[發明專利]一種電力系統中金屬接地材料腐蝕裕量的設計方法

有效

• 申請號: 201610687678.0
• 申請日: 2016-08-18
• 公開（公告）號: CN107764730B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 劉靖波;史哲;劉冰;楊曉東;于興成;張平;肖雪;李帥;寧遼逸;劉金源;張如玉;李革;林劍峰;王鏑;修策;張爽瑩;任兆龍;劉曉光;李建華;吳學鋒;潘進;雷雨;徐強勝;鞠頌
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網遼寧省電力有限公司經濟技術研究院
• 主分類號: G01N17/02
• 分類號: G01N17/02
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發明屬電力系統領域，具體涉及一種電力系統中金屬接地材料腐蝕裕量的設計方法，在設計接地網腐蝕裕量時解決了以往設計人員只能通過查表或估算確定材料的這個關鍵參數。該方法包含兩種金屬材料在電力接地環境中主要的腐蝕類型：土壤對金屬材料的電化學腐蝕和電氣環境中工頻入地電流對接地材料的電腐蝕，以及包含對這兩種腐蝕類型的金屬接地材料腐蝕裕量設計公式。本發明涉及的腐蝕裕量設計方法簡單易行，不需要大量計算。而且，本發明在設計環節考慮到接地網由于工頻入地電流導致的材料工頻電流腐蝕，這在以往的接地設計中是沒有的，該設計方法可以廣泛應用于電力行業內發電、輸變電、弱電控制以及其他需要接地的領域。

技術領域

本發明屬電力系統領域，具體涉及一種電力系統中金屬接地材料腐蝕裕量的設計方法。

背景技術

腐蝕裕量在工程設計中的基本含義是：在設備(容器、管道、法蘭、閥門及泵等)正常壽命期，因環境介質的腐蝕作用而導致設備失效時的最大允許腐蝕深度，電力領域中對接地網的作用是用于泄流、均壓、保障電網和電氣設備安全運行，接地材料的失效會造成接地性能變壞，地網均壓導體之間或接地引線與均壓導體之間存在電氣連接不良的故障點。若遇到電力系統發生接地短路故障，短路電流無法在土壤中充分擴散，造成接地網本身局部電位差和地網電位異常升高，使接地設備的金屬外殼帶高電壓而危及人身安全，除給運行人員的安全帶來威脅外，還可能因反擊或電纜皮環流使得二次設備的絕緣遭到破壞，擊穿二次保護裝置絕緣，使高壓進入控制室，將監測或控制設備發生誤動或拒動而擴大事故，甚至損壞設備，擴大事故，破壞電網系統穩定，帶來巨大的經濟損失和不良的社會影響。

隨著變電站容量的不斷擴大，接地網安全運行的要求越來越嚴格，對接地網的熱穩定性、耐腐蝕性的要求也就越高。接地材料處于輸變電地下，除本身受到土壤環境的腐蝕、侵蝕，還長期受到電場環境中感性、阻性入地電流的作用。最近針對接地網材料腐蝕的研究結果發現，這種入地電流對接地網材料的影響非常大，由于接地網入地電流的存在，導致接地網材料的腐蝕速度大大增加，甚至導致接地網陰極保護系統失效。因此，必須保證接地網材料具有一定的腐蝕裕量，使其在設計壽命期內為電力設備提供有效、安全的保障。

腐蝕裕量一般可根據金屬材料在環境介質中的均勻腐蝕速率和材料的設計壽命確定，現有的對金屬接地材料腐蝕裕量設計只能查有關設計手冊，無法根據接地材料實際的應用環境、腐蝕因素的變化具體設計材料的腐蝕裕量。在絕大多數的情況下，這種查表得到的腐蝕裕量設計與接地材料的實際應用效果差別相當大，一方面可能導致接地網在設計壽命期內提前失效，另一方面由于腐蝕裕量設計過大導致材料重量和厚度增加，造成不必要的浪費。隨著電力技術的發展，對接地系統的要求越來越高，目前這種查表式的設計越來越不適應電力接地的技術發展，需要一種能夠精確表征金屬接地材料腐蝕的方法和腐蝕裕量的精確計算方法。

接地網金屬材料埋設在土壤當中，并直接與大地接觸，因此土壤腐蝕是接地極材料最主要的腐蝕類型。土壤是無機和有機膠質混合顆粒的集合，由土粒、水、空氣所組成，是一種復雜的多相結構。土壤顆粒間形成大量毛細管微孔或孔隙，孔隙中充滿空氣和水，常形成膠體體系，是一種離子導體。土壤的性質和結構是不均勻的、多變的，土壤的固體部分對埋設在土壤中的接地體的金屬表面來說，是固定不動的，而土壤中的氣、液相則可作相對有限運動。土壤的這些物理化學性質，尤其是電化學特性直接影響著土壤的腐蝕過程的特點。同時，接地網是電力設備的一部分，且處于電氣環境中。當變電站內變壓器、開關、避雷器等設備由于負載變化、三相峰值電流不均、相位不均或由于氣候、污染物等因素，造成線路絕緣性差導致線路中形成工頻入地電流通過接地極進入大地，通過接地極流出。流出部位由于電流的作用發生電化學腐蝕反應，使接地極材料腐蝕加速進行。因此，在計算金屬接地材料的腐蝕時必須考慮這兩種因素。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種電力系統中金屬接地材料腐蝕裕量的設計方法，深入研究了金屬接地材料腐蝕的機理和影響因素，能夠精確計算金屬接地材料在設計壽命期內腐蝕量以及金屬接地材料的腐蝕裕量。

本發明的技術方案是：