高壓變電站接地網(wǎng)的遠程腐蝕監(jiān)測技術

本文采用小孔限流與護環(huán)電極電流約束設計，并結合電化學阻抗技術，設計了一種能實時監(jiān)測接地網(wǎng)腐蝕狀態(tài)的電化學傳感器。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)，同時通過護環(huán)電極電流約束電路，使彌散電流得到補償，因而較傳統(tǒng)方法可以更準確測量接地網(wǎng)的腐蝕速率。系統(tǒng)還通過B/S網(wǎng)絡模式和SQL數(shù)據(jù)庫技術，建立了一個集成腐蝕監(jiān)測、太陽能供電、無線通訊和網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫的無線監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了基于Internet的現(xiàn)場腐蝕監(jiān)測數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡化訪問，使授權用戶足不出戶即可通過公眾網(wǎng)或局域網(wǎng)實時查看現(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鍵參數(shù)。通過山西陽泉和太原兩個變電站近一年的現(xiàn)場監(jiān)測表明：該監(jiān)測系統(tǒng)可以較為準確地測量接地網(wǎng)的腐蝕速率，是接地網(wǎng)可靠運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、保護人身安全和電氣設備安全[1]。當前，出于環(huán)境保護和成本考慮，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導致截面積變小、接地電阻增加，造成接地網(wǎng)壽命減短，嚴重時甚至危及電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。因此，研究接地網(wǎng)在線腐蝕監(jiān)測方法，實現(xiàn)不斷電、不開挖情況下的腐蝕監(jiān)測，以便及時發(fā)現(xiàn)故障，防患于未然，對于保障電力系統(tǒng)的可靠運行具有重要意義。

當前大多數(shù)變電站接地網(wǎng)的腐蝕評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)接地電阻很難準確評估地網(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)來間接評價地網(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。對接地網(wǎng)進行開挖檢查最為直接，然而大面積開挖勢必存在盲目性，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、快速準確的發(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腐蝕，可以采用多種電化學方法進行腐蝕監(jiān)測，包括線性極化法[6]、恒電流階躍法[7,8]和電化學阻抗法[9]等。當前大多數(shù)電化學監(jiān)測方法均需要預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，將會導致腐蝕速率測量產(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，但該計算過程復雜且誤差極大。Law等[11]提出了護環(huán)法(GRM)來約束CE電極的極化電流，但是GRM技術是基于完全約束實現(xiàn)的，導致實際體系中經(jīng)常出現(xiàn)過約束或欠約束[12,13]現(xiàn)象。針對上述問題，我們在以前的研究工作基礎上[14]提出了GE電流約束電路的改進方案，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，同時通過護環(huán)電流約束電路，使彌散電流得到補償?，F(xiàn)場實測表明：具有電流約束的小孔限流電極測量結果與參考電極具有較好的一致性。