石墨基柔性接地引下線腐蝕測試關鍵技術研究

吳劍霞 李浪 李曉明 譙旭

摘要：由于接地網埋設在地下，面積大，對接地網的檢查、維護及翻修改造等操作困難，費用巨大。當前國內尚沒有系統(tǒng)完備的接地網電氣連接故障點及腐蝕檢測方法，盲目地對接地網開挖檢查造成人力物力的大量耗費。本文闡述了接地網的腐蝕機理，改善接地導體材料的耐腐蝕性能和防護措施，提出一套完整的土壤腐蝕等級和腐蝕檢測評價技術體系，從根本上延長接地網的使用壽命對電力系統(tǒng)安全生產具有重要意義。

關鍵詞：接地;輸電線路;防腐蝕

前言：目前，電力工程中接地材料普遍使用的是鍍鋅鋼、鍍銅鋼、扁鋼，對接地要求較高的地區(qū)會使用銅金屬材料。金屬材料除了在運輸和施工方面難度較大以外，在不同的埋設土壤中也會出現(xiàn)不同程度的腐蝕造成接地電阻的增大。當電力線路發(fā)生短路故障或遭受雷擊時，影響電力線路上短路電流或雷擊電流向遠處的擴散，從而對電力線路上連接的電力設備和人員的人身安全造成極大的危害。根據(jù)相關部門統(tǒng)計，當電網事故是由接地系統(tǒng)故障引起時往往會引起局部電網的振蕩，有時也會造成局部電網的停運。因此，接地系統(tǒng)的安全性和可靠性是電力系統(tǒng)安全運行的基礎。

現(xiàn)行接地網腐蝕檢測技術

隨著電力工程的發(fā)展運行，人們也逐漸開展了腐蝕檢測的技術研究，現(xiàn)如今國內外具有代表性的接地網腐蝕檢測技術有以下幾種：

（1） 電阻測量法。電阻測量法是將接地網看作純電阻電路，通過接地引下線向接地網注入電壓并采集相應的端口數(shù)據(jù)，通過計算得到相鄰的兩段接地網引線間的端口電阻，接著將端口電阻和接地網的拓撲結構輸入特定軟件就會得到接地網的腐蝕程度和斷點情況。該方法過于依賴接地網導體之間電阻的測量，受地下線數(shù)量和位置的限制，且檢測過程中需要專業(yè)技術人員對測量節(jié)點進行實時調整，進行多次測量，可操作性差，不便于推廣應用。

（2） 磁場測量法。磁場測量法是由接地引下線向接地網注入一股較大的電流，根據(jù)電磁感應理論，接地網會在地表形成磁場，通過磁場的特征便可判斷地網是否已被嚴重腐蝕或者斷裂，而后結合矩陣理論、數(shù)值計算及電路理論，采用一定的算法進行故障求解。此種方法的弊端在于仿真、模擬實驗的接地網規(guī)模小、幾何形狀簡單、假設的腐蝕點多為均勻分布，而變電站實際診斷中接地網結構參數(shù)往往難以獲取，導致該檢測方法工程實用性較差。

（3） 電化學測試法。電化學測試法是對接地網施加恒定階躍電流，同時記錄極化電位隨著時間變化的曲線，通過解析充電曲線得到表征接地網腐蝕狀態(tài)的極化阻力值。但應用此方法需考慮腐蝕電化學檢測中測量傳感器的限流和雜散電流的干擾問題。韓磊等[38]開發(fā)了適合現(xiàn)場應用的便攜式快速檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)中的限流探頭解決了電流分布的問題，數(shù)據(jù)的濾波和擬合處理可以消除噪聲干擾以及土壤電阻的影響，并且在一些發(fā)電廠和變電站的檢測中取得了良好的結果。

電化學腐蝕檢測法理論分析

電化學的極化分析和建立仿真模型是分析土壤對接地體腐蝕影響因素和防護方法研究的基礎。從各土壤環(huán)境本身的理化特性出發(fā)，通過離子色譜分析法測定;等離子體放射測定和pH的測量方法，可以比對目前土壤成分中所包含的的元素數(shù)量對這個環(huán)境的土壤腐蝕性評估的重要性，再結合電化學理論對土壤腐蝕等級的評估做進一步的深入劃分。

通過電化學工作站，可以有效探究不同土壤等級環(huán)境下的接地體腐蝕狀態(tài)，通過comsol仿真搭建物理模型，建立對應的物理場，可以有效分析計算各個條件下的接地體本身腐蝕特點，有效驗證腐蝕防護措施的可行性;從實際角度出發(fā)，結合防腐劑保護法、電化學保護法以及涂覆層保護法等，針對不同環(huán)境的腐蝕特性，建立差異化的結構施工方案，切實保護接地體的耐腐蝕運行。

對于腐蝕的檢測來講，近幾年的電化學腐蝕檢測法相對比較成熟，以三電極測量系統(tǒng)為基礎，采用控制電流的測量方法，得出被測電極的極化電阻，繼而求出腐蝕深度，通過腐蝕深度參量表征接地體腐蝕狀態(tài).通過分析腐蝕深度對地網接地電阻影響，發(fā)現(xiàn)腐蝕導致接地體產生附加電阻從而影響接地體的有效接地電阻值，進而破壞接地網的接地狀態(tài)。最后通過搭建實際土壤模型進行腐蝕深度測量實驗，并將實驗結果與利用稱重法所得結果進行對比.對比結果可以準確地測量接地體腐蝕深度參數(shù)，并能夠很好地反映接地體腐蝕狀況。

石墨基柔性接地裝置用接地引下線電化學腐蝕檢測方案

1、石墨基接地裝置用金屬引下線腐蝕情況勘察與分析

（1）基于桿塔輸電線路，勘察該線路桿塔的接地裝置現(xiàn)場使用情況;

（2）記錄所有勘察點的接地裝置使用年限、是否發(fā)生腐蝕、腐蝕狀態(tài)以及腐蝕部位;

（3）收集各地區(qū)土壤成分樣品，進行理化性質分析，初步劃分土壤腐蝕等級。

2、新型石墨基柔性防雷接地網金屬引下線腐蝕機理方面研究

（1）通過相應的試驗，模擬對應試驗條件，探究石墨基金屬引下線的腐蝕機理;

（2）建立仿真系統(tǒng)，搭建對應物理場，將進一步探究影響石墨基柔性接地體的關鍵因素;

3、石墨基柔性防雷接地網金屬引下線腐蝕防治工程技術研究及防護關鍵措施研究;

（1）基于腐蝕機理的研究基礎，從石墨基柔性接地體本身出發(fā)，提出相應的腐蝕防護措施方案;

（2）驗證各腐蝕防護方案的有效性以及可行性，推出差異化施工技術。

4、主要研究內容及施工方案，（評價技術）施工差異化的要求，提出更為有效的檢測技術方法

（1）對差異化施工方案進行評估，提出相關要求;

（2）在理論研究的基礎上，通過與實踐相結合，提出一個有效可行的接地體腐蝕檢測技術方案。

結語

綜上所述，依據(jù)土壤成分劃分土壤腐蝕等級，利用電化學工作站和COMSOL仿真建立等效模型，在模型的基礎上模擬不同環(huán)境下的接地網絡運行狀態(tài)，建立腐蝕模型體系，提出腐蝕防護措施，利用三電極體系測量極化電阻，對比表征腐蝕狀態(tài)，達到腐蝕檢測的目的，為輸電線路接地體防護提供技術支撐。同時，從接地網本身的結構和運營情況，提出桿塔輸電線路接地體腐蝕的檢測方案，為輸電線路接地安全穩(wěn)定運行提供保障。

參考文獻

[1]熊鴻建，王繼成，李延龍，王華楠，陸雪峰.電力系統(tǒng)接地網腐蝕檢測技術研究[J].電子設計工程，2019，20（10）：59-61.

[2]李學騰.基于電化學的接地網腐蝕檢測方法研究[J].電子設計工程，2019，10（05）：56-58.

作者簡介

吳劍霞（1985.6.8），性別：女;籍貫：貴州六盤水;民族：漢;學歷：本科;職稱：中級工程師、中級政工師、中級經濟師;研究方向：電學