一種鋁電解槽母線電流分布計(jì)算方法的探討

1、一種鋁電解槽母線電流分布計(jì)算方法的探討一種鋁電解槽母線電流分布計(jì)算方法的探討黃若愚，楊濤(貴陽鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司國家鋁鎂電解裝備工程技術(shù)研究中心，貴陽550081)摘要：摘要：由于電解槽的母線尺寸遠(yuǎn)小于其工作頻率所對(duì)應(yīng)的波長，可將其作為集中參數(shù)元件模型對(duì)待，即作為一個(gè)兩端電氣元件進(jìn)行分析，并利用基爾霍夫定律進(jìn)行計(jì)算。基于上述電網(wǎng)絡(luò)理論，提出了利用Excel快速的數(shù)據(jù)處理能力進(jìn)行母線電流分布計(jì)算的一種方法，并以某電解廠350kA系列電

2、解槽的母線為例，對(duì)這種計(jì)算方法進(jìn)行探討。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：鋁電解槽；母線系統(tǒng)；電網(wǎng)絡(luò)理論；Excel中圖分類號(hào)：中圖分類號(hào)：TF821文獻(xiàn)標(biāo)志碼：文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：文章編號(hào)：10077545（2014）01000000DiscussiononaCalculationMethodofCurrentDistributioninAluminumReductionCellBusbarHUANGRuoyuYANGTao(NationalEng

3、ineeringTechnologyResearchCenterfAluminumbusbarelectricalwktheyExcel鋁電解槽母線系統(tǒng)的電流分布是影響電解槽穩(wěn)定運(yùn)行和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的關(guān)鍵因素之一。長期以來，針對(duì)母線系統(tǒng)電流分布的計(jì)算，國內(nèi)外已做了大量的研究。李茂[12]、劉業(yè)翔[3]等運(yùn)用有限元仿真方法進(jìn)行仿真運(yùn)算；ImeryBuizaJ[4]、姚世煥[5]、賀志輝[6]、TVEDT[7]等分別采用等效電阻法進(jìn)行計(jì)算并開

4、發(fā)出相應(yīng)的軟件。這些方法和軟件對(duì)母線設(shè)計(jì)及其電流分布的計(jì)算均有一定的成效，但是計(jì)算復(fù)雜，計(jì)算時(shí)間較長，并且未考慮到溫度因素對(duì)鋁電阻率的影響。在基于電網(wǎng)絡(luò)理論的基礎(chǔ)上，配合Excel強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，本文提出了一種計(jì)算簡單、且耗時(shí)不長的母線電流分布計(jì)算方法，最后通過某電解鋁廠350kA系列電解槽母線系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。1計(jì)算方法的理論依據(jù)計(jì)算方法的理論依據(jù)電解槽的鋁液面，由于液態(tài)鋁的電阻率很小，且鋁液面的截面積較大。因此在鋁液面中各點(diǎn)的電阻很

5、小，各部分的電勢差可忽略不計(jì)，可將鋁液面作為一等勢面。從而可以計(jì)算上下游電解槽兩鋁液面間的電流分布。根據(jù)電網(wǎng)絡(luò)理論，若實(shí)際電路元件的尺寸遠(yuǎn)小于其工作頻率所對(duì)應(yīng)的波長，這時(shí)可以將其作為集中參數(shù)元件模型對(duì)待，即作為一個(gè)兩端電氣元件進(jìn)行分析。鋁電解槽的母線最大線性尺寸幾十米，遠(yuǎn)小于流經(jīng)它的電流的波長。若用l表示其最大線性尺寸，用λ表示電壓或電流的波長，即λl，所以母線可作為一個(gè)簡單的電阻元件對(duì)待。鋁的電阻率：（1）??T10?????Al其中

6、，ρ0=0.028264Ωm，是鋁在0℃時(shí)的電阻率；α=0.0038ΩmK1，是鋁的電阻率隨溫度變化的溫度系數(shù)，為一常數(shù)；T為溫度。導(dǎo)體的電阻與長度、橫截面積、電阻率的關(guān)系為：（2）slR??結(jié)合公式（1）和（2），可以得到鋁母線的電阻：（3）SlTRAl)0038.01(028264.0??收稿日期：收稿日期：20130731基金項(xiàng)目：基金項(xiàng)目：國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（2013AA041002）作者簡介：作者簡介：黃若愚（1984

7、），男，貴州織金人，工程師，碩士.doi：10.3969j.issn.10077545.2014.01.007由于Excel處理數(shù)據(jù)非常方便，在Excel中編輯好公式，只需輸入各段母線及軟帶等的幾何尺寸，就能很方便地計(jì)算出電阻，同時(shí)，可以計(jì)算出其質(zhì)量、電流密度、熱流密度等參數(shù)。因此，所有計(jì)算均在Excel中完成。下面，我們以某一條支路計(jì)算為例。先在Excel中編輯好一個(gè)模塊，包含電壓值、電流值、電流密度、電阻、熱流密度、尺寸、質(zhì)量、溫度

8、等信息。輸入尺寸后，根據(jù)公式（3）得出電阻，再根據(jù)公式（7）算出的支路電流，從而得出電壓值；電流密度，即電流密度=電流（寬高）；熱流密度，這里所說的熱流密度是指電阻產(chǎn)生的熱量在AIJ?ARIq2?截面的密度，即熱流密度=電流電流電阻（長（寬高））；質(zhì)量，鋁的質(zhì)量密度為2.7103Vm??kgm3。然后根據(jù)支路各點(diǎn)的串并聯(lián)關(guān)系得出各點(diǎn)的電流及電壓值。某支路Excel計(jì)算的等效電阻網(wǎng)絡(luò)如圖3所示。圖3某支路的等效電阻網(wǎng)絡(luò)某支路的等效電阻網(wǎng)絡(luò)

9、Fig.3Equivalentresistancewkofabranchcircuit圖3中，Ra1～Ra3、Rb1～Rb3分別表示進(jìn)電側(cè)（A側(cè)）、出電側(cè)（B側(cè)）的陰極軟帶電阻，Rm1～Rm21表示各段母線電阻，Rlb1～Rlb10表示鋁板電阻。具體數(shù)值匯總?cè)绫?所示。表1各點(diǎn)電流、電壓值匯總各點(diǎn)電流、電壓值匯總Table1Currentvoltagevalues項(xiàng)目電阻Ω電流A電壓mV項(xiàng)目電阻Ω電流A電壓mVRa11.44E03528

10、86.19Rm12.58E0452881.11Ra21.57E0356537.30Rm22.58E0489412.31Ra31.57E0361259.61Rm35.04E04150667.59Rb13.05E03537916.39Rm47.31E05150661.10Rb23.05E03612618.66Rm54.48E05150660.68Rb33.05E03772223.53Rm61.18E031506617.81Rb43.05E0

11、3737822.48Rm77.79E05150661.17Rb53.05E03504615.37Rm82.55E031506638.43Rb61.58E03657310.40Rm97.79E05150661.17Rb71.58E0351878.21Rm101.17E031506617.67Rlb12.49E04150663.75Rm117.08E05150661.07Rlb21.81E04150662.72Rm124.23E045379

12、2.27Rlb31.81E04150662.72Rm134.23E04115054.86Rlb41.21E04150661.82Rm142.11E04192264.06Rlb51.66E04150662.51Rm154.23E0451872.19Rlb61.46E04434116.36Rm164.23E04117604.97Rlb78.01E05434113.48Rm174.23E04168067.10Rlb81.59E04434116