电流效率（精选4篇）
电流效率 篇1
1 概述
有机电致发光器件 (OLED) 已经开始产业化, 其在节能环保、显示及照明等领域应用广泛, 然而提高OLED在高电流密度下的发光效率仍是一个瓶颈问题[1,2,3]。目前常采用的方法多为通过开发新的发光材料、降低电极电荷注入势垒、控制电子及空穴注入平衡水平、调节器件结构控制载流子复合区等[4,5], 但大多数高效率OLED器件在高电流密度下时由于器件猝灭效应更加严重, 都无法实现在较低电流密度下时获得的高发光效率, 甚至器件的发光效率大幅下降[6]。
本文中, 我们在OLED中插入超薄Li F绝缘层, 测试了以C545T掺杂Alq3为发光层的OLED的各种性能, 其在高电流密度下具有较高外量子效率。
2 实验
本文中, 我们制备的发光区插入层Li F的器件A及发光区无插入层Li F的参考器件B。结构分别为:器件A:Glass/ITO/Mo O3/NPB/Alq3:C545T/Li F/Alq3/Li F/Al.器件B:Glass/ITO/Mo O3/NPB/Alq3:C545T/Alq3/Li F/Al.两个器件均采用热蒸发镀膜机制备, 真空腔体真空度高于5×10-4Pa, 由连接石英晶振片的频率计监测镀膜速率。器件各层功能依次为:玻璃衬底上生长ITO透明导电薄膜, 作为阳极, Mo Ox (厚度1nm) 为阳极缓冲层, NPB (厚度74nm) 为空穴传输层材料 (HTL) , Alq3作为主体材料, 掺杂质量百分比约为1%的荧光染料C545T (厚度33nm) 整体构成发光层 (EML) , 插入层 (Inserted layer) Li F为超薄层 (厚度0.3nm) , 在插入层Li F之后再蒸镀电子传输层Alq3 (45nm) , 最后阴极缓冲层为Li F, 阴极为Al。
3 实验结果
器件A及器件B的发光光谱 (EL) 及电流电压特性曲线 (I-V) 等由PR705光谱仪结合吉时利精密数字源表2400型进行测试。由Ambios公司XP-1型台阶仪测量校准薄膜厚度。由测试结果可知, 当器件A的发光区插入Li F超薄绝缘层后, 大幅提升了其亮度及外量子效率。
在100m A/cm2时, 器件A的亮度为11950Cd/m2为器B的亮度 (7980Cd/m2) 的1.50倍, 随电流密度的增加, 当达到300m A/cm2时, 器件A的亮度为43640Cd/m2为器B的亮度 (15680 Cd/m2) 的2.78倍, 尤其是当电流密度高达600m A/cm2时, 器件A的亮度为100500Cd/m2为器B的亮度 (14071Cd/m2) 的7.14倍。再分别对比两个器件在电流密度增加过程中的外量子效率变化趋势。
可见, 在100m A/cm2、时, 器件A的外量子效率为3.46%是相同电流密度下器件B的1.47倍, 在300m A/cm2、时, 器件A的外量子效率为4.14%是相同电流密度下器件B的3.45倍, 而当密度达到600m A/cm2时, 器件A的外量子效率为4.79%是相同电流密度下器件B的7.06倍。随着电流密度的增加, 参考器件B的外量子效率逐渐降低, 而器件A的外量子效率不但没有降低, 反而得到了提升。
OLED器件的外量子效率均可由如下公式给出:
其中, ηr是电子和空穴的平衡因子, 最大为1, 即当电子和空穴完全平衡时。准f是发光材料的荧光量子效率;χ是单线态激子在激子总数中所占的比例, 由于OLED内激子生成时单线态激子三线态激子同时产生, 比例分别为25%和75%。根据量子自旋理论, 激子由三线态向基态的跃迁是禁戒跃迁, 因此, χ值对荧光小分子OLED通常取25%;是光耦合输出效率, 本实验中采用ITO阳极透明基板, 根据公式, 耦合输出效率=20%。
本文中, 公式 (1) 准f约为80%, 计算得20%, χ根据量子理论取25%, 这种情况下, 即使ηr取最大值1, 推算在实际器件A中, 其最大外量子效率中应该小于4%。
然而, 我们的实验结果最大外量子效率4.79%, 相关理论问题有待进一步研究。
大量研究表明, 提高其在高电流密度下的效率将有益于进一步实现OLED的大规模产业化, 但通常OLED各种激子猝灭过程 (例如单重态-单重态猝灭、单重态-极化子猝灭及过剩载流子产生的吸收损耗等) 都会随着工作电流密度增加而加剧, 损害器件的性能及寿命, 而本文的实验方法是是一种简单有效的抑制了OLED在高电流密度下损耗的方法, 有助于OLED在照明与显示领域的产业化发展。
摘要：有机电致发光器件 (OLED) 在高电流密度下效率降低是OLED产业化进程中的瓶颈问题, 将超薄LiF层插入到以C545T掺杂Alq3为发光层的OLED器件中的发光层与电子传输层之间, 在较高电流密度下, 随着电流密度的增加, 其外量子效率始终没有降低, 直至达600mA/cm2时, 最大值为4.79%。是同等条件下参考器件的外量子效率的7倍。器件的性能得到显著提升。
关键词：绿光有机电致发光器件,LiF,外量子效率
参考文献
[1]Tang C, Vanslyke S.Organic electroluminescent diodes[J].Appl.Phys.Lett., 1987, 51:913-915.
[2]Parker I.Carrier tunneling and device characteristics in polymer light-emitting diodes[J].J.Appl.Phys., 1994, 75:1656-1666.
电流效率 篇2
1 盐水质量对电流效率的影响
离子膜法制碱技术中,进入电解槽的盐水质量是这项技术的关键［2］,盐水的质量不仅影响离子膜的寿命,而且是在高电流密度运行时获得高电流效率的重要因素。盐水中的杂质对离子膜的电流效率的影响主要表现在:
(1)盐水中Ca2+、Mg2+等杂质金属离子的存在,导致离子膜电解槽电流效率的降低
离子膜电解槽的阳离子交换膜具有选择和透过溶液中阳离子的特性,它能选择和透过盐水中的Na+,而其它的金属阳离子如Ca2 +、Mg2 +也同样能透过。但是,当Ca2 +、Mg2 +等其它二价或三价金属阳离子透过离子交换膜时,与少量的从阴极室反迁移来的OH－生成氢氧化物沉淀,会堵塞离子膜的微孔,使膜电阻增加,从而引起电解槽的槽电压上升,进一步加剧OH－向阳极室反迁移,导致电流效率的下降。离子膜烧碱装置二次盐水的螯合树脂是采用德国拜耳公司生产的TP - 208 螯合树脂,经其处理的盐水指标如表1。其指标完全满足Nafion N982离子膜对杂质离子的要求,为离子膜电解槽在高的电流效率下运行提供了可靠的保证。
(2)盐水中Na2SO4杂质的存在,导致离子膜电解槽电流效率的降低
杜邦Nafion N982 离子膜对Na2SO4可耐受的量是比较大的,因为离子膜本身是排斥硫酸根的,但是当Na2SO4浓度过高,会以Na2SO4或三聚盐的形式沉积在靠近离子膜阴极侧的位置,其对膜的损害与氢氧化钙类似,导致电流效率下降。杜邦Nafion N982 离子膜要求Na2SO4限值< 10 g/L。我们采用引流部分淡盐水加入20% Ba Cl2溶液然后利用道尔澄清桶澄清的工艺除去Na2SO4。因此,盐水中Na2SO4的浓度也不能过低,过低的Na2SO4的浓度会导致盐水中Ba2 +的升高,加重螯合树脂的负担。我们在装置运行过程中,控制盐水中的含量在4 ~7 g / L,符合Nafion N982 离子膜对盐水中Na2SO4杂质的要求。
( 3) 盐水中有机物对电流效率的影响
盐水中有机物在阳极液中被氧化成氯碳化合物,在阳极液中造成泡沫,从而造成阳极室中气室的增加,从而造成电阻和电压的升高。离子膜会很容易地吸收被氧化后的有机物( 如乙醇类、酮类、醚类,等) ,离子膜吸收有机物后会溶胀,其排斥阴离子的能力将下降,从而导致电流效率下降。我公司离子膜烧碱装置一次盐水采用先加入Na Cl O将盐水中的有机物小分子氯碳化合物,再用浮上澄清法将其有效地除去。这样,可以有效地避免了盐水中有机物对电流效率的影响
如果长期向离子膜电解槽供应含有杂质较高的纯盐水,会使电解槽的电流效率明显降低,而且这种影响是可积累的,极大地降低了离子膜的性能,缩短离子膜的使用寿命［5］。当二次盐水工序生产异常,入槽盐水质量差时,我们果断地采取了措施,降低电解槽的负荷或者装置停车,阻止了事故的进一步恶化。自离子膜烧碱装置开车两年来,没有因为入槽盐水的质量问题使电解槽的电流效率降低,电解槽的电流效率始终保持在96% 以上运行。
2 阴极液Na OH浓度对电流效率的影响
阴极液中Na OH浓度与电流效率的关系存在一个极大值。随着Na OH浓度的升高,阴极侧膜的含水率减少,固定离子浓度增大,因此电流效率随之增加,但是随着Na OH浓度的继续升高( Na OH浓度> 35% ) ,膜中OH－浓度增大的起决定作用,使电流效率明显下降。随着Na OH浓度的提高,膜中含水率逐渐下降,导致膜电压升高,槽电压也随之升高,阴极液电阻随Na OH浓度增加而上升,也使槽电压升高。
另外,随着Na OH浓度的降低,阴极侧膜的含水率增大,加剧OH－向阳极室反迁移,导致电流效率的下降。阴极液中Na OH浓度过低( Na OH浓度< 28% ) ,使膜遭到永久性破坏。因此,长期稳定地控制Na OH最佳浓度是非常重要的［4］。我们要求控制Na OH浓度( 32 ± 1) % 。离子膜烧碱系统的无离子水加入量是根据电解槽的负荷采用串级控制,Na OH浓度由在线质量分析仪实时监控,有效地保证了Na OH浓度的稳定性。
3 阳极液Na Cl浓度对电流效率的影响
阳极液中Na Cl的浓度对电流效率的影响是非常明显的,随着阳极液Na Cl浓度的降低,电流效率也下降,这是由于阳极液浓度的降低,将使膜中含水率增高,导至OH－反渗速度增加,使电流效率下降。如果长时间在低的Na Cl浓度下运行,会使膜发生膨胀,严重时导致起泡、分层,使膜遭到永久性破坏。
随着阳极液中Na Cl浓度的降低,膜中伴随Na+而移动的水量也急速增加,从而导致阳极液中的Cl－向阴极室的渗透也加剧。另外,膜中含水量增多导致膜发生膨胀,也会使更多的Cl－渗透到阴极室,使烧碱含盐升高。但阳极液中Na Cl浓度也不宜太高,否则单位面积膜的透水率下降,使膜电压升高,增加电耗,降低膜的运行寿命。杜邦公司推荐阳极液中Na Cl浓度为210 ~ 230 g/L。避免在低于200 g/L下运行。我公司阳极液中Na Cl的浓度通过调整进电解槽纯盐水流量来保证。
4 电流密度对电流效率的影响
适宜的碱流密度也是影响电解槽电流效率的重要因素［3］。杜邦Nafion N982 离子膜要求电流密度范围为1. 5 ~ 5. 0 k A/m2,在此范围内电流密度增加,电流效率几乎不变; 但是,当电解槽在电流密度< 1. 5 k A/m2运行时,OH－向阳的扩散泄漏比率逐渐增加,从而导致电流效率的降低。当电解槽在电流密度>5. 0 k A / m2运行时,离子膜的界面上无Na Cl补充,不仅使的电流效率降低,槽电压升高,而且容易使离子膜的内部结构受到损坏,过高的电流密度造成膜永久性破坏。我们在DCS控制系统中,将电解槽运行电流高高报警组态为电解槽连锁停车的一个条件,当电解槽运行电流( II1101A) 高报警时( I > 14. 5 k A) ,连续10 s后该电解槽将连锁停车。从而保证了电解槽离子膜的安全。同时规定: 电解槽负荷低于1. 5 k A/m2运行时间应严格限制在2 ~ 3 h。
5 极液p H值对电流效率的影响
采用向阳极液中添加盐酸的方法,可以将阴极液中反渗过来的OH－与HCl反应除去,不仅可以提高阳极电流效率,提高氯气纯度,而且可降低氯中含氧和阳极液氯酸盐含量,还能延长阳极涂层寿命。伍德工艺中考虑,在p H = 9 ~ 10 盐水和酸性盐水相比,电能消耗没有差别,烧碱电流效率和槽电压都不受影响,对氯气纯度要求不是非常严格,因此采用碱性盐水。为防止氯酸盐的累积,本工艺采用氯酸盐分解工艺。如果阳极液p H值升高,说明电流效率下降,OH－反渗增多。正常条件下,阳极液p H值在4 ~ 5 之间。控制入槽纯盐水中较小Na OH过碱量,可以有效地阻止盐水中的Na OH与电解产生氯气的反应,提高电解槽的电流效率。我们控制入槽纯盐水p H值在8 ~ 11,即能保证阳极液p H值4 ~ 5 之间。
6 电解槽温度对电流效率的影响
离子膜有一个最佳操作温度范围,在这一范围内,温度的上升会使离子膜阴极侧孔隙增大,使钠离子迁移数增多,有助于电流效率的提高［6］。每一种电流密度下都有一个取得最佳电流效率的温度点。当电流密度降低时,为了取得最高电流效率,电槽的操作温度也必须相应降低。但是,当槽温降至65 ℃以下时,电流效率下降很迅速,以后即使温度再上升,电流效率也难以恢复到原来的水平。
温度上升,将使膜的孔隙增大,有助于提高膜的导电度,还将使电解液的导电度提高,从而可以降低槽电压。温度每上升1 ℃ ,槽电压可降低16 m V。但是当温度太高时,水的蒸发量增加,导致汽/水比例增加,使电压上升,同时因电解液趋向沸腾,加速膜的恶化,也加剧电极的腐蚀和涂层的钝化。避免在> 90 ℃ 以上运行。杜邦Nafion N982 离子膜推荐的温度范围为85 ~ 88 ℃ ( 4 ~ 5 k A/m2) 。我们通过控制进入电解槽纯盐水、烧碱的温度可以轻松地将电解槽温度控制在87. 5 ~ 88. 5 ℃( 5 k A/m2) 。
7 电槽电解液流量对电流效率的影响
在电解过程中,气泡效应对槽电压的影响很明显。电槽内产生大量氢气和氯气,使槽内液体气体率增加,气泡在膜上及电极上的附着量也增加,从而导致槽电压升高。尽管单元槽和电极在设计上能迅速从电极表面上放出所产生的气体,但仍需有足够数量的电解液供给电解槽进行循环,以便及时将气体带走,对防止电解室内氯气滞留起到有效作用,另一方面,保证电解槽内不缺液体,使整个膜处于液相之中,消除气相对膜的作用,提高膜的使用寿命。保持较高的循环量,能使液体在离子膜表面产生足够的湍动,以便使滞边界层厚度降到最小,使整张膜的电流密度和液体浓度均匀一致,提高了电解槽的电流效率。我们采用的伍德电槽自然循环量很大,可使电解液分布均匀。减小了电槽电解液流量对电流效率的影响。
8 无离子水的供应对电流效率的影响
阴极液中Na OH浓度是通过无离子水的加入流量来控制的,当无离子水供应异常时,可能会导致阴极液中Na OH浓度波动。过高或过低的Na OH浓度会使电流效率下降( 如2 中所述) 。另外,无离子水的质量不仅影响产品烧碱的质量,也影响电解槽电流效率。无离子水中的杂质过高,会导致产品烧碱中杂质升高,使成品碱的品质下降,同时,无离子水中的杂质重金属离子会在电流的作用下被还原,吸附在阴极的表面,使阴极活性降低,导致槽电压升高,电流效率降低。我们控制无离子水指标: 电导率: < 5 μs/cm; Ca+、Mg2 +: < 100 μg/L;Fe: < 50 μg / L。完全满足烧碱装置的质量要求。因此,稳定无离子水的供应,提高无离子水的质量,也是离子膜电解槽在高的电流效率下运行的重要条件。
9 结语
电流效率 篇3
影响铝电解生产的技术条件有:电流强度、槽工作电压、电解温度、分子比、电解质水平、铝水平、极距、效应系数、氧化铝浓度等方面, 在保证电解槽操作质量的前提下, 改善这些技术条件, 能使电解槽在长期稳定的状态下工作, 获得高电流效率和低能量消耗。
1 影响电解生产的因素分析
1.1 电流强度
电流强度是根据企业系列产能在设计时就给定的, 但在正常生产期引起电流强度变化的因素很多, 系统电压、阳极效应最为明显。解决的方法为稳定系统电压, 但在实际的生产过程中, 电解生产企业往往是无法控制和调整系统电压的;另一种途径就是铝电解生产企业配置安装稳流装置, 可消除因系统电压变化导致的电流变化。此种方法在目前铝市场形势极度低迷的情况下, 经济运行效果极差。若在建设初期没有配置的话, 待经济状况好转时再配置安装稳流装置解决, 现阶段只有在生产过程中控制好技术条件, 减少效应发生对电流的影响, 再次就是生产企业的整流设备要根据系统电压的变化引起的电流变化随机变换整流变压器的工作挡位, 满足铝电解生产对电流的要求, 保证其能量平衡。
1.2 电解槽工作电压
槽电压是指电解槽能维持正常工作的最低电压, 不同的电解槽的阳极压降、阴极压降、槽周母线压降、分解与极化压降、电解质压降、效应分摊压降也有所不同。阳极压降随阳极的电阻和铁—碳接触情况而变化;阴极压降与阴极电阻、阴极碳块、阴极钢棒组装质量和炉底表面洁净度有关;分解与极化压降随Al2O3浓度稍有变化;电解质压降随电解质成分、电解温度、极距变化;效应分摊压降随持续时间而增高。在正常生产期主要着眼于随槽况变化的阴极压降、电解质压降和效应分摊压降的控制。阳极压降、母线压降主要由阳极生产单位和筑炉材料生产单位来保证, 电解槽工作电压是指除去效应分摊电压之外的其他项的总和。
所以在正常生产期间, 每个电解槽的电压并不绝对一致, 要根据管理人员的测试结果, 依据实际情况人为设定。效应分摊电压值大, 说明效应次数多或持续时间长, 小则说明效应次数少或效应迟发。效应系数大且分摊电压小时, 说明效应时电压低, 反映出电解槽状况不良。
在电流恒定的情况下, 电压是调节电解槽能量平衡最重要、最易实现的方法之一, 因此, 电压的管理实质主要是电解槽能量平衡的管理。通过变更设定电压实现对电解槽电压的变更, 但实质是增减极距来变更电解质电压降。电解质电阻与电解质成分和过热度有关, 还与电解质的洁净度有关, 电解质中碳渣量大, 悬浮固体Al2O3量大, 电解质电阻越大。当槽电压恒定, 但炉底、阳极电压降增高时、或电解质电阻变大时, 极距呈现确定的线性对应关系, 在实际中应尽量保证阳极压降、阴极压降、电解质电阻接近设计值, 并使这些指标稳定。
在下列情况时需要升高设定电压:①电解槽热量不足, 效应多发或早发;②电解质水平连续下降, 需要大量投入氟化盐提高电解质高度而补充热量时;③槽帮变厚, 炉底出现沉淀时;④出现电压摆动 (即针振) 时;⑤铝水高度超过基准值10 mm以上时;⑥在8 h内换极2块时;⑦系列较长时间停电, 恢复送电后;⑧出现病槽时。
在下列情况时要降低设定电压:①电解槽热量过剩, 效应迟发时;②铝水平连续在上限基准之上时;③投入的物料已熔化, 无须再补充热量时;④针振消失后;⑤炉底沉淀消失时;⑥病槽病况好转或消失时。
设定电压更改的标准幅度应为:4.5 V以上时, 每次0.1 V;4.4～4.5 V时, 每次0.05 V;4.3～4.4 V时, 每次0.03 V;4.3 V以下时, 每次0.02 V。
针对病槽和大量投入冰晶石提高电解质水平的情况, 每次电压更改幅度可以在0.2～0.5 V。在电解槽恢复过程中, 应根据情况及时调整, 否则会因热量不平衡恶化槽况, 待电压摆动停止后应及时恢复设定电压。其他情况的变更应按“疗程”原则进行调整, 即3～5 d, 此时必须施行其他调整热平衡的措施 (如调铝水平和极上保温料) , 不能单靠变更电压来维持。严禁在无干扰因素的情况下每天变动电压。
1.3 电解温度
电解温度系指电解质的温度, 它是生产过程中极为重要的技术指标, 在生产中应最大限度地保持温度恒定不变, 保持稳定的热收入, 其他技术参数都要围绕温度的改变而改变。电解温度的高低又取决于电解质的初晶温度, 因为电解温度要比初晶温度高10～150 ℃, 而初晶温度又取决于电解质成分的组成。若在生产中电解质成分已定, 其初晶温度较高时, 单纯地为取得低电解温度而降低电解温度, 不但达不到高电效的目的, 还会适得其反。这是因为电解温度过低, 造成电解质黏度增大, 密度增加, 电导率下降, 氧化铝的溶解度降低, 铝液与电解质分离困难, 电解质中的碳渣分离困难, 造成铝的损失所致。因此, 要想保持较低的电解温度, 就必须从调整电解质成分入手。可采取添加氟化镁、氟化钙或氟化锂、氟化铝的方法, 达到降低电解质初晶温度和电解温度的目的。其次, 要与其他各项能引起电解温度改变的技术参数的电流强度、槽电压、铝水平、电解质水平、极上料的调整相配合, 才能达到目的。
1.4 电解质成分和分子比
电解质成分主要由熔融的冰晶石和溶解在其中的氧化铝和添加剂组成。所占比例:冰晶石82%～90%, 分子比2.0～2.6, 氧化铝2%～5%, 氟化钙4%～6%, 氟化镁3%～5%, 氟化锂2%～3%。电解质的成分决定了电解质的性质。冰晶石对电解质的物理性质影响最大, 在铝电解生产中多采用酸性 (含有游离氟化铝) 电解质。肉眼观察:碱性, 液体呈亮黄色, 表面结壳坚硬, 很致密;中性, 液体呈橘黄色, 表面结壳较硬、致密;酸性, 液体呈深红色, 表面结壳较酥松, 有空隙;弱酸性, 液体呈暗红色, 表面结壳酥松, 有空隙。为便于管理、调整电解质的成分, 要分阶段、周期性地对其进行全面分析, 判定初晶温度, 确定电解温度, 提高电效, 节约能耗, 稳定技术条件。
1.5 电解质水平和铝水平
不同的槽型及同一槽型每台槽, 都有其最合适的电解质水平和铝水平, 同时也与其他技术参数和操作制度有着密切联系。电解质水平高时, 电解槽有较大的热稳定性, 电解温度波动小, 增大了阳极和电解质的接触面积, 能使槽电压减小。但电解质水平过高时, 则使阳极浸入电解质过多, 阳极气体不易排除, 造成电流效率下降、阳极底掌消耗不均或长包。电解质水平低时, 电解槽的热稳定性差, 氧化铝的溶解性差, 易产生沉淀, 效应增多;温度过低时, 易出现电解质表面过热或出现病槽, 造成电流效率下降。
铝水平过高或过低对电解过程都有影响。铝水平过高, 散热量增大, 会使槽底发冷, 沉淀增多或结壳, 电解质水平降低。铝液水平过低, 阳极浸入电解质过深, 使电解质温度上升, 槽四周结壳熔化, 槽底沉淀或结壳熔化, 炉膛扩大, 电解质水平升高, 阳极气体排出困难。铝水平过低时, 铝液稳定性差, 最易出现槽电压摆动, 造成电流效率下降。为此, 无论电解质水平和铝液水平都应适时调整, 才能有较高的电流效率。
1.6 极距
铝电解气体析出是引起电解质摆动的重要原因极距大时, 则摆动的幅度小, 槽电压升高, 电流效率下降;极距小时, 摆动的幅度大;极距极小时, 会使电流效率明显降低, 且槽电压摆动, 表明铝液波峰与阳极短路。所以, 为了节省槽电压而降低极距, 宜谨慎从事, 有时候会适得其反。在生产过程中必须保证换极质量, 及时对阳极消耗不一的极距进行调整, 配合其他技术条件, 才能提高电流效率。
1.7 阳极效应系数
阳极效应发生时, 耗费大量的电能, 目前提倡无效应生产或者低效应系数, 是降低电耗的有效途径。但在实际生产过程中很难实现, 即使如此还是应该最大限度地减少效应次数和效应时间, 控制好氧化铝投入量的偏差。用最短的时间熄灭效应。效应系数的确定应考虑工艺技术参数从不同方面对电解过程产生的影响, 它们之间既密切相连又互相制约, 应权衡利弊, 在保证电解温度的前提下能够发挥其综合作用, 使电解槽生产稳定, 才能获得较好的技术指标和经济指标。
1.8 氧化铝浓度
氧化铝浓度是指氧化铝在电解液中的含量, 生产中需加入的量原则上应等于消耗量, 其投入量应根据电流强度、电流效率、氧化铝单耗而确定, 使之能够完全溶解于液体电解质中, 满足电解过程的连续消耗。既不能过量又不能欠量, 过量则沉淀结壳, 槽底变冷电效降低, 甚至病槽, 则使槽欠量升温, 电能空耗, 效应多发、耗费电能, 同样电流效率下降。目前正常投料是由槽控机根据氧化铝浓度控制加料时间和加料量的, 实际生产中由于人为、设备、管理等因素, 在以下情况时, 还需要人为变更投料间隔时间:
(1) 缺料效应频发时, 需缩小下料间隔时间, 或因物料过剩不发或迟发效应时, 需要延长加料间隔时间。
(2) 病槽电流效率低时, 需延长加料间隔时间, 好转后恢复正常。
(3) 由于某种原因 (换极、加工等) 已向槽中加料时, 需延长加料间隔时间, 一旦投入的料消耗, 恢复正常。
(4) 氧化铝容重减小时, 需缩短间隔时间;容重增加时, 需延长间隔时间。
总之, 以上技术条件是密切相连、相互作用的, 某一指标的变化与调整都将会带动其他技术条件的改变, 所以调整时均应考虑这些因素的存在。应跟踪监视, 一旦达到所需求的标准指标时, 应随即恢复正常, 否则不但达不到调整的目的, 还有可能破坏了其他的技术条件, 在解决问题上很被动。如果事先有了设定改变, 用指标控制问题的出现或发生, 主动制止问题的出现, 方能取得较好的效果。
2 加强电解铝生产的管理措施
2.1 落实工艺制度
在生产过程中除了以技术条件的指标调整控制外, 还要有与其相匹配的工艺制度、管理制度相结合, 各项技术指标才能得以实现。例如换极时间、换极质量、边部加工和加工质量、卡具压降、吸出偏差、阳极组装等指标都可以用工艺制度落实。工艺制度落实的关键在于考核, 通过考核, 与利益分配挂钩:量足质量高, 应多得利益;欠量质量差, 应少得、不得或受处罚, 通过制约激励机制, 调动每一位作业人员的工作积极性。
2.2 建立技术过硬的管理人员队伍
能否把职工队伍带好, 关键在于有没有一支技术过硬的管理人员队伍, 有了一支技术过硬的管理人员队伍, 又大胆负责, 不怕吃苦, 与职工做朋友, 职工才能拥护, 发出的命令才有人执行、落实, 才能做好各项工作。
3 结语
(1) 在技术方法上促进铝电解生产。
通过对铝电解生产影响因素的分析, 在保证电解槽操作质量的前提下, 努力改善技术条件, 使电解槽能在长期稳定的状态下工作, 获得较高的电流效率和较低的能量消耗。
(2) 在管理制度上保障铝电解生产。
电流效率 篇4
关键词：自耦变压器,差动保护,电流回路
0 引言
在电力系统运行过程中,变压器主要发挥着变换电压的作用,通过对电功率的传输和电能的分配来架起电厂、电网和用户之间的桥梁[1]。大型变电站中常使用的自耦变由于受到线圈阻抗大、试验升流器容量的限制,现场只能在套管CT二次接线盒进行二次通流试验,以及通过点极性的方法来单独检验某个CT二次回路的完整性[1]。
而对于主变压器本体套管CT的二次电流回路检查,还是停留在本体端子盒二次升流、使用容量足够的电池配合精度高的电流指针表进行安装后的极性检查。而且,在进行主变压器套管CT安装好以后要进行极性检查,试验人员还需要系好安全带爬到主变套管头进行引接线,增加了登高作业的风险。更有甚,除了高压试验在安装前进行过套管CT的变比检查外,在安装好变压器及二次回路接线完成后没有再进行过一次升流试验,致使主变压器注油循环后会对内部绕组产生影响。为减少现场高空作业、减轻工作人员的劳动强度,必须提高主变压器电流回路检查的效率及正确性、完整性[2]。本文结合工程实践,探讨在大型变电站中提高500 kV自耦变压器电流差动回路检查效率的方法。
1 大型变电站中检验主变压器电流差动回路的现状
1.1 试验未能查出二次开路并造成严重事故
广西500 kV邕州变电站曾经发生过新装#1主变压器某个套管CT在本体接线盒二次开路未检查出来的事故,造成了主变压器运行一段时间后由于开路的二次绕组产生高电压,将套管CT绝缘层烧毁,导致主变套管漏油的严重事故。
1.2 试验未能发现极性是否相同
电流互感器的极性指的是某一时刻一次侧极性与二次侧某一端极性相同[2]。广东500 kV罗洞变电站在更换#2主变压器B相复装后,由于是不同厂家的设备,试验人员通过铭牌发现低压侧套管的极性与其他两相相反.
1.3 试验未能检验接线方式并留下安全隐患
目前,对于主变本体套管CT的二次电流回路检查,还是停留在本体端子盒二次升流、使用容量足够的电池配合精度高的电流指针表进行安装后的极性检查。除了高压试验在安装前进行过套管CT的变比检查外,在安装好变压器及二次回路接线完成后没有再进行过一次升流试验。安装变压器的施工人员,按图纸施工后,如何对自耦变压器低压侧接成三角形,即1 1点钟接线方式的检查,只能通过厂家出厂铭牌和设计的蓝图,在送电前缺乏有效的检查手段来检验这个11点钟接线是否正确,为启动试运行留下隐患。
成因分析:由于主变压器差动保护回路复杂,涉及多个开关CT、套管CT的二次回路,所以其接线方式存在不统一,现场工作人员常常按照常规方案,使用笨重的仪器,需要移动多次进行升流,未能完整地进行调试检查;而且涉及多处高空作业,导致一整套CT检查完成,包括升流,需要花费2d左右的时间。
2 分析原因
依据上述调查,从“人、机、料、法、环”5个方面进行分析,找出了全部原因(如图1所示)。
2.1 导致可能出现的问题
CT极性接反;CT变比用错;CT二次回路接线错误;低压侧三角形接线组别错误;高中低三侧CT不能同时对比,造成保护有差流。
2.2 导致出现问题的原因
在实际的改扩建站中,常常由于交叉作业,一次导线在安装好后就很少拆除,否则又需要吊车,人员高空作业,存在作业风险,增加了劳动强度,如果接住一次导线,由于是运行变电站,强烈的感应电又会对主变压器套管CT极性检查造成干扰。这样造成了测量耗时长,试验人员劳累。
观察中发现,即使在地势平坦的地方也需要重复搬运多次,更换位置,而且绝缘杆连着升流线换位,过于笨重,这大大地增加了试验员的劳动量,费时费力。如果对于主变压器套管使用点极性的方法还需要爬到套管头接线,增加了高处作业的危险。
通过分析不难看出,在对主变压器电压差动回路检查试验中,造成效率低下是由于升流设备笨重,且改扩建站中感应电对极性检查有一定的影响。因此,如何能够运用科学的方法提高500 kV自耦变压器电流差动回路检查效率成为我们最大的目标[4]。
3 试验对策实施
3.1 试验前电流的科学准确计算
变压器差动保护是各侧CT二次电流的差流,所以差流是差动保护带负荷测试的重要内容[3]。
以广西玉林500 kV美林变电站#1主变压器作为试验参考。
型号为单相自耦无励磁调压电力变压器;计算变压器各测一次电流[4]:;额定电压为525/kV/(230/±2×2.5%) kV/36.75 kV;单相额定容量:高压侧334 MVA;中压侧334 MVA;低压侧80 MVA;接线组别:Yna0d11;V1-2%=13.81%,V1-3%=57.13%,V2-3%=39.41%;铭牌短路阻抗:三相平均值。
变压器铭牌上给出的短路电压百分数为Vs%,是变压器通过额定电流时在阻抗上产生电压降的百分数,对于大容量变压器,其绕组的电阻比电抗小得多,可以近似认为VX%=Vs%。通过对比计算,将电压加在中压侧比较合理。
3.2 主变差动电流回路幅值理论计算
将380 V电压加到中压侧分析各侧产生的理论短路电流。
电压加于中压侧开关后端,母线刀闸拉开;高压侧刀合闸,开关合闸,刀闸合闸;低压侧开关合闸、刀闸合闸,低压侧母线地刀合闸。自耦变中性点接地。各个开关CT及主变压器套管CT的一次P1端图中标注“*”侧。所有CT的二次绕组抽头电流从同名端S1引出。自耦变压器结构图如图2所示。
各侧短路阻抗电压计算:
归算到中压侧(VN=230 kV)的各侧等值电抗计算(以下均为单相计算)。
电源加在中压侧时的主变压器等效电路图如图3所示。
在中压侧加入三相对称的220 V交流电压,计算各侧短路电流(不考虑变压器励磁涌流影响):
由于磁感应,高压侧、低压侧的实际电流计算如下:
由于低压侧电流为三角形接法,内部为环流:
根据基尔霍夫电流定律KCL,公共绕组流过的电流如下:
最终,从试验接线到完成数据测量收集工作大大缩短,从原来的48 h减至3.5 h,达到了试验预期的目的。
4 结语
通过测量的数据与理论计算的大小,以及六角图的分析,可以保证所涉及的电流回路无开路现象,且极性正确,排除了在启动试运行和今后运行维护可能存在的隐患[5]。角度的对比分析可以检查出大型自耦变接线组别的正确性,科学地验证了电气安装的正确性。
针对大型变电站220 kV双母单分段或双母双分段,还可以通过加压检查好各个PT电压回路的正确性,如果从某一线路支路加压,通过母线送往主变压器中压侧,产生短路电流后,还可以检查220kV母线保护的极性是否正确。
本方法提高了主变压器涉及的套管CT、开关CT二次电流回路的检查效率,减轻了试验人员的劳动强度,当通过试验产生一次电流以后,只需要一组人员使用电流钳表在继保室、户外端子箱进行测量。试验过程中不需要登高作业,摒弃了传统对于套管CT极性检查时,需要登高去套管头接线的风险。摒弃了传统的使用笨重升流器,避免了多次移动,减少劳力。
参考文献
[1]齐丹丹,王鹏.变压器差动保护误动的原因及预防措施分析[J].民营科技,2014(11).
[2]赵彦龙,张立春.浅谈变压器差动保护中的极性问题[J].农村实用科技信息,2012(5).
[3]郭存瑞,李宗耀,齐建芬.变压器差动保护带负荷测试的内容及数据分析[J].内蒙古科技与经济,2009(15).