阅读说明：本技术 一种多点分布阳极接地网阴极保护方法 (Cathode protection method for multipoint distribution anode grounding grid ) 是由 邵洪平 熊杰 陈亮 马列中 李学腾 于 2019-10-09 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种多点分布阳极接地网阴极保护方法,包括以下步骤：步骤一：等间距安放参比电极；步骤二：安放牺牲电极,配备好填包料；步骤三：连接三电极系统；步骤四：开路电位测试；步骤五：恒电流阶跃测试；步骤六：恒电位阶跃测试；步骤七：多点开路电位分布测试；步骤八：汇总数据,分析并得出结论。本发明多点分布阳极接地网阴极保护方法用于开发电化学信号的接地网检测与分析方法,检测不同位置的极化阻力的差异,利用建立的方法检测不同位置是否存在局部腐蚀,通过计算电流分布特征,实现现场不开挖检测,对检测数据建立分析方法,得到表征反映腐蚀状况的参数,实现腐蚀的预测,实现在保护阴极的情况下分析电位分布规律。(The invention provides a multipoint distribution anode grounding grid cathode protection method, which comprises the following steps: the method comprises the following steps: placing reference electrodes at equal intervals; step two: placing a sacrificial electrode and preparing a packing material; step three: connecting a three-electrode system; step four: testing open circuit potential; step five: constant current step test; step six: constant potential step test; step seven: testing the distribution of the multipoint open-circuit potential; step eight: the data is summarized, analyzed and concluded. The multipoint distribution anode grounding grid cathode protection method is used for developing a grounding grid detection and analysis method of electrochemical signals, detecting the difference of polarization resistance at different positions, detecting whether local corrosion exists at different positions by using the established method, realizing on-site trenchless detection by calculating current distribution characteristics, establishing an analysis method for detection data, obtaining parameters representing and reflecting corrosion conditions, realizing corrosion prediction and realizing analysis of potential distribution rules under the condition of protecting cathodes.)

一种多点分布阳极接地网阴极保护方法

技术领域

本发明涉及接地网阴极保护领域，尤其涉及一种多点分布阳极接地网阴极保护方法。

背景技术

接地网是为了防止接地短路电流危及人身及设备安全而埋设的电气设施，它对雷电、静电和故障电流起着泄流和均压的作用，是电力系统安全可靠运行、电气设备和人身安全的有力保障。但是由于接地装置长期在地下运行，运行环境恶劣，容易发生腐蚀。近年来，接地网暴露的问题越来越突出，据广东、山东、江苏、安徽等地调查，一般接地网10年腐烂，快的4年就已经腐烂。如广东省进行接地网开挖检查，发现运行20年以上的变电所接地网腐蚀严重；广西省对运行10年以上的35～220kV变电站接地网开挖后，发现均存在不同程度的腐蚀；湖北省发现运行5年的接地网已经存在腐蚀，而运行30年的接地网腐蚀非常严重。同时还有江西、江苏、安徽等省均进行过开挖检查，也发现了类似的腐蚀现象。

发变电站良好的接地是电力系统安全运行的根本保证，它是防雷接地、保护接地和工作接地三者的统一。近年来，随着电力系统的发展，故障时经地网流散的电流愈来愈大，由于接地措施的缺陷而造成的事故也屡有发生，接地问题已得到人们的普遍重视。

目前，国内在进行变电站接地网设计建设时，一般先查阅相关的腐蚀数据手册，根据设计使用寿命要求计算接地网材料的尺寸和数量。以上手册数据均来源于试样填埋的特定地区，由于不同区域具有不同的气候条件，而且土壤的理化性质一般也具有较大的差异性，故所查数据对各个特定的变电站并没有很好的指导作用。因此，根据不同区域土壤性质而进行的土壤腐蚀调查和腐蚀预测就显的很有必要。国内有研究者提出了一种预测金属材料土壤腐蚀的方法，该方法在需要预测地区选择试验点，进行埋片试验，同时检测各试验点的土壤化学成分，试验周期为一年至两年。试验结束后，将试验材料取回，通过失重法计算腐蚀速率，采用逐步回归分析的统计方法进行回归分析，建立回归方程进行腐蚀速率的预测。由于采用埋片试验，试验周期需一年至两年，试验周期较长。而回归分析的动机是企望求出一个函数代替数据集合，但它是假设数据集合的变量有因果关系，一般需要给定一个数学待定的基函数，根据数据集合中变量的因果关系，计算这个数学基函数待定的参数。这种事先假定数据服从某种分布的方法，对某些未知世界的解释是不合理的，因为这个假设可能是错误的。因此，参数分析法尚未能很好地解决接地网腐蚀速率预测问题。

通常由于接地网面积较大，延伸距离较远，腐蚀情况较为复杂，对腐蚀检测造成了很大的的困难。接地网腐蚀检测问题并没有完全解决，合理准确的检测接地网的腐蚀状况是接地网安全运行的发展方向。同时开展典型土壤环境中阴极保护技术研究，具有重要的学术价值和现实意义。

发明内容

基于现有技术的不足，本发明创造的目的在于提供一种多点分布阳极接地网阴极保护方法包括以下步骤：

步骤一：等间距安放参比电极；

步骤二：安放牺牲电极，配备好填包料；

步骤三：连接三电极系统；

步骤四：开路电位测试；

步骤五：恒电流阶跃测试；

步骤六：恒电位阶跃测试；

步骤七：多点开路电位分布测试；

步骤八：汇总数据，分析并得出结论，

所述三电极系统包括参比电极、辅助电极、工作电极，所述参比电极为饱和硫酸铜电极，所述辅助电极为316L不锈钢。

作为本发明多点分布阳极接地网阴极保护方法的改进，本发明多点分布阳极接地网阴极保护方法还包括镁合金牺牲阳极，所述接地网连上所述镁合金牺牲阳极作为工作电极，所述镁合金牺牲阳极按照网状进行放置。

作为本发明多点分布阳极接地网阴极保护方法的改进，本发明多点分布阳极接地网阴极保护方法的所述填包料主要由75％的硫酸钙，20％的膨润土和5％硫酸钠混合而成。

作为本发明多点分布阳极接地网阴极保护方法的改进，本发明多点分布阳极接地网阴极保护方法的所述镁合金牺牲阳极设定为每20kg接地网安置一个。。

作为本发明多点分布阳极接地网阴极保护方法的改进，本发明多点分布阳极接地网阴极保护方法的所述饱和硫酸铜电极按照网状顺序放置，连接至ZF-10B数据采集存储器，依次对电化学信号进行采集。

与现有技术相比较，本发明多点分布阳极接地网阴极保护方法具有以下有益效果：用于开发电化学信号的接地网检测与分析方法，检测不同位置的极化阻力的差异，利用建立的方法检测不同位置是否存在局部腐蚀，通过计算电流分布特征，实现现场不开挖检测，对检测数据建立分析方法，得到表征反映腐蚀状况的参数，实现腐蚀的预测，实现在保护阴极的情况下分析电位分布规律。

附图说明

图1为本发明多点分布阳极接地网阴极保护方法优选实施例的流程步骤示意图。

图2为本发明多点分布阳极接地网阴极保护方法的优选实施例的所述恒电位腐蚀体系的等效电路图。

图3为本发明多点分布阳极接地网阴极保护方法的优选实施例的所述恒电位充电曲线图。

图4为本发明多点分布阳极接地网阴极保护方法的优选实施例的所述恒电流腐蚀体系等效电路。

图5为本发明多点分布阳极接地网阴极保护方法优选实施例的所述恒电流充电曲线图。

图6为本发明多点分布阳极接地网阴极保护方法优选实施例的介质电阻可以忽略时的恒电流充电曲线。

图7为本发明多点分布阳极接地网阴极保护方法优选实施例的所述316L不锈钢辅助电极示意图。

图8为本发明多点分布阳极接地网阴极保护方法优选实施例的所述饱和硫酸铜参比电极示意图。

图9为本发明多点分布阳极接地网阴极保护方法优选实施例的所述牺牲阳极示意图。

图10为本发明多点分布阳极接地网阴极保护方法优选实施例的电极接线示意图。

图11为本发明多点分布阳极接地网阴极保护方法优选实施例的电极接线俯视图。

图12为本发明多点分布阳极接地网阴极保护方法优选实施例的5mA恒电流阶跃不同距离处电位的变化。

图13为本发明多点分布阳极接地网阴极保护方法优选实施例的200mV恒电位不同距离处电位的变化。

图14为本发明多点分布阳极接地网阴极保护方法优选实施例的未接牺牲阳极接地网电位分布图。

图15为本发明多点分布阳极接地网阴极保护方法优选实施例的接上牺牲阳极时接地网电位分布图。

具体实施方式

本发明多点分布阳极接地网阴极保护方法适用于接地网非开挖腐蚀测定。

参考图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14、图15，详细描述本发明多点分布阳极接地网阴极保护方法的优选实施例。

在本实施例中，本发明的多点分布阳极接地网阴极保护方法包括以下步骤：

步骤一：等间距安放参比电极；

步骤二：安放牺牲电极，配备好填包料；

步骤三：连接三电极系统；

步骤四：开路电位测试；

步骤五：恒电流阶跃测试；

步骤六：恒电位阶跃测试；

步骤七：多点开路电位分布测试；

步骤八：汇总数据，分析并得出结论，

所述三电极系统包括参比电极、辅助电极、工作电极，所述参比电极为饱和硫酸铜电极，所述辅助电极为316L不锈钢。

在实施例中，线性极化技术、恒电流阶跃与恒电位阶跃测试原理如下所示：

线性极化技术又被称作极化电阻技术，通过向测试体系施加微小的信号，使其电位保持在腐蚀电位附近，电流与电位的的变化就可以近似看成是线性的，而直线的斜率被称为极化电阻，用Rp表示：

然后通过线性极化方程式，也就是Stern—Geary方程式，就可以计算出腐蚀电流密度：

式中：βa、βc—腐蚀电极的阳极和阴极塔菲尔斜率。

恒电位阶跃时腐蚀体系等效电路如图2所示。因为施加的极化电位E很小.所以可以认为Rp、Cd均为常数。

I＝I_C+I_R (1)

将式(2)、(3)带入式(1)，可以得到

将R设为Rp与R1的并联电阻，使

将式(5)带入式(4)，则

式(6)是一个一阶线性非齐次微分方程，它的解是：

当t＝0时，I＝E/R1，带入式(7)中，得到

带入(7)中，得到：

(9)式就是恒电位充电曲线方程式，I-t关系如图3所示

(9)式的两种极限情况是：

t＝0时，

t趋近于无穷大时，

如果对体系施加对称方波电位时，I-t关系方程为：

式中T为施加恒电位方波的周期，R由式(5)给出。

恒电流阶跃测试

当向腐蚀体系施加一个很小的恒定电流I，产生小的极化时，腐蚀体系的等效电路如图3所示。

由图3可知：

I＝I_C+I_R (11)

E＝IR₁+E₁ (12)

建立微分方程，因为极化非常小，所以可以认为Cd、Rp都是常数

将式(13)、(14)代入式(12)，可以得到：

此式属于一个一阶线性非齐次微分方程，它的解为：

极限情况时：t＝0时，E1＝0，代入式(16)，得到A＝-IRp，再代入式(16)

带入式(12)，得到

式(18)就是恒电流充电曲线方程式。图4为E-t曲线关系。

式(18)的极限情况是：

t＝0时，E0＝IR1

t趋近于无穷大时，E_∞＝IR₁+IR_p。

因而，通过恒电流阶跃，可以根据E-t曲线的瞬间突跳值来计算得到介质的电阻R1的数值大小。

如果介质电阻R1很小，可以忽略时，式(18)可以简化为

式(19)情况下对应的E-t曲线如图5所示，其对应的极限情况是

t＝0时，E0＝0

t趋近于无穷大时，E_∞＝IR_p

把τ＝R_rC_d叫做腐蚀体系的时间常数。这个时间常数是用来反映体系达到稳态的容易程度的一个参数。通常来讲，当t＝4τ时，电位就达到了稳态值的98％，当t＝5时，体系基本达到了稳态。时间常数τ越大的体系，就越不容易达到稳态。所以腐蚀速率越低的体系，Rp越大，时间常数τ也就越大，这个体系需要的达到稳态的时间也就越长，对于测试也就更加的困难，在这种情况下，可以通过恒电流充电曲线没有达到稳态时的曲线，用充电曲线方程解析直接将Rp、Cd等电化学参数求解出来。

当对腐蚀体系施加的是恒电流方波时，也可以用同样的方法得到E-t曲线方程：

式中T是施加的恒电流方波的周期。

恒电位阶跃的充电曲线I-t随时间变长下降，恒电流阶跃的充电曲线E-t随时间变长上升，它们的时间常数均为τ＝R_rC_d

对于同样的一个腐蚀体系，电化学参数Rp、Cd相同，如果采用恒电位阶跃测试，体系时间常数短，更加容易达到稳态，所以恒电位阶跃比恒电流阶跃测试对于Rp的测量更有利。

由此表明，无论是恒电位阶跃还是恒电流阶跃都是可以用于检测接地网腐蚀的，如果土壤的介质电阻特别大，那么使用恒电位阶跃测试，反之，则使用恒电流阶跃测试。

在本实施例中，本发明的多点分布阳极接地网阴极保护方法还包括镁合金牺牲阳极，所述接地网连上所述镁合金牺牲阳极作为工作电极，所述镁合金牺牲阳极按照网状进行放置。

在本实施例中，本发明的多点分布阳极接地网阴极保护方法的所述填包料主要由75％的硫酸钙，20％的膨润土和5％硫酸钠混合而成。

在本实施例中，本发明的多点分布阳极接地网阴极保护方法的所述镁合金牺牲阳极设定为每20kg接地网安置一个。

在本实施例中，本发明的多点分布阳极接地网阴极保护方法的所述饱和硫酸铜电极按照网状顺序放置，连接至ZF-10B数据采集存储器，依次对电化学信号进行采集。

本在本实施例中，主要用于测试在接地网范围内安插多个小块镁合金牺牲阳极，并检测接地网电位分布，以确认接地网腐蚀状态。首先将若干个镁合金牺牲阳极埋放在土壤下，并与接地网连接。然后将辅助电极埋放在接地网一端，通过不断改变参比电极的位置，以实现对不同位置的接地网进行电位检测，当接地网出现腐蚀导致失效，其电位会发生明显下降，此时就可以确认腐蚀的位置与腐蚀程度，也可以对连接了牺牲阳极的接地网进行恒电位方波和恒电流方波实验。实验采用三电极体系，接地网为工作电极，辅助电极使用不锈钢电极，参比电极采用的是饱和铜硫酸铜电极。辅助电极置于接地网一端的正上方，使用若干个参比电极等间距置于接地网的正上方，第一个位于辅助电极一侧，其余参比电极延试样成直线分布，每个饱和铜硫酸铜电极之间间隔相等。使用ZF-100电化学测试系统，接上工作电极，辅助电极以及此端的参比电极，分别进行开路电位测试，恒电位方波和恒电流方波测试，恒电位方波实验施加20mV和200mV的恒电位保持10秒，然后施加-20mV和-200mV的恒电位保持10秒,循环3次，读取相应的电流。恒电流方波施加相应的电流保持10秒，然后断电流10秒，循环3次。采集间隔为0.2秒。使用ZF-10B数据采集存储器，4个通道分别连接工作电极与相应的参比电极，采集试样不同位置的电位。数据采集器工作方式为通用电压采集工作方式，采集间隔为0.2秒。

与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：用于开发电化学信号的接地网检测与分析方法，检测不同位置的极化阻力的差异，利用建立的方法检测不同位置是否存在局部腐蚀，通过计算电流分布特征，实现现场不开挖检测，对检测数据建立分析方法，得到表征反映腐蚀状况的参数，实现腐蚀的预测，实现在保护阴极的情况下分析电位分布规律。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。