CN103105355A - 一种输电线路铁塔接地网腐蚀检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种输电线路铁塔接地网腐蚀检测方法及装置，该装置包括：极化电阻检测单元，向被测接地网金属和土壤介质施加线性极化直流信号，测量腐蚀体系的极化电阻；介质电阻检测单元，向被测接地网金属和土壤介质施加高频交流信号，测量腐蚀体系的介质电阻；塔菲尔常数检测单元，向被测接地网金属和土壤介质施加弱极化直流信号，测量腐蚀体系的塔菲尔常数；检测结果生成单元，根据极化电阻和介质电阻计算生成腐蚀体系的实际极化电阻，并根据实际极化电阻和塔菲尔常数计算生成被测接地网金属的腐蚀电流密度数据；检测结果输出单元，输出包含腐蚀电流密度数据在内的检测结果数据。用以解决输电线路铁塔接地网的腐蚀检测问题。

Description

一种输电线路铁塔接地网腐蚀检测方法及装置

技术领域

本发明关于输电线路铁塔接地网腐蚀状态检测技术，特别是关于应用了电化学检测的铁塔接地网腐蚀状态现场检测技术，具体的讲是一种输电线路铁塔接地网腐蚀检测方法及装置。

背景技术

输电线路铁塔包括地面部分和地下部分。地面部分的铁塔，由于暴露在大气环境中，其腐蚀程度通过目测就可以定性评价。而地下部分，由于埋设在地下，既看不见，又无监视装置，所以当输电线路铁塔运行一段时间后，腐蚀问题就会暴露出来，尤其是在沿海地区铁塔的腐蚀问题尤为突出。目前输电线路铁塔腐蚀检测大多采用线性极化技术，该检测技术容易受干扰信号的影响，从而影响测量结果。

中国专利CN101315403公开的“一种接地网腐蚀检测方法及系统”揭示了发电厂及变电站的接地网在不开挖的条件下进行接地网腐蚀状况检测的技术方案。但是，这种主要针对发电厂和变电站的接地网腐蚀检测方案，不能很好的应用于输电线路铁塔的接地网检测，因为输电线路铁塔往往设置在野外，而采用适用于发电厂及变电站的接地网检测设备去野外的输电线路铁塔进行接地网检测，不仅携带不便而且存在信号的干扰，致使检测数据不准确。

发明内容

本发明实施例提供了一种输电线路铁塔接地网腐蚀检测方法及装置，用以解决输电线路铁塔接地网的腐蚀检测问题。

本发明的目的之一是，提供一种输电线路铁塔接地网腐蚀检测方法，该方法包括：向被测接地网金属和土壤介质施加线性极化直流信号，测量被测接地网金属和土壤介质构成的腐蚀体系的极化电阻；向被测接地网金属和土壤介质施加高频交流信号，测量腐蚀体系的介质电阻；向被测接地网金属和土壤介质施加弱极化直流信号，测量被测接地网金属和土壤介质构成的腐蚀体系的塔菲尔常数；根据极化电阻和介质电阻计算生成腐蚀体系的实际极化电阻，并根据实际极化电阻和塔菲尔常数计算生成被测接地网金属的腐蚀电流密度数据；输出包含腐蚀电流密度数据在内的检测结果数据。

本发明的目的之一是，提供一种输电线路铁塔接地网腐蚀检测装置，该装置包括：极化电阻检测单元，用于向被测接地网金属和土壤介质施加线性极化直流信号，测量被测接地网金属和土壤介质构成的腐蚀体系的极化电阻；介质电阻检测单元，用于向被测接地网金属和土壤介质施加高频交流信号，测量腐蚀体系的介质电阻；塔菲尔常数检测单元，用于向被测接地网金属和土壤介质施加弱极化直流信号，测量被测接地网金属和土壤介质构成的腐蚀体系的塔菲尔常数；检测结果生成单元，用于根据极化电阻和介质电阻计算生成腐蚀体系的实际极化电阻，并根据实际极化电阻和塔菲尔常数计算生成被测接地网金属的腐蚀电流密度数据；检测结果输出单元，用于输出包含腐蚀电流密度数据在内的检测结果数据。

本发明的有益效果在于，实现了输电线路铁塔接地网腐蚀的现场检测。并且，由于极化电阻与测试点的腐蚀状况有直接关系、介质电阻与测试点周围的湿度、温度及介质成分等有关，两者的关系不是固定不变的，因此，本发明实施例在施加线性极化的过程中根据现场的情况不同，设置不同的极化电压幅度，使施加的极化电压有足够的幅度，提高了输电线路铁塔接地网腐蚀检测的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的输电线路铁塔接地网腐蚀检测方法的流程图；

图2为本发明实施例的腐蚀检测中金属电极的极化曲线示意图；

图3为本发明实施例的腐蚀体系的电化学等效电路图；

图4为本发明实施例的输电线路铁塔接地网腐蚀检测装置的结构框图；

图5为本发明实施例的输电线路铁塔接地网腐蚀检测装置的电路原理图；

图6为本发明实施例的小孔限流传感器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例的输电线路铁塔接地网腐蚀检测方法包括：向被测接地网金属和土壤介质施加线性极化直流信号，测量被测接地网金属和土壤介质构成的腐蚀体系的极化电阻(步骤S101)；向被测接地网金属和土壤介质施加高频交流信号，测量腐蚀体系的介质电阻(步骤S102)；向被测接地网金属和土壤介质施加弱极化直流信号，测量被测接地网金属和土壤介质构成的腐蚀体系的塔菲尔常数(步骤S103)；根据极化电阻和介质电阻计算生成腐蚀体系的实际极化电阻，并根据实际极化电阻和塔菲尔常数计算生成被测接地网金属的腐蚀电流密度数据(步骤S104)；输出包含腐蚀电流密度数据在内的检测结果数据(步骤S105)。

在步骤S101中，可采用小孔限流传感器向被测接地网金属和土壤介质施加±10mV的线性极化电位，并采集小孔限流传感器的辅助电极与工作电极形成的极化回路中的电流信号，根据极化回路中的电流信号生成极化电阻。

在步骤S102中，可采用小孔限流传感器向被测接地网金属和土壤介质施加高频交流信号，并采集高频交流信号作用在腐蚀体系的土壤介质上的电流信号，根据作用在土壤介质上的电流信号生成介质电阻。

在步骤S103中，可采用小孔限流传感器向被测接地网金属和土壤介质施加±40mV的弱极化电位，并采集小孔限流传感器的辅助电极与工作电极形成的极化回路中的电流信号，根据极化回路中的电流信号生成塔菲尔常数。

在步骤S104中，可根据腐蚀电流密度数据计算生成腐蚀深度数据。

在步骤S105中，可显示输出腐蚀电流密度数据和腐蚀深度数据。

采用稳态线性极化技术测量腐蚀体系的极化电阻，测量出的极化电阻值中还包括介质电阻，由接地网金属和土壤介质构成的腐蚀体系，由于土壤的电阻率比较大，极化电阻测量中必须考虑土壤电阻。采用交流阻抗方法测出体系的介质电阻，从稳态线性极化测量求出的极化电阻减去介质电阻获得腐蚀体系的实际极化电阻。由实际极化电阻值Rp和通过弱极化区测得的塔菲尔常数B，根据Stern-Geary公式可以计算出腐蚀电流密度Icorr(Icorr＝B/Rp)。就可准确地获得腐蚀电流密度。再根据法拉第定律将腐蚀电流密度换算成腐蚀深度指标。

极化电阻的测量(线性极化区)包括：在线性极化区施加极化电位+|ΔE1|、-|ΔE1|，测量该极化电位下的阴阳极极化电流Ia1和Ic1。如图2所示的腐蚀测量过程中金属电极的极化曲线，可按式(1)计算出极化电阻Rp：

$\mathrm{Rp}=\frac{2\left|\mathrm{\ΔE}1\right|}{\left|I_{a1}\right|+\left|I_{c1}\right|}---\left(1\right)$

介质电阻的测量包括：交流阻抗方法是对腐蚀体系施加微小的高频正弦波信号，由于高频信号可穿过金属和介质之间所形成的界面电容，并全部作用在介质电阻上，由此测出体系的介质电阻。在接地网金属和土壤构成的腐蚀体系中，被测的金属与腐蚀介质之间形成一个双电层，如图3所示的电化学等效电路。双电层具有电容的特性，即通交流阻直流，利用这一特性，对腐蚀体系施加一个频率大于10KHZ、极化值小于10mV的高频正弦波信号，高频信号可穿过金属和腐蚀介质之间所形成的电化学双电层电容，使得施加的高频信号全部作用在介质电阻上，由此可准确的测得腐蚀体系的介质电阻。从线性极化所测得的极化电阻中减掉介质电阻即可得到实际的极化电阻值。

塔菲尔常数的测量(弱极化区的测量)包括：弱极化测量技术是用线性极化技术测量出极化电阻的基础上，对被测电极施加弱极化，通过弱极化区的极化电流求出塔菲尔常数，从而求得金属的腐蚀速度.弱极化技术既解决了线性极化技术因估算塔菲尔系数所带来的较大的理论误差，又解决了极化曲线方法即塔菲尔直线外推法所导致的对电极表面的破坏。

在弱极化区施加极化电位+|ΔE2|和-|ΔE2|，测量该极化电位下的阳极和阴极极化电流Ia2和Ic2(ΔE＝±40mV)，如图2所示，按式(2)计算腐蚀申流：

$I_{\mathrm{corr}}=\frac{\left|\mathrm{\Δ}{E}_2\right|}{2\mathrm{Rp}\sqrt{6(a-1)}}---\left(2\right)$

式中， $a=\frac{\mathrm{Rp}\sqrt{\left|i_{a2}\right|\·\left|i_{c2}\right|}}{\left|\mathrm{\Δ}{E}_2\right|}---\left(3\right)$

利用式(4)即可将腐蚀电流转换为腐蚀深度指标：

$V_t=\frac{K\·M\·I_{\mathrm{corr}}}{n\·\mathrm{\ρ}}---\left(4\right)$

Vt：腐蚀深度，μm/a。

K：系数，0.00327。

Icorr：腐蚀电流密度，mA/cm2。

n：金属腐蚀过程中的得失电子数

M：金属的摩尔质量，g/mol。

ρ：金属的密度，g/cm2。

极化电阻与测试点的腐蚀状况有直接关系、介质电阻与测试点周围的湿度、温度及介质成分等有关，两者的关系不是固定不变的，因此，为保证测量的准确性，本设计在施加线性极化的过程中根据现场的情况不同，设置不同的极化电压幅度，使施加到设备上的极化电压有足够的幅度，以达到测量的准确性。

如图4所示，本实施例的输电线路铁塔接地网腐蚀检测装置包括：极化电阻检测单元101，用于向被测接地网金属和土壤介质施加线性极化直流信号，测量被测接地网金属和土壤介质构成的腐蚀体系的极化电阻；介质电阻检测单元102，用于向被测接地网金属和土壤介质施加高频交流信号，测量腐蚀体系的介质电阻；塔菲尔常数检测单元103，用于向被测接地网金属和土壤介质施加弱极化直流信号，测量被测接地网金属和土壤介质构成的腐蚀体系的塔菲尔常数；检测结果生成单元104，用于根据极化电阻和介质电阻计算生成腐蚀体系的实际极化电阻，并根据实际极化电阻和塔菲尔常数计算生成被测接地网金属的腐蚀电流密度数据；检测结果输出单元105，用于输出包含腐蚀电流密度数据在内的检测结果数据。

极化电阻检测单元101包括：信号发生器，用于生成±10mV的线性极化电位；小孔限流传感器，用于向被测接地网金属和土壤介质施加±10mV的线性极化电位，并采集小孔限流传感器的辅助电极与工作电极形成的极化回路中的电流信号；极化电阻计算模块，用于根据极化回路中的电流信号生成极化电阻。

介质电阻检测单元102包括：信号发生器，用于生成高频交流信号；小孔限流传感器，用于向被测接地网金属和土壤介质施加高频交流信号，并采集高频交流信号作用在腐蚀体系的土壤介质上的电流信号；介质电阻计算模块，用于根据作用在土壤介质上的电流信号生成介质电阻。

塔菲尔常数检测单元103包括：信号发生器，用于生成±40mV的弱极化电位；小孔限流传感器，用于向被测接地网金属和土壤介质施加所述的±40mV的弱极化电位，并采集小孔限流传感器的辅助电极与工作电极形成的极化回路中的电流信号；塔菲尔常数计算模块，用于根据极化回路中的电流信号生成塔菲尔常数。

检测结果生成单元104包括：实际极化电阻计算模块，用于根据极化电阻和介质电阻计算生成腐蚀体系的实际极化电阻；腐蚀电流密度计算模块，用于根据实际极化电阻和塔菲尔常数计算生成被测接地网金属的腐蚀电流密度数据；腐蚀深度计算模块，用于根据腐蚀电流密度数据计算生成腐蚀深度数据。

检测结果输出单元105包括：显示器，用于显示腐蚀电流密度数据和腐蚀深度数据。

如图5所示，本实施例的输电线路铁塔接地网腐蚀检测装置具体包括：信号发生器201，小孔限流传感器202，辅助电极连接端2021，参比电极连接端2022，工作电极203，极化电阻计算模块204，介质电阻计算模块205，塔菲尔常数计算模块206，以及包括实际极化电阻计算模块、腐蚀电流密度计算模块、腐蚀深度计算模块的检测结果生成模块207，显示器208。该铁塔接地网腐蚀检测装置还包括：控制器、采样电路、滤波电路和可控施加给定，以及图中未示出的键盘、通信模块等。控制器可以采用单片机。

在采用本实施例的输电线路铁塔接地网腐蚀检测装置进行接地网腐蚀检测时，将小孔限流传感器202插入被测地的土壤中，并将工作电极203与铁塔接地网的引下线相连接。辅助电极连接端2021连接小孔限流传感器202的辅助电极，参比电极连接端2022连接小孔限流传感器202的参比电极。

信号发生器201在控制器的控制下生成±10mV的线性极化电位，通过小孔限流传感器202的辅助电极向被测接地网金属和土壤介质施加给定的±10mV的线性极化电位。采样电路采集小孔限流传感器202的辅助电极与工作电极203形成的极化回路中的电流信号；控制器控制极化电阻计算模块204根据极化回路中的电流信号生成极化电阻。

信号发生器201在控制器的控制下生成高频交流信号，通过小孔限流传感器202的辅助电极向被测接地网金属和土壤介质施加给定的高频交流信号。采样电路采集高频交流信号作用在腐蚀体系的土壤介质上的电流信号。控制器控制介质电阻计算模块205根据作用在土壤介质上的电流信号生成介质电阻。

信号发生器201在控制器的控制下生成±40mV的弱极化电位；小孔限流传感器202的辅助电极向被测接地网金属和土壤介质施加给定的±40mV的弱极化电位，采样电路采集小孔限流传感器202的辅助电极与工作电极203形成的极化回路中的电流信号；控制器控制塔菲尔常数计算模块206根据极化回路中的电流信号生成塔菲尔常数。

检测结果生成模块207包括：实际极化电阻计算模块，用于根据极化电阻和介质电阻计算生成腐蚀体系的实际极化电阻；腐蚀电流密度计算模块，用于根据实际极化电阻和塔菲尔常数计算生成被测接地网金属的腐蚀电流密度数据；腐蚀深度计算模块，用于根据腐蚀电流密度数据计算生成腐蚀深度数据。

显示器208在控制器的控制下显示腐蚀电流密度数据和腐蚀深度数据。

如图6所示，小孔限流传感器包括：绝缘柱状壳身504、金属锥形前端509和绝缘冒503；其中，金属锥形前端509的锥顶部具有限流孔，限流孔填充有凝胶518；金属锥形前端509与绝缘柱状壳身504之间为可拆卸的连接；绝缘冒503与绝缘柱状壳身504之间为可拆卸的连接。

参比电极包括：绝缘管状腔体517，用于存放硫酸铜溶液516；渗透塞513，用于封堵绝缘管状腔体517的一端，硫酸铜溶液516通过渗透塞513渗出；密闭塞506，用于封堵绝缘管状腔体517的另一端；铜导线508，铜导线508插入绝缘管状腔体517内的硫酸铜溶液516，并通过密闭塞506引出。

辅助电极包括：金属锥形电极511，该金属锥形电极511的轴向具有穿孔；辅助电极端子512；绝缘层510，用于使金属锥形电极511与金属锥形前端509绝缘；参比电极引线501，与铜导线508连接；辅助电极引线502，与辅助电极端子512连接。限流孔与渗透塞513之间具有可容纳凝胶的空间。现有技术的小孔限流传感器的限流孔与渗透塞513之间的导电介质是土壤，而土壤的导电性不稳定，影响测量结果的准确性。所以本实施例的限流孔与渗透塞513之间的导电介质是凝胶类物质。该凝胶的制作方法包括：先配置一定量饱和氯化钾溶液，加入氯化钾溶液质量百分之一的琼脂糖(BIOWEST琼脂糖，生化级，西班牙进口)，搅匀，加热至沸腾，倒入限流孔与渗透塞513之间的空间中，冷却即可。

参比电极引线501，与铜导线508连接；辅助电极引线502，与辅助电极端子512连接。

本发明实施例，实现了输电线路铁塔接地网腐蚀的现场检测。并且，由于极化电阻与测试点的腐蚀状况有直接关系、介质电阻与测试点周围的湿度、温度及介质成分等有关，两者的关系不是固定不变的，因此，本发明实施例在施加线性极化的过程中根据现场的情况不同，设置不同的极化电压幅度，使施加的极化电压有足够的幅度，提高了输电线路铁塔接地网腐蚀检测的准确性。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (11)

1.一种输电线路铁塔接地网腐蚀检测方法，其特征是，所述的方法包括：

向被测接地网金属和土壤介质施加线性极化直流信号，测量被测接地网金属和土壤介质构成的腐蚀体系的极化电阻；

向被测接地网金属和土壤介质施加高频交流信号，测量所述腐蚀体系的介质电阻；

向被测接地网金属和土壤介质施加弱极化直流信号，测量被测接地网金属和土壤介质构成的腐蚀体系的塔菲尔常数；

根据所述的极化电阻和介质电阻计算生成所述腐蚀体系的实际极化电阻，并根据所述的实际极化电阻和塔菲尔常数计算生成被测接地网金属的腐蚀电流密度数据；

输出包含所述的腐蚀电流密度数据在内的检测结果数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的向被测接地网金属和土壤介质施加线性极化直流信号，测量被测接地网金属和土壤介质构成的腐蚀体系的极化电阻包括：

采用小孔限流传感器向被测接地网金属和土壤介质施加±10mV的线性极化电位，并采集所述小孔限流传感器的辅助电极与工作电极形成的极化回路中的电流信号，根据所述的极化回路中的电流信号生成所述的极化电阻。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的向被测接地网金属和土壤介质施加高频交流信号，测量所述腐蚀体系的介质电阻包括：

采用小孔限流传感器向被测接地网金属和土壤介质施加高频交流信号，并采集所述的高频交流信号作用在所述腐蚀体系的土壤介质上的电流信号，根据所述的作用在土壤介质上的电流信号生成所述的介质电阻。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的向被测接地网金属和土壤介质施加弱极化直流信号，测量被测接地网金属和土壤介质构成的腐蚀体系的塔菲尔常数包括：

采用小孔限流传感器向被测接地网金属和土壤介质施加±40mV的弱极化电位，并采集所述小孔限流传感器的辅助电极与工作电极形成的极化回路中的电流信号，根据所述的极化回路中的电流信号生成所述的塔菲尔常数。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，输出包含所述的腐蚀电流密度数据在内的检测结果数据包括：

根据所述的腐蚀电流密度数据计算生成腐蚀深度数据，显示输出所述的腐蚀电流密度数据和腐蚀深度数据。

6.一种输电线路铁塔接地网腐蚀检测装置，其特征是，所述的装置包括：

极化电阻检测单元，用于向被测接地网金属和土壤介质施加线性极化直流信号，测量被测接地网金属和土壤介质构成的腐蚀体系的极化电阻；

介质电阻检测单元，用于向被测接地网金属和土壤介质施加高频交流信号，测量所述腐蚀体系的介质电阻；

塔菲尔常数检测单元，用于向被测接地网金属和土壤介质施加弱极化直流信号，测量被测接地网金属和土壤介质构成的腐蚀体系的塔菲尔常数；

检测结果生成单元，用于根据所述的极化电阻和介质电阻计算生成所述腐蚀体系的实际极化电阻，并根据所述的实际极化电阻和塔菲尔常数计算生成被测接地网金属的腐蚀电流密度数据；

检测结果输出单元，用于输出包含所述的腐蚀电流密度数据在内的检测结果数据。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征是，所述的极化电阻检测单元包括：

信号发生器，用于生成±10mV的线性极化电位；

小孔限流传感器，用于向被测接地网金属和土壤介质施加所述的±10mV的线性极化电位，并采集所述小孔限流传感器的辅助电极与工作电极形成的极化回路中的电流信号；

极化电阻计算模块，用于根据所述的极化回路中的电流信号生成所述的极化电阻。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征是，所述的介质电阻检测单元包括：

信号发生器，用于生成高频交流信号；

小孔限流传感器，用于向被测接地网金属和土壤介质施加高频交流信号，并采集所述的高频交流信号作用在所述腐蚀体系的土壤介质上的电流信号；

介质电阻计算模块，用于根据所述的作用在土壤介质上的电流信号生成所述的介质电阻。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征是，所述的塔菲尔常数检测单元包括：

信号发生器，用于生成±40mV的弱极化电位；

小孔限流传感器，用于向被测接地网金属和土壤介质施加所述的±40mV的弱极化电位，并采集所述小孔限流传感器的辅助电极与工作电极形成的极化回路中的电流信号；

塔菲尔常数计算模块，用于根据所述的极化回路中的电流信号生成所述的塔菲尔常数。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征是，所述的检测结果生成单元包括：

实际极化电阻计算模块，用于根据所述的极化电阻和介质电阻计算生成所述腐蚀体系的实际极化电阻；

腐蚀电流密度计算模块，用于根据所述的实际极化电阻和塔菲尔常数计算生成被测接地网金属的腐蚀电流密度数据；

腐蚀深度计算模块，用于根据所述的腐蚀电流密度数据计算生成腐蚀深度数据；

所述的检测结果输出单元包括：显示器，用于显示所述的腐蚀电流密度数据和腐蚀深度数据。

11.根据权利要求6所述的装置，其特征是，所述的小孔限流传感器包括，辅助电极、工作电极、参比电极、绝缘柱状壳身、金属锥形前端和绝缘冒；其中，

所述金属锥形前端的锥顶部具有限流孔，所述的限流孔中填充有凝胶；

所述的辅助电极、工作电极和参比电极设置在由绝缘柱状壳身、金属锥形前端和绝缘冒构成的腔内；

所述的金属锥形前端与所述的绝缘柱状壳身之间为可拆卸的连接；所述的绝缘冒与所述的绝缘柱状壳身之间为可拆卸的连接。

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