一种接地网腐蚀状态的监测评价方法与流程

本发明涉及电力安全防护，尤其是一种接地网腐蚀状态的监测评价方法。

背景技术：

1、在电力系统中，为了整个系统的工作和安全的需要，常常需要将电力系统及其电气设备的某些部分与大地相连接，这就是接地。电力系统接地的作用有两种：工作接地、保护接地。其中保护接地分为：防雷接地、防静电接地、防绝缘击穿或漏电接地等三种。工作接地主要是为电力系统提供一个稳定的电位参考点的作用；保护接地主要是提供了一个泄流电流通道的作用，以防止出现人员或电力设施的安全事故。

2、接地装置是电力系统接地载体，通过是电力系统或电气设备与大地相连接的媒介。接地装置由直接与土壤相接触的接地网，及连接接地网与电力系统或电气设备接地端子的接地引线组成。组成接地网的金属导体、接地引线都叫做接地装置或接地网的支路。按照接地装置的规模，划分为一般接地装置和大型接地装置。接地装置的安全性、合格性，对整个电力系统的安全稳定运行起着举足轻重的作用。

3、影响接地装置接地性能的因素一般有三个，分别为：接地装置的规模、所处环境土壤电阻率、接地装置组成材料的导电性。目前我国大型接地装置以镀锌扁钢为主，在多年运行后，部分开始出现严重腐蚀问题，而组成接地装置的接地网处于地下，属于隐蔽性设施，平常运维与巡视中难以发现腐蚀缺陷，因此接地装置的腐蚀问题成为电力系统安全运行的一大隐患。

4、多年来，随着我国电力规模的发展，新建变电站、电厂的运行，各个变电站的短路电流水平不同，且呈现上升趋势，因此各个电力单位都要求每年进行接地装置支路导体的热稳定性校核。该项校核工作需要搜集接地材料在所处环境下的腐蚀速率，从而才能较准确的给出接地装置支路的当前截面面积，给出能够最大通过的短路电流水平。

5、接地网在土壤中的腐蚀分为三大类：电化学腐蚀、杂散电流腐蚀和微生物腐蚀。其中电化学腐蚀较突出，是接地网腐蚀的主要腐蚀形式。腐蚀速率测量方法是接地网腐蚀监测技术的重点。腐蚀速率测量方法有很多种，最原始最简单的方法就是失重法，与之原理相似的是挂片法。此外，还有电阻探针法以及电化学法。接地网埋于土壤环境中，具有自身比较特殊的测试环境，并且接地网的腐蚀是在其工作期间发生的，测量腐蚀速率的同时不能使其停止工作或使其离开土壤，因此失重法、挂片法和电阻探针法并不合适。腐蚀速率的电化学测试技术是一种可以进行实时测量的原位测量技术，灵敏度较高，能够测得金属的瞬时腐蚀信息，也可以长期监测金属电极表面腐蚀状况，从而可以满足接地网腐蚀速率长期在线监测的要求。

6、然而，以往仅通过腐蚀速率等少数参数指标来判断接地网腐蚀状态良好与否的效果并不理想，而且存在一定的片面性。由于接地网接地极金属腐蚀比一般敞开体系的腐蚀要复杂的多，测量参数分散、影响因素多，不仅与接地极的腐蚀电位、腐蚀速率的大小有关，而且包括土壤的酸碱度变化ph值、氯离子浓度值、土壤电阻率等在内也是影响埋地接地极腐蚀的最重要的参数。因此，如何进一步使用电化学测试技术来提升接地网腐蚀状态判断的准确性和全面性已然成为本领域技术人员亟待解决的技术难题之一。

技术实现思路

1、本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种接地网腐蚀状态的监测评价方法，通过监测接地网现场土壤环境中的土壤电阻率、ph值和cl离子浓度，并结合腐蚀电位和腐蚀速率，建立接地网腐蚀状态判断表达式来实现对接地网接地极结构的全面、精准、有效的腐蚀监测。

2、本发明目的实现由以下技术方案完成：

3、一种接地网腐蚀状态的监测评价方法，其特征在于：包括如下步骤：

4、获取接地网区域的土壤电阻率、土壤环境ph值、土壤cl离子浓度、腐蚀电位和腐蚀速率；

5、建立关于所述土壤电阻率、所述土壤环境ph值、所述土壤氯离子浓度、所述腐蚀电位和所述腐蚀速率的接地网腐蚀状态判断表达式，该表达式如下：

6、e＝40％a+30％b+10％c+20％d；

7、式中，e为接地网腐蚀状态参数，用于表征接地网的状态，分为不可用状态、可用状态和正常状态；a为所述腐蚀电位对应的得分值；b为所述腐蚀速率对应的得分值；c为所述土壤电阻率对应的得分值；d为所述土壤氯离子浓度与其结合所述土壤环境ph值所算得的氢氧根离子浓度之间的比值对应的得分值；

8、根据所述表达式计算e值，并根据e值判断所述接地网的腐蚀状态。

9、所述接地网腐蚀状态参数e的判断分为：

10、当e大于等于2.7时，判断所述接地网处于不可用状态；

11、当e大于1.5且小于2.7时，判断所述接地网处于可用状态；

12、当e小于等于1.5时，判断所述接地网处于正常状态。

13、各得分值的取值标准包括：

14、当所述腐蚀电位大于-500mv时，a＝1，当所述腐蚀电位处于-500mv至-850mv时，a＝2，当所述腐蚀电位小于-850mv时，a＝3；

15、当所述腐蚀速率小于0.1mm/a时，b＝1，当所述腐蚀速率处于0.1mm/a至1mm/a时，b＝2，当所述腐蚀速率大于1mm/a时，b＝3；

16、当所述土壤电阻率大于100kω·cm时，c＝1，当所述土壤电阻率处于50kω·cm至100kω·cm时，c＝2，当所述土壤电阻率处于10kω·cm至50kω·cm时，c＝3，当所述土壤电阻率小于10kω·cm时，c＝4；

17、当所述土壤氯离子浓度与所述氢氧根离子浓度之间的比值小于0.6时，d＝1，当所述土壤氯离子浓度与所述氢氧根离子浓度之间的比值大于0.6时，d＝2。

18、所述土壤电阻率通过测量所述接地网区域内的土壤电阻而计算获得，计算公式为：

19、

20、式中，ρ为土壤电阻率，r为测量到的土壤电阻，l为电阻电极间距，s为电阻电极的截面积。

21、所述土壤环境ph值是通过测量所述接地网区域内的土壤的ph开路电位而计算获得，计算公式为：

22、

23、式中，ηph为土壤环境的ph值，uph为电化学腐蚀探头测量到的ph开路电位值，bph为土壤环境ph值对应的截距，kph为土壤环境ph值对应的斜率。

24、所述土壤氯离子浓度是通过测量所述接地网区域内的土壤的cl离子开路电位而计算获得，计算公式为：

25、

26、式中，ηcl为土壤环境的cl氯离子浓度值，ucl为电化学腐蚀探头测量到的cl氯离子开路电位值，bcl为土壤环境中cl氯离子对应的截距，kcl为土壤环境cl氯离子浓度对应的斜率。

27、依据测得的土壤环境ph值ηph和cl氯离子浓度ηcl，先计算出氢氧根离子浓度σ，再计算出cl氯离子浓度ηcl与与氢氧根离子浓度σ之间的比值λ，其中，氢氧根离子浓度计算公式为对应的比值

28、所述腐蚀速率是通过测量接地网接地极的腐蚀电流而计算获得，计算公式为：

29、

30、式中，v为接地网接地极的腐蚀速率，icorr为接地极腐蚀电流密度，a为接地极材料的原子量，n为接地极材料的得失电子数，为接地极材料的密度。

31、本发明的优点是：通过引入土壤电阻率、土壤环境ph值和土壤cl离子浓度的判断参数，并结合腐蚀电位和腐蚀速率，能够更加精准地判断接地网腐蚀状态，进而更有效地评价变电所接地网运行的安全性及服役寿命，从而为电力运维人员采取更科学、合理的检修措施提供技术支撑。