[發(fā)明專利]一種超高壓直流接地極土壤腐蝕監(jiān)測裝置與方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011331387.0
• 申請日: 2020-11-24
• 公開（公告）號: CN112577997A
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李偉;李松;何華林;黃峻峰;王曉濤;王容;谷永剛;左坤;武劍;黨蓓佳;王森;李志忠;申巍
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)陜西省電力公司電力科學(xué)研究院;國網(wǎng)陜西省電力公司;成都諾嘉偉業(yè)科技有限公司;國家電網(wǎng)有限公司
• 主分類號: G01N27/04
• 分類號: G01N27/04;G01D21/02;G01R15/20;G01R19/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

本發(fā)明公開了一種超高壓直流接地極土壤腐蝕監(jiān)測裝置與方法，用于實(shí)現(xiàn)高壓直流接地極高硅鑄鐵的土壤腐蝕、土壤溫度場以及接地極單極運(yùn)行工作電流的在線監(jiān)測與數(shù)據(jù)管理。其包括腐蝕監(jiān)測儀、土壤腐蝕監(jiān)測探頭、霍爾傳感器、溫濕度傳感器、數(shù)據(jù)分析單元和無線數(shù)據(jù)收發(fā)器。采用精密電阻探針技術(shù)，通過測量高硅鑄鐵在腐蝕過程中，由于截面積減小導(dǎo)致的電阻增量來計算其腐蝕量，再通過微分法計算腐蝕速率。再對接地極周邊土壤溫濕度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，同時通過霍爾電流傳感器監(jiān)測流入接地極的饋電電流。腐蝕速率腐蝕余量和溫濕度以及饋電電流均通過無線通信上傳到中央服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高硅鑄鐵的腐蝕速率、腐蝕余量、工作電流和土壤溫濕度的在線監(jiān)測功能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于土壤腐蝕監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超高壓直流接地極土壤腐蝕監(jiān)測裝置與方法。

背景技術(shù)

隨著我國電力系統(tǒng)的擴(kuò)大、輸電功率的增加、輸電距離的增長以及海底電纜輸電、不同頻率電網(wǎng)之間的聯(lián)網(wǎng)與送電等的實(shí)際需求，直流輸電得到了廣泛的應(yīng)用。直流輸電系統(tǒng)的安全運(yùn)行也變得越來越重要。當(dāng)直流輸電系統(tǒng)采用單極—大地運(yùn)行方式或者雙極運(yùn)行方式由于故障、檢修采用單極運(yùn)行時，直流接地電極將作為工作電流的返回通道，當(dāng)數(shù)千安級的大電流流經(jīng)接地電極時，不僅接地極本身將發(fā)生電解腐蝕，而且對其周邊地下金屬構(gòu)件也將產(chǎn)生腐蝕影響。因此，直流接地極必須采取專門的防腐措施。

接地電極埋于土壤中會發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。金屬在土壤中的腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕，是由接地金屬和電解液間的電化學(xué)反應(yīng)引起的。當(dāng)沒有外加直流流經(jīng)接地電極，接地電極的腐蝕稱為自然腐蝕；當(dāng)有外加直流電流流經(jīng)接地電極時，接地電極的腐蝕稱為電解腐蝕。當(dāng)直流輸電以大地為回路時，電流將由接地電極的陽極流入土壤，由陰極流回線路，電流在土壤中的流動主要是靠土壤中的電解質(zhì)來實(shí)現(xiàn)的。此時在接地電極和土壤的界面上可能發(fā)生如下的電化學(xué)反應(yīng)。作陽極運(yùn)行的接地電極則處于惡劣的腐蝕環(huán)境中。首先是電解造成的金屬材料的腐蝕(或溶解)，如果伴隨有氧氣或氯氣的析出，陽極材料的腐蝕還將進(jìn)一步加劇；其次，析氫反應(yīng)還會使土壤的pH值下降，引起介質(zhì)的酸化。電極埋設(shè)于土壤中，那么由于氣體和離子的擴(kuò)散受阻，陽極周圍的一個小區(qū)域內(nèi)的土壤會變得越來越具有腐蝕性。

高硅鑄鐵在土壤中具有較高的耐蝕性，當(dāng)其作為接地極，高壓直流接地極以單極運(yùn)行，其表面將會承受幾十安培的電解電流，發(fā)生強(qiáng)烈的氧化反應(yīng)，形成過氧化物并導(dǎo)致表面溫度升高，進(jìn)而造成冶金成分如Si，C，F(xiàn)e的選擇性溶解和電解腐蝕。常規(guī)電化學(xué)法只能監(jiān)測腐蝕電流密度而不能監(jiān)測鑄鐵損耗量，且大的電解電流會對電化學(xué)測量造成嚴(yán)重干擾，因此有必要采用非電化學(xué)法來測量高硅鑄鐵的腐蝕總量和腐蝕速率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種超高壓直流接地極土壤腐蝕監(jiān)測裝置與方法，通過高壓直流接地極高硅鑄鐵的土壤腐蝕、土壤溫度場以及接地極單極運(yùn)行工作電流的在線監(jiān)測，從而實(shí)現(xiàn)高硅鑄鐵腐蝕總量和腐蝕速率的監(jiān)測。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述一種超高壓直流接地極土壤腐蝕監(jiān)測裝置，包括土壤腐蝕監(jiān)測探頭、腐蝕監(jiān)測儀和中央服務(wù)系統(tǒng)；土壤腐蝕監(jiān)測探頭包括與土壤接觸的被測探頭和不與土壤接觸的參考探頭；腐蝕監(jiān)測儀用于測量被測探頭和參考探頭的電阻比值，并傳遞至中央服務(wù)系統(tǒng)；中央服務(wù)系統(tǒng)用于根據(jù)接收到的被測探頭和參考探頭的電阻比值，計算出腐蝕速率，并實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時監(jiān)測與數(shù)據(jù)統(tǒng)計。

進(jìn)一步的，還包括溫濕度監(jiān)測模塊和饋電電流檢測模塊，溫濕度監(jiān)測模塊用于測量土壤腐蝕監(jiān)測探頭處的溫濕度，并傳遞至中央服務(wù)系統(tǒng)；饋電電流檢測模塊用于檢測土壤腐蝕監(jiān)測探頭的饋電電流，并傳遞至中央服務(wù)系統(tǒng)。

進(jìn)一步的，溫濕度監(jiān)測模塊包括至少兩個溫濕度傳感器。

進(jìn)一步的，土壤腐蝕監(jiān)測探頭和被監(jiān)測的接地極的體積成比例關(guān)系。

進(jìn)一步的，腐蝕監(jiān)測儀的輸出端和無線數(shù)據(jù)收發(fā)器的輸入端連接，無線數(shù)據(jù)收發(fā)器的輸出端和中央服務(wù)系統(tǒng)的輸入端連接。

一種超高壓直流接地極土壤腐蝕監(jiān)測方法，包括以下步驟：