CN106645301A - 一种接地极腐蚀程度非开挖式诊断方法 - Google Patents

Abstract

一种接地极腐蚀程度非开挖式诊断方法，所述的诊断方法是：通过测量接地极极化电阻、接地极极化电位偏移值及接地极塔菲尔斜率来反映接地极的腐蚀程度，根据金属腐蚀原理，建立相应的数学等效模型；利用接地极极化电阻、接地极极化电位偏移值及接地极塔菲尔斜率求接地极腐蚀电流密度，然后利用腐蚀电流密度计算接地极的腐蚀深度；若接地及腐蚀严重，极端的情况下接地极腐蚀断裂，相对腐蚀深为1，接地极的腐蚀程度判定依据是接地极相对腐蚀深度是否超过0.5，大于或等于0.5，则为接地极腐蚀严重；它具有方便、快速、准确性高，能够有效减少由人工开挖所造成的大量劳动力，真实地反映杆塔接地极腐蚀情况等特点。

Description

一种接地极腐蚀程度非开挖式诊断方法

技术领域

本发明涉及的是一种针对输电线路杆塔接地极腐蚀程度非开挖式的诊断方法，属于输电线路的接地极腐蚀程度监测技术领域。

背景技术

长距离、大容量输电是我国未来电网发展的必然趋势，特高压直流输电线路有助于实现更大范围的资源优化配置。在电力系统中，接地极是接地装置的主要组成部分，埋设在土壤中用于泄流，保障电网和电气设备的安全稳定运行。而随着电压的升高，直流输电线路杆塔对接地的要求越来越高。杆塔接地极埋深不小于0.6m，由于长期处于地下阴暗潮湿的环境，不可避免会发生腐蚀。另外，对于特高压直流输电而言，当其因故障或检修等原因而处于“单级——大地”运行方式时，直流接地极将作为工作电流的返回通道，当工作电流或不平衡电流通过直流接地极流经大地时，使接地极腐蚀加剧。

输电线路杆塔接地极发生腐蚀后，对杆塔接地极电流的溢散产生畸变。杆塔接地极的电流溢散的宏观表现主要是接地电阻，对于接地极而言，其与大地的接触电阻越小越好，这样才能使接地极的电流迅速流向大地，而不至于使高压向二次回路反击，从而保护设备，保证人身安全。若杆塔接地极遭受腐蚀严重，造成散流不通畅，接地电阻增大，运行中满足不了热稳定性要求，当电力系统发生短路故障或雷击时，地电位升高，高压窜入二次回路，造成更大事故的发生。

目前接地极腐蚀诊断的主要方法有基于网络理论的分析法和基于电磁场理论的分析法。前者是将接地极看成纯电阻，利用电路理论基本原理，通过一定的测量手段和计算方法建立接地极腐蚀诊断方程，并通过求解诊断方程得到各支路导体的实际阻值或电阻值变化率，进而对腐蚀状况进行判别；后者主要是通过向接地极注入一定频率的电流，并测量接地极地表磁场强度，最后根据磁场的分布对蚀程度进行诊断。但在电力公司实际运维工作中，接地极腐蚀诊断大都采用定期开挖方式，费时费力，盲目性较大，受现场运行条件影响较大，整体运维成本较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种方便、快速、准确性高，能够有效降低由人工开挖所造成的大量劳动力，通过对杆塔接地极进行腐蚀程度监测，通过腐蚀深度反映接地极的腐蚀程度，真实地反映杆塔接地极的腐蚀情况，对腐蚀严重的接地极进行及时预警并更换接腐蚀严重接地极的接地极腐蚀程度非开挖式诊断方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种接地极腐蚀程度非开挖式诊断方法，所述的诊断方法是：通过测量接地极极化电阻、接地极极化电位偏移值及接地极塔菲尔斜率来反映接地极的腐蚀程度，根据金属腐蚀原理，建立相应的数学等效模型；利用接地极极化电阻、接地极极化电位偏移值及接地极塔菲尔斜率求接地极腐蚀电流密度，然后利用腐蚀电流密度计算接地极的腐蚀深度；若接地及腐蚀严重，极端的情况下接地极腐蚀断裂，相对腐蚀深为1，接地极的腐蚀程度判定依据是接地极相对腐蚀深度是否超过0.5，大于或等于0.5，则为接地极腐蚀严重。

作为优选：所述的诊断方法包括如下步骤：

1)、极化电阻测量，对于接地极与土壤介质，依据电路等效原理，将接地极各电极间的电路等效为一个双层电容并联一个极化电阻后再串联一个介质电阻；测量时，调节电源的频率，分别在电源频率为10kHz和直流电源情况下记录工作电极与参比电极间的电压电流；电压源输出电压不变，调节电压的频率，当为直流电压时，

当输入为高频电压时(f>10kHz)：

所以：

2)、极化电位偏移值及塔菲尔常数测量，测量接地极极化电位偏移值时，不开电源，测量参比电极与工作电极之间的电位，即自腐蚀电位Ecorr；接通电源，测量参比电极与工作电极之间的电位，即极化电位E₁；极化电位偏移值ΔE为两者之差；

ΔE＝E₁-Ecorr (4)

ΔE在10mV内求解，分别在弱极化区内的ΔE＝|ΔE₂|＝-|ΔE₂|进行极化测量，分别得到阳极极化电流密度I+和阴极极化电流密度的绝对值I-；

将上面两式想乘并令则可得：

这里，b_2,a＝2.3β_a,b_2,c＝2.3β_c；

由于|ΔE₂|＜10mV，所以

3)、腐蚀深度计算，

根据腐蚀电流计算公式求得

接地极腐蚀程度用腐蚀深度表示，腐蚀深度计算公式如式(11)、(12)：

相对腐蚀深度为其中d₀为接地原深度；若相对腐蚀深度大于0.5，则为腐蚀严重；并将腐蚀深度及腐蚀状态通过显示终端显示出来。

本发明具有方便、快速、准确性高，能够有效减少由人工开挖所造成的大量劳动力，通过对杆塔接地极的腐蚀程度监测，通过腐蚀深度反映接地极的腐蚀程度，真实地反映杆塔接地极腐蚀情况，对腐蚀严重的接地极进行及时预警并更换接腐蚀严重接地极等特点。

附图说明

图1是接地极等效电阻等效图

图2是接地极极化电位偏移值测量模型图

图3是本发明操作流程图

具体实施方式

下面结合附图对发明作进一步说明，本发明所述的一种接地极腐蚀程度非开挖式诊断方法，所述的诊断方法是：通过测量接地极极化电阻、接地极极化电位偏移值及接地极塔菲尔斜率来反映接地极的腐蚀程度，根据金属腐蚀原理，建立相应的数学等效模型；利用接地极极化电阻、接地极极化电位偏移值及接地极塔菲尔斜率求接地极腐蚀电流密度，然后利用腐蚀电流密度计算接地极的腐蚀深度；若接地及腐蚀严重，极端的情况下接地极腐蚀断裂，相对腐蚀深为1，接地极的腐蚀程度判定依据是接地极相对腐蚀深度是否超过0.5，大于或等于0.5，则为接地极腐蚀严重。

参考图1-3所示，本发明所述诊断方法的具体步骤是：

1)、极化电阻测量，对于接地极与土壤介质，依据电路等效原理，将接地极各电极间的等电路等为一个双层电容并联一个极化电阻后再串联一个介质电阻。测量时，调节电源的频率，分别在电源频率为10kHz和直流电源情况下记录工作电极与参比电极间的电压电流。电压源输出电压不变，调节电压的频率，当为直流电压时，

当输入为高频电压时(f>10kHz)：

所以：

2)、极化电位偏移值及塔菲尔常数测量，测量接地极极化电位偏移值时，不开电源，测量参比电极与工作电极之间的电位，即自腐蚀电位Ecorr；接通电源，测量参比电极与工作电极之间的电位，即极化电位E₁。极化电位偏移值ΔE为两者之差。

ΔE＝E₁-Ecorr (4)

ΔE在10mV内求解，分别在弱极化区内的ΔE＝|ΔE₂|＝-|ΔE₂|进行极化测量，分别得到阳极极化电流密度I+和阴极极化电流密度的绝对值I-。

将上面两式想乘并令则可得：

这里，b_2,a＝2.3β_a,b_2,c＝2.3β_c；

由于|ΔE₂|＜10mV，所以

3)、腐蚀深度计算

根据腐蚀电流计算公式求得

接地极腐蚀程度用腐蚀深度表示，腐蚀深度计算公式如式(11)、(12)：

相对腐蚀深度为其中d₀为接地原深度。若相对腐蚀深度大于0.5，则为腐蚀严重。并将腐蚀深度及腐蚀状态通过显示终端显示出来。

本发明适用于：一是用于检测各种土壤介质环境下接地极腐蚀程度；二是用于埋设于地下各种金属的腐蚀情况测量；

本发明所述的一种接地极程度非开挖式诊断方法，首先测量接地极极化电阻、极化电位偏移值及塔菲尔常数，然后通过数据处理求解出接地极腐蚀电流，而腐蚀深度则通过腐蚀电流和埋设年限来表示，腐蚀深度表征了接地极的腐蚀程度；通过判断接地极相对腐蚀深度是否超过警戒值，实现对接地极腐蚀状态的监测。

实施例：本发明通过测量接地极极化电阻、接地极极化电位偏移值及接地极塔菲尔斜率来反映接地极的腐蚀程度，根据金属腐蚀原理，建立相应的数学等效模型。利用接地极极化电阻、接地极极化电位偏移值及接地极塔菲尔斜率求接地极腐蚀电流密度，然后利用腐蚀电流密度计算接地极的腐蚀深度。

1)、极化电位与极化电阻测量单元

二个测量单元包括极化电位测量单元及极化电阻测量单元。极化电位测量单元单元包括工作电极、辅助电极及参比电极；极化电阻测量单元包括工作电极及辅助电极；

2)、接地极极化电阻等效模型

模型直接决定求解的准确度，利用电路等效原理，将极化后的接地极等效为一个极化电阻并联一个双层电容后串联一个接地极电阻。

3)、腐蚀参数的建立与求解

接地极的腐蚀程度判定通过接地极的腐蚀深度来表现，要求解腐蚀电流，就需要监测接地极的自腐蚀电位E_corr、腐蚀电位E₁、极化电阻R_p、接地极塔菲尔常数B。自腐蚀电位E_corr与腐蚀电位E₁是分别在未通电与通电后测量参比电极与辅助电极之间的电压，极化电阻R_p通过在低频电源与高频电源下测量求差所得。

4)、接地极腐蚀程度的判定

若接地及腐蚀严重，极端的情况下接地极腐蚀断裂，相对腐蚀深为1，这是极限的情况，实际上接地极腐蚀严重时会造成接地电阻增大，影响接地极的散流。接地极的腐蚀程度判定依据是接地极相对腐蚀深度是否超过0.5，大于或等于0.5，则为接地极腐蚀严重。

Claims (2)

1.一种接地极腐蚀程度非开挖式诊断方法，其特征在于所述的诊断方法是：通过测量接地极极化电阻、接地极极化电位偏移值及接地极塔菲尔斜率来反映接地极的腐蚀程度，根据金属腐蚀原理，建立相应的数学等效模型；利用接地极极化电阻、接地极极化电位偏移值及接地极塔菲尔斜率求接地极腐蚀电流密度，然后利用腐蚀电流密度计算接地极的腐蚀深度；若接地及腐蚀严重，极端的情况下接地极腐蚀断裂，相对腐蚀深为1，接地极的腐蚀程度判定依据是接地极相对腐蚀深度是否超过0.5，大于或等于0.5，则为接地极腐蚀严重。

2.根据权利要求1所述的接地极腐蚀程度非开挖式诊断方法，其特征在于所述的诊断方法包括如下步骤：

1)、极化电阻测量，对于接地极与土壤介质，依据电路等效原理，将接地极各电极间的电路等效为一个双层电容并联一个极化电阻后再串联一个介质电阻；测量时，调节电源的频率，分别在电源频率为10kHz和直流电源情况下记录工作电极与参比电极间的电压电流；电压源输出电压不变，调节电压的频率，当为直流电压时，

$R=R_P+R_S=\frac{E_1}{I_1}---\left(1\right)$

当输入为高频电压时(f>10kHz)：

$R=R_S=\frac{E_2}{I_2}---\left(2\right)$

所以：

2)、极化电位偏移值及塔菲尔常数测量，测量接地极极化电位偏移值时，不开电源，测量参比电极与工作电极之间的电位，即自腐蚀电位Ecorr；接通电源，测量参比电极与工作电极之间的电位，即极化电位E₁；极化电位偏移值ΔE为两者之差；

ΔE＝E₁-Ecorr (4)

ΔE在10mV内求解，分别在弱极化区内的ΔE＝|ΔE₂|＝-|ΔE₂|进行极化测量，分别得到阳极极化电流密度I+和阴极极化电流密度的绝对值I-；

$I_{+}=i_{corr}\exp \left(\frac{2.3\left|{\mathrm{\ΔE}}_2\right|}{b_{2,a}}\right)-i_{corr}\exp (-\frac{2.3\left|{\mathrm{\ΔE}}_2\right|}{b_{2,c}})---\left(5\right)$

$I_{-}=i_{corr}\exp \left(\frac{2.3\left|{\mathrm{\ΔE}}_2\right|}{b_{2,c}}\right)-i_{corr}\exp (-\frac{2\mathrm{\β}\left|{\mathrm{\ΔE}}_2\right|}{b_{2,a}})---\left(6\right)$

将上面两式想乘并令则可得：

这里，b_2,a＝2.3β_a,b_2,c＝2.3β_c；

$\sqrt{I_{+}\left|I_{-}\right|}=I_{corr}\[\exp \left(x\right)-\exp (-x)\]---\left(7\right)$

$\frac{\[\exp \left(x\right)-\exp \left(-x\right)\]}{2x}=\frac{\sqrt{I_{+}\left|I_{-}\right|}}{2I_{corr}\frac{1}{2}\left(\frac{1}{{\mathrm{\β}}_a}+\frac{1}{{\mathrm{\β}}_c}\right)\left|{\mathrm{\ΔE}}_2\right|}=\frac{\sqrt{I_{+}\left|I_{-}\right|}}{\frac{B}{R_p}\frac{1}{B}\left|{\mathrm{\ΔE}}_2\right|}=\frac{R_p\sqrt{I_{+}\left|I_{-}\right|}}{\left|{\mathrm{\ΔE}}_2\right|}=a---\left(8\right)$

由于|ΔE₂|＜10mV，所以

$B=\frac{{\mathrm{\β}}_a\mathrm{\β}c}{{\mathrm{\β}}_a+{\mathrm{\β}}_c}=\frac{\left|{\mathrm{\ΔE}}_2\right|}{2x}---\left(9\right);$

3)、腐蚀深度计算，

根据腐蚀电流计算公式求得

接地极腐蚀程度用腐蚀深度表示，腐蚀深度计算公式如式(11)、(12)：

$v=\frac{M}{nF}{i}_{corr}=3.73\×{10}^{-4}\frac{M}{n}{i}_{corr}---\left(11\right)$

$d=\frac{v}{p}=3.28\×\frac{M}{n\mathrm{\ρ}}{i}_{corr}=3.28\×\frac{M}{n\mathrm{\ρ}}\frac{B}{R_p}=3.28\×\frac{M}{n\mathrm{\ρ}}\·\frac{\left|{\mathrm{\ΔE}}_2\right|}{2R_p\sqrt{6\left(a-1\right)}}---\left(12\right)$

相对腐蚀深度为其中d₀为接地原深度；若相对腐蚀深度大于0.5，则为腐蚀严重；并将腐蚀深度及腐蚀状态通过显示终端显示出来。