高壓變電站接地網(wǎng)的遠(yuǎn)程腐蝕監(jiān)測技術(shù)

本文采用小孔限流與護(hù)環(huán)電極電流約束設(shè)計(jì)，并結(jié)合電化學(xué)阻抗技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種能實(shí)時(shí)監(jiān)測接地網(wǎng)腐蝕狀態(tài)的電化學(xué)傳感器。該傳感器通過小孔限流將極化電流約束在小孔于接地網(wǎng)鋼板上的投影區(qū)，同時(shí)通過護(hù)環(huán)電極電流約束電路，使彌散電流得到補(bǔ)償，因而較傳統(tǒng)方法可以更準(zhǔn)確測量接地網(wǎng)的腐蝕速率。系統(tǒng)還通過B/S網(wǎng)絡(luò)模式和SQL數(shù)據(jù)庫技術(shù)，建立了一個(gè)集成腐蝕監(jiān)測、太陽能供電、無線通訊和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的無線監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了基于Internet的現(xiàn)場腐蝕監(jiān)測數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)化訪問，使授權(quán)用戶足不出戶即可通過公眾網(wǎng)或局域網(wǎng)實(shí)時(shí)查看現(xiàn)場腐蝕數(shù)據(jù)或曲線，包括接地網(wǎng)腐蝕速率、腐蝕余量、土壤電阻率與自腐蝕電位等關(guān)鍵參數(shù)。通過山西陽泉和太原兩個(gè)變電站近一年的現(xiàn)場監(jiān)測表明：該監(jiān)測系統(tǒng)可以較為準(zhǔn)確地測量接地網(wǎng)的腐蝕速率，是接地網(wǎng)可靠運(yùn)行的重要保障條件之一。

發(fā)變電站接地網(wǎng)是埋入大地中并與大地緊密接觸的金屬網(wǎng)，為故障電流或雷電流快速泄放提供入地通道、保護(hù)人身安全和電氣設(shè)備安全[1]。當(dāng)前，出于環(huán)境保護(hù)和成本考慮，我國普遍采用低碳鋼而不是銅網(wǎng)作為接地網(wǎng)材料，接地體在土壤中腐蝕會(huì)導(dǎo)致截面積變小、接地電阻增加，造成接地網(wǎng)壽命減短，嚴(yán)重時(shí)甚至危及電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。因此，研究接地網(wǎng)在線腐蝕監(jiān)測方法，實(shí)現(xiàn)不斷電、不開挖情況下的腐蝕監(jiān)測，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，防患于未然，對(duì)于保障電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行具有重要意義。

當(dāng)前大多數(shù)變電站接地網(wǎng)的腐蝕評(píng)估通常依靠測量接地網(wǎng)接地電阻值來間接判斷[2]，然而，由于電磁干擾和測量精度的限制，直接測量地網(wǎng)接地電阻很難準(zhǔn)確評(píng)估地網(wǎng)腐蝕狀態(tài)[3]。也有研究者通過分析接地網(wǎng)埋深位置的土壤，如測量土壤含水率、pH值、含鹽量等腐蝕性參數(shù)來間接評(píng)價(jià)地網(wǎng)腐蝕狀態(tài)[4]，但該方法存在土壤取樣工作量大、分析周期長、且不能直接反映地網(wǎng)自身腐蝕速率等不足之處。對(duì)接地網(wǎng)進(jìn)行開挖檢查最為直接，然而大面積開挖勢(shì)必存在盲目性，且還要切斷電網(wǎng)停電，存在一定的安全隱患。因此研究一種安全可靠、可操作性強(qiáng)、快速準(zhǔn)確的發(fā)變電站接地網(wǎng)腐蝕診斷方法十分迫切[5]。

接地網(wǎng)在土壤中的腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕，可以采用多種電化學(xué)方法進(jìn)行腐蝕監(jiān)測，包括線性極化法[6]、恒電流階躍法[7,8]和電化學(xué)阻抗法[9]等。當(dāng)前大多數(shù)電化學(xué)監(jiān)測方法均需要預(yù)埋金屬試片于土壤中，只能測量土壤的腐蝕性，并不能直接測量地網(wǎng)自身的腐蝕速率。如果將被測地網(wǎng)作為工作電極，則必須將極化電流限制在一定區(qū)域內(nèi)，否則，被極化接地網(wǎng)面積的不確定性，將會(huì)導(dǎo)致腐蝕速率測量產(chǎn)生極大的誤差。

為了解決電流約束問題，F(xiàn)eliu等[10]提出采用純阻容串并聯(lián)電路來模擬電流分布，但該計(jì)算過程復(fù)雜且誤差極大。Law等[11]提出了護(hù)環(huán)法(GRM)來約束CE電極的極化電流，但是GRM技術(shù)是基于完全約束實(shí)現(xiàn)的，導(dǎo)致實(shí)際體系中經(jīng)常出現(xiàn)過約束或欠約束[12,13]現(xiàn)象。針對(duì)上述問題，我們?cè)谝郧暗难芯抗ぷ骰A(chǔ)上[14]提出了GE電流約束電路的改進(jìn)方案，并且研制了集成小孔限流與GE電流約束的接地網(wǎng)腐蝕監(jiān)測傳感器。該傳感器通過小孔限流將極化電流約束在接地網(wǎng)鋼板上的限定位置，同時(shí)通過護(hù)環(huán)電流約束電路，使彌散電流得到補(bǔ)償。現(xiàn)場實(shí)測表明：具有電流約束的小孔限流電極測量結(jié)果與參考電極具有較好的一致性。