DOC《一种铝电解槽母线电流分布计算方法的探讨》

一种铝电解槽母线电流分布计算方法的探讨 黄若愚,杨涛 (贵阳铝镁设计研究院有限公司 国家铝镁电解装备工程技术研究中心,贵阳 550081) 摘要:由于电解槽的母线尺寸远小于其工作频率所对应的波长,可将其作为集中参数元件模型对待,即作为一个两端电气元件进行分析,并利用基尔霍夫定律进行计算.

基于上述电网络理论,提出了利用Excel快速的数据处理能力进行母线电流分布计算的一种方法,并以某电解厂350 kA系列电解槽的母线为例,对这种计算方法进行探讨. 关键词:铝电解槽;

母线系统;

电网络理论;

Excel 中图分类号:TF821 文献标志码:A 文章编号:1007-7545(2014)01-0000-00 Discussion on a Calculation Method of Current Distribution in Aluminum Reduction Cell Busbar HUANG Ruo-yu, YANG Tao (National Engineering and Technology Research Center for Aluminum &

Magnesium Electrolysis Facilities, Guiyang Aluminum Magnesium Design and Research Institute Co., Ltd., Guiyang 550081, China) Abstract: Electrolyzer can be regarded as lumped elements, i.e., simple resistance elements, and is calculated by Kirchhoff'

s law as its dimension is far smaller than wavelength corresponding to its working frequency. A method to calculate the current distribution of busbar with Excel is put forward based on the above electrical network theory. The busbar of

350 kA series electrolytic cell in an electrolysis plant serves as an example to discuss this method. Key words: aluminum reduction cell;

busbar;

electrical network theory;

Excel 铝电解槽母线系统的电流分布是影响电解槽稳定运行和技术经济指标的关键因素之一.长期以来,针对母线系统电流分布的计算,国内外已做了大量的研究.李茂[1-2]、刘业翔[3]等运用有限元仿真方法进行仿真运算;

Imery Buiza J[4]、姚世焕[5]、贺志辉[6]、TVEDT[7]等分别采用等效电阻法进行计算并开发出相应的软件.这些方法和软件对母线设计及其电流分布的计算均有一定的成效,但是计算复杂,计算时间较长,并且未考虑到温度因素对铝电阻率的影响. 在基于电网络理论的基础上,配合Excel强大的数据处理能力,本文提出了一种计算简单、且耗时不长的母线电流分布计算方法,最后通过某电解铝厂350 kA系列电解槽母线系统进行验证.

1 计算方法的理论依据 电解槽的铝液面,由于液态铝的电阻率很小,且铝液面的截面积较大.因此在铝液面中各点的电阻很小,各部分的电势差可忽略不计,可将铝液面作为一等势面.从而可以计算上下游电解槽两铝液面间的电流分布. 根据电网络理论,若实际电路元件的尺寸远小于其工作频率所对应的波长,这时可以将其作为集中参数元件模型对待,即作为一个两端电气元件进行分析.铝电解槽的母线最大线性尺寸几十米,远小于流经它的电流的波长.若用l表示其最大线性尺寸,用λ表示电压或电流的波长,即λ>

>

l,所以母线可作为一个简单的电阻元件对待. 铝的电阻率: (1) 其中,ρ0=0.028

264 Ω・m,是铝在0 ℃时的电阻率;

α=0.003

8 Ω・m・K-1,是铝的电阻率随温度变化的温度系数,为一常数;

T为温度. 导体的电阻与长度、横截面积、电阻率的关系为: (2) 结合公式(1)和(2),可以得到铝母线的电阻: (3) 收稿日期:2013-07-31 基金项目:国家高技术研究发展计划项目(2013AA041002) 作者简介:黄若愚(1984-),男,贵州织金人,工程师,硕士. 因此,我们可以将母线及软带根据它们的连接情况,分割成小段,计算每一小段的电阻. 以立柱母线为例,电解槽的电流通过槽底母线分两路或三路汇集到下游槽的立柱母线.根据连接情况将立柱母线分为几小段,其立柱母线示意图及其等效电路简图如图1所示,图1中,R