.819.54槽间绝缘很好，槽内绝缘很好110-1124.54.453.70.35192.862.17槽间绝缘很好，槽内绝缘一般108-1104.444.153.80.3415.761.10槽间绝缘较好，槽内绝缘一般108-l-d4.443.7310.075227.6343.33槽间绝缘很好，槽内绝缘很好124-l-d4.444.153.750.3716.551.16槽间绝缘较好，槽内绝缘一般312-l-d4.443.773.560.334.220.75槽间绝缘较好，槽内绝缘一般334-l-d4.443.93.60.366.850.95槽间绝缘较好，槽内绝缘一般140-l-d4.443.83.60.344.080.69槽间绝缘较好，槽内绝缘一般311-l-d4.444.333.150.31153.643.9槽间绝缘很好，槽内绝缘较好236-l-d4.440槽间短路238-l-d4.443.93.530.310.141.40槽间绝缘较好，槽内绝缘一般3.总体平价通过检测，我们认为：湖北安