CN214408617U - 直流接地极的腐蚀试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了直流接地极的腐蚀试验装置，涉及电力系统技术领域，它包括底板，所述底板上端固定连接有两个竖板，两个所述竖板相对的侧壁共同固定连接有第一放置板与第二放置板，所述底板上设有用于腐蚀试验的第一试验机构，所述第一试验机构包括设置底板上端的三个第一土壤盒，三个所述第一土壤盒上均设有密封盖，三个所述密封盖与第一土壤盒螺纹连接，三个所述第一土壤盒内底部均设有铜板。本实用新型提出了一种新的腐蚀量测试方法，方便相关研究人员随时掌握接地极腐蚀数据，研究接地极防腐措施的对比效果，对直流接地极的设计和安全运行均具有较高的理论价值和实践意义。

Description

直流接地极的腐蚀试验装置

技术领域

本实用新型涉及电力系统技术领域，尤其涉及直流接地极的腐蚀试验装置。

背景技术

由于直流输电与交流输电相比，具有输送容量大、功率的大小和方向易于快速控制、节约线路走廊、不增加短路容量、可阻尼低频振荡等优点，近年来我国直流输电发展迅速，目前已有多项高压直流输电工程在运，并仍有多项在建。直流接地极是直流输电系统的重要组成部分，在直流输电系统单极大地回线运行时，全部工作电流经接地极通过大地回流，这充分利用了大地是良导体的特性，可以减小能量损失。然而，电流从接地极流出，由于土壤的电阻作用，地中会形成一定梯度的地电场，场中的金属结构-接地极就会受到电场影响而发生电化学腐蚀。由于接地极材料一般为金属材料，是电子导体，而土壤是多种盐组成的离子导体，当电能在电子导体与离子导体之间转换时，两相界面必然会发生氧化还原反应，以实现电量的转移，因此无论是单极-大地运行时的工作电流，还是双极运行时的不平衡电流，电流流出的一极都将作为阳极发生电化学腐蚀。这种腐蚀会加速接地极金属材料的破坏，大大缩短接地极金属材料的使用寿命，是接地极的性能劣化的主要原因之一，严重威胁接地系统的安全运行。

接地极埋设于土壤中，可能发生化学腐蚀、电化学腐蚀。土壤中还含有大量的土壤微生物，土壤微生物的生命活动会对金属产生一定的腐蚀作用，并且微生物的新陈代谢产物也会对接地极材料产生腐蚀。土壤作为一种腐蚀介质，与大气、海水等腐蚀介质不同，土壤含有固体骨架，因此具有相对固定性。土壤腐蚀性受众多因素影响，如温度、含水量、孔隙度、电导率、含氧量、pH值、含盐量、微生物、甚至杂散电流等。而且各因素之间也相互影响，使得土壤腐蚀变得非常复杂。

接地材料土壤腐蚀性的研究方法通常分为三类，分别是埋片失重法，电化学测试法和理化性质评价法。

目前判断土壤对金属腐蚀特性的实验方法最经典的是失重法与最大孔蚀深度法，即在需要评价的土壤中埋设钢铁材料试样，测出该试样的腐蚀失重和最大孔蚀深度。一般情况下是在变电站现场进行，通过现场埋设试片计算失重腐蚀速度的方式来评价土壤腐蚀性和研究实际腐蚀状态和过程，所测数据符合实际且较为准确，现在仍然采用。该方法能最直接、客观和比较准确地反映土壤的腐蚀性，因而被广泛运用，但实验周期长，工作量大，不利于研究的开展，并且受变电站地域、季节天气的影响较大，对土壤腐蚀性的研究有较大的影响，也不能获得腐蚀过程参数和本质，实际应用不便。

接地材料的土壤腐蚀本质上属于电化学腐蚀，所以，部分研究者采用电化学测试法对其进行评价，这主要是依靠电化学仪器进行，唐红雁等人通过极化曲线对碳钢材料在土壤中的腐蚀行为进行了研究，结果发现，土壤含水率、土壤含盐量和土壤含气率是三个主要影响碳钢腐蚀的因素，虽然接地材料在土壤中的腐蚀属于电化学腐蚀，但因土壤介质是一个相当复杂的体系，材料在其中的腐蚀情况远比在其他水溶液等体系中复杂的多，因此该方法实施起来远没有达到效果。

通过土壤的理化性能指标对接地土壤腐蚀性进行快速评价，近年来，这种方法在国内外得到土壤腐蚀工作者的青睐，从对单项指标的深入研究，比如从土壤电阻率和土壤含水率等对土壤腐蚀性进行评价，到国外的多项指标综合评价，例如德国的Baeckman标准和美国的ANSI A21.5标准等，再到引入相关的数学理论(如主分量分析法、熵权法、灰关联分析法、人工神经网络等)进行评价，力求得到一种实际应用价值大、土壤腐蚀性分级准确度高的综合分级技术。但是，截止到目前为止，针对接地土壤腐蚀性评价研究而言，世界各国还未有统一、有效的评价标准。

因此，为了保证接地极的安全稳定运行，对接地极的腐蚀问题研究具有重要意义。长期以来，科研人员为探索接地极的腐蚀与防护措施，需要掌握现场腐蚀数据及防护措施对比效果。但接地体长期处于变化状态，科研人员不可能长期不间断测量电流、电压、波形、频率等相关试验数据，而且如要观测到明显的金属腐蚀现象，耗时极长。而对于一些腐蚀参数，特别是对于防腐措施的研究，需要在实验室进行前期的对比试验。

综上所述，有必要设计一种直流接地极的腐蚀试验装置，用于研究分析直流接地极腐蚀的机理和影响因素，并提出一种新的测试方法，对接地极的腐蚀量进行准确测量所以，需要设计直流接地极的腐蚀试验装置来解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的直流接地极的腐蚀试验装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

直流接地极的腐蚀试验装置，包括底板，所述底板上端固定连接有两个竖板，两个所述竖板相对的侧壁共同固定连接有第一放置板与第二放置板，所述底板上设有用于腐蚀试验的第一试验机构，所述第一试验机构包括设置底板上端的三个第一土壤盒，三个所述第一土壤盒上均设有密封盖，三个所述密封盖与第一土壤盒螺纹连接，三个所述第一土壤盒内底部均设有铜板，所述第二放置板上设有用于腐蚀试验的第二试验机构。

优选地，所述第二试验机构包括设置第一放置板上端的三个第二土壤盒，三个所述第二土壤盒敞口设置，三个所述第二土壤盒侧壁均设有不锈钢板，三个所述不锈钢板横截面均为L形，三个所述不锈钢板上端分别伸出三个第二土壤盒上端。

优选地，三个所述第一土壤盒与三个第二土壤盒内均填充有腐蚀介质，三个所述第一土壤盒与三个第二土壤盒内均设有腐蚀电极、腐蚀试片与温湿度侧视探头。

优选地，所述第二放置板上端固定连接有温湿度采集器、直流稳定电源与计算机，三个所述第一土壤盒与三个第二土壤盒内的温湿度侧视探头均与温湿度采集器电性连接,温湿度采集器与计算机电性连接。

优选地，六个所述腐蚀电极通过导线均与直流稳定电源的正极相连，三个所述铜板与三个不锈钢板均通过导线与直流稳定电源负极相连。

优选地，三个所述腐蚀试片上端均设有用于连接导线的圆孔。

优选地，所述底板下端固定连接有四个行走轮，四个所述行走轮上均设有刹车片。

本实用新型中，具有以下有益效果：

1、本装置提出了一种新的腐蚀量测试方法，方便相关研究人员随时掌握接地极腐蚀数据，研究接地极防腐措施的对比效果，对直流接地极的设计和安全运行均具有较高的理论价值和实践意义。

附图说明

图1为本实用新型提出的直流接地极的腐蚀试验装置的结构示意图；

图2为本实用新型提出的直流接地极的腐蚀试验装置的A处结构放大图；

图3为本实用新型提出的直流接地极的腐蚀试验装置的腐蚀试片俯视图。

图中：1底板、2竖板、3第一放置板、4第二放置板、5第一土壤盒、6第二土壤盒、7腐蚀电极、8密封盖、9腐蚀介质、10温湿度侧视探头、11不锈钢板、12铜板、13温湿度采集器、14直流稳定电源、15计算机、16行走轮、17腐蚀试片、18圆孔。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

参照图1-3，直流接地极的腐蚀试验装置，包括底板1，底板1 上端固定连接有两个竖板2，两个竖板2相对的侧壁共同固定连接有第一放置板3与第二放置板4，底板1下端固定连接有四个行走轮16，四个行走轮16上均设有刹车片。

底板1上设有用于腐蚀试验的第一试验机构，第一试验机构包括设置底板1上端的三个第一土壤盒5，三个第一土壤盒5上均设有密封盖8，三个密封盖8与第一土壤盒5螺纹连接，三个第一土壤盒5 内底部均设有铜板12，第二放置板4上设有用于腐蚀试验的第二试验机构，三个第一土壤盒5与三个第二土壤盒6均采用有机玻璃加工制作，土壤盒尺寸：0.3×0.2×0.2m。

第二试验机构包括设置第一放置板3上端的三个第二土壤盒6，三个第二土壤盒6敞口设置，三个第二土壤盒6侧壁均设有不锈钢板 11，三个不锈钢板11横截面均为L形，三个不锈钢板11上端分别伸出三个第二土壤盒6上端。

三个第一土壤盒5与三个第二土壤盒6内均填充有腐蚀介质9，可以选用含水率不同的土壤介质、酸碱度不同的腐蚀介质9、盐含量不同的腐蚀介质9或者焦炭介质等，三个第一土壤盒5与三个第二土壤盒6内可以根据实验条件的不同更换不同种类的腐蚀介质9作为填料(如土壤、水、含水或含盐焦炭等)，三个第一土壤盒5与三个第二土壤盒6内均设有腐蚀电极7、腐蚀试片17与温湿度侧视探头10。

第二放置板4上端固定连接有温湿度采集器13、直流稳定电源 14与计算机15，直流稳定电源14可以采用20A/300V、4A/500V、 500A/80V一系列直流电源，三个第一土壤盒5与三个第二土壤盒6 内的温湿度侧视探头10均与温湿度采集器13电性连接,温湿度采集器13与计算机15电性连接。

六个腐蚀电极7通过导线均与直流稳定电源14的正极相连，三个铜板12与三个不锈钢板11均通过导线与直流稳定电源14负极相连，对于密封的三个第一土壤盒5设计，利用底部铜板12作为回流电极，对于非密封的三个第二土壤盒6设计，侧边加设的不锈钢板 11作为回流电极，出沿部分用作导线连接。

三个腐蚀试片17腐蚀试片选取常用的接地材料：碳钢(50×60 ×3mm)、H62黄铜(50×60×3mm)、铁氧体(40×25×4mm)、石墨(50 ×60×3mm)、高硅铸铁(试片未切割)、柔性石墨等。在试片上端钻直径为6mm的圆孔18用于连接导线。实验前放入干净的丙酮中浸泡2min，取出后用冷风吹干备用。

在使用时，具体操作如下：一、准备试验场地，利用有机玻璃加工建立长方体土壤盒，在盒中填满实际土壤或者土壤模拟液，土壤盒中土壤为接地极试点土壤，木棍研细，用10#孔径的筛子过筛，保证土壤质量，将筛过的土壤在115℃的烘箱内将土样烘8个小时，烘干至恒重后，称重土样质量8498g，加入去离子水和乙酸试剂1714g，配置含水率为20％，pH值为4的土样，放置在300mm×200mm×200mm 的土壤盒内。

二、制备试验电极，根据实际工程中直流接地极材料及尺寸，收集不同材料直流接地极，构造试验腐蚀电极7与回流电极(铜板12、不锈钢板11)，加工成3-5尺寸，其长度为0.25m～0.4m，编号称重记录后，将金属线缠绕在钢脚上，用电胶布缠绕固定，埋设在内，距离底部回流电极(铜板12)2cm、其中回流电极电阻尽量要小，才能方便通过大电流，将碳钢试片用乙醇试剂清洗表面油污后，利用吹风机去除表面残留的水渍，用电子天平称重记录碳钢试片原始质量。

三、准备直流稳定电源14，其中电源可输出电压为0～100V，可输出电流为0～5A。

四、电极埋设，将电极埋设在土壤中，其中腐蚀电极7水平埋设，埋深为0.6m，回流电极(不锈钢板11)垂直埋设，在腐蚀电极7及回流电极上加载直流电流，其中腐蚀电极7与直流稳定电源14的正极相连，回流电极(不锈钢板11)与直流稳定电源14的负极相连。

五、采用300V/20A直流电源对腐蚀试片17进行通电。其中碳钢试片连接直流稳定电源14正极，土壤箱底部回流电极(铜板12)连接直流稳定电源14负极，形成回路。通电完成后取出腐蚀试片17，将腐蚀试片17表面腐蚀产物去除，利用3D扫描仪对腐蚀后的接地极进行3维立体扫描，获取接地极的3维立体模型，并将数据传输到计算机15中，通过将腐蚀前后的接地极模型进行对比，利用计算机软件编程，计算得到接地极的腐蚀量，记录数据。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.直流接地极的腐蚀试验装置，包括底板(1)，其特征在于，所述底板(1)上端固定连接有两个竖板(2)，两个所述竖板(2)相对的侧壁共同固定连接有第一放置板(3)与第二放置板(4)，所述底板(1)上设有用于腐蚀试验的第一试验机构，所述第一试验机构包括设置底板(1)上端的三个第一土壤盒(5)，三个所述第一土壤盒(5)上均设有密封盖(8)，三个所述密封盖(8)与第一土壤盒(5)螺纹连接，三个所述第一土壤盒(5)内底部均设有铜板(12)，所述第二放置板(4)上设有用于腐蚀试验的第二试验机构。

2.根据权利要求1所述的直流接地极的腐蚀试验装置，其特征在于，所述第二试验机构包括设置第一放置板(3)上端的三个第二土壤盒(6)，三个所述第二土壤盒(6)敞口设置，三个所述第二土壤盒(6)侧壁均设有不锈钢板(11)，三个所述不锈钢板(11)横截面均为L形，三个所述不锈钢板(11)上端分别伸出三个第二土壤盒(6)上端。

3.根据权利要求1所述的直流接地极的腐蚀试验装置，其特征在于，三个所述第一土壤盒(5)与三个第二土壤盒(6)内均填充有腐蚀介质(9)，三个所述第一土壤盒(5)与三个第二土壤盒(6)内均设有腐蚀电极(7)、腐蚀试片(17)与温湿度侧视探头(10)。

4.根据权利要求1所述的直流接地极的腐蚀试验装置，其特征在于，所述第二放置板(4)上端固定连接有温湿度采集器(13)、直流稳定电源(14)与计算机(15)，三个所述第一土壤盒(5)与三个第二土壤盒(6)内的温湿度侧视探头(10)均与温湿度采集器(13) 电性连接,温湿度采集器(13)与计算机(15)电性连接。

5.根据权利要求3所述的直流接地极的腐蚀试验装置，其特征在于，六个所述腐蚀电极(7)通过导线均与直流稳定电源(14)的正极相连，三个所述铜板(12)与三个不锈钢板(11)均通过导线与直流稳定电源(14)负极相连。

6.根据权利要求3所述的直流接地极的腐蚀试验装置，其特征在于，三个所述腐蚀试片(17)上端均设有用于连接导线的圆孔(18)。

7.根据权利要求1所述的直流接地极的腐蚀试验装置，其特征在于，所述底板(1)下端固定连接有四个行走轮(16)，四个所述行走轮(16)上均设有刹车片。

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