石墨基柔性接地引下线腐蚀测试关键技术研究

吴剑霞 李浪 李晓明 谯旭

摘要：由于接地网埋设在地下，面积大，对接地网的检查、维护及翻修改造等操作困难，费用巨大。当前国内尚没有系统完备的接地网电气连接故障点及腐蚀检测方法，盲目地对接地网开挖检查造成人力物力的大量耗费。本文阐述了接地网的腐蚀机理，改善接地导体材料的耐腐蚀性能和防护措施，提出一套完整的土壤腐蚀等级和腐蚀检测评价技术体系，从根本上延长接地网的使用寿命对电力系统安全生产具有重要意义。

关键词：接地;输电线路;防腐蚀

前言：目前，电力工程中接地材料普遍使用的是镀锌钢、镀铜钢、扁钢，对接地要求较高的地区会使用铜金属材料。金属材料除了在运输和施工方面难度较大以外，在不同的埋设土壤中也会出现不同程度的腐蚀造成接地电阻的增大。当电力线路发生短路故障或遭受雷击时，影响电力线路上短路电流或雷击电流向远处的扩散，从而对电力线路上连接的电力设备和人员的人身安全造成极大的危害。根据相关部门统计，当电网事故是由接地系统故障引起时往往会引起局部电网的振荡，有时也會造成局部电网的停运。因此，接地系统的安全性和可靠性是电力系统安全运行的基础。

现行接地网腐蚀检测技术

随着电力工程的发展运行，人们也逐渐开展了腐蚀检测的技术研究，现如今国内外具有代表性的接地网腐蚀检测技术有以下几种：

（1） 电阻测量法。电阻测量法是将接地网看作纯电阻电路，通过接地引下线向接地网注入电压并采集相应的端口数据，通过计算得到相邻的两段接地网引线间的端口电阻，接着将端口电阻和接地网的拓扑结构输入特定软件就会得到接地网的腐蚀程度和断点情况。该方法过于依赖接地网导体之间电阻的测量，受地下线数量和位置的限制，且检测过程中需要专业技术人员对测量节点进行实时调整，进行多次测量，可操作性差，不便于推广应用。

（2） 磁场测量法。磁场测量法是由接地引下线向接地网注入一股较大的电流，根据电磁感应理论，接地网会在地表形成磁场，通过磁场的特征便可判断地网是否已被严重腐蚀或者断裂，而后结合矩阵理论、数值计算及电路理论，采用一定的算法进行故障求解。此种方法的弊端在于仿真、模拟实验的接地网规模小、几何形状简单、假设的腐蚀点多为均匀分布，而变电站实际诊断中接地网结构参数往往难以获取，导致该检测方法工程实用性较差。

（3） 电化学测试法。电化学测试法是对接地网施加恒定阶跃电流，同时记录极化电位随着时间变化的曲线，通过解析充电曲线得到表征接地网腐蚀状态的极化阻力值。但应用此方法需考虑腐蚀电化学检测中测量传感器的限流和杂散电流的干扰问题。韩磊等[38]开发了适合现场应用的便携式快速检测系统，该系统中的限流探头解决了电流分布的问题，数据的滤波和拟合处理可以消除噪声干扰以及土壤电阻的影响，并且在一些发电厂和变电站的检测中取得了良好的结果。

电化学腐蚀检测法理论分析

电化学的极化分析和建立仿真模型是分析土壤对接地体腐蚀影响因素和防护方法研究的基础。从各土壤环境本身的理化特性出发，通过离子色谱分析法测定;等离子体放射测定和pH的测量方法，可以比对目前土壤成分中所包含的的元素数量对这个环境的土壤腐蚀性评估的重要性，再结合电化学理论对土壤腐蚀等级的评估做进一步的深入划分。

通过电化学工作站，可以有效探究不同土壤等级环境下的接地体腐蚀状态，通过comsol仿真搭建物理模型，建立对应的物理场，可以有效分析计算各个条件下的接地体本身腐蚀特点，有效验证腐蚀防护措施的可行性;从实际角度出发，结合防腐剂保护法、电化学保护法以及涂覆层保护法等，针对不同环境的腐蚀特性，建立差异化的结构施工方案，切实保护接地体的耐腐蚀运行。

对于腐蚀的检测来讲，近几年的电化学腐蚀检测法相对比较成熟，以三电极测量系统为基础，采用控制电流的测量方法，得出被测电极的极化电阻，继而求出腐蚀深度，通过腐蚀深度参量表征接地体腐蚀状态.通过分析腐蚀深度对地网接地电阻影响，发现腐蚀导致接地体产生附加电阻从而影响接地体的有效接地电阻值，进而破坏接地网的接地状态。最后通过搭建实际土壤模型进行腐蚀深度测量实验，并将实验结果与利用称重法所得结果进行对比.对比结果可以准确地测量接地体腐蚀深度参数，并能够很好地反映接地体腐蚀状况。

石墨基柔性接地装置用接地引下线电化学腐蚀检测方案

1、石墨基接地装置用金属引下线腐蚀情况勘察与分析

（1）基于杆塔输电线路，勘察该线路杆塔的接地装置现场使用情况;

（2）记录所有勘察点的接地装置使用年限、是否发生腐蚀、腐蚀状态以及腐蚀部位;

（3）收集各地区土壤成分样品，进行理化性质分析，初步划分土壤腐蚀等级。

2、新型石墨基柔性防雷接地网金属引下线腐蚀机理方面研究

（1）通过相应的试验，模拟对应试验条件，探究石墨基金属引下线的腐蚀机理;

（2）建立仿真系统，搭建对应物理场，将进一步探究影响石墨基柔性接地体的关键因素;

3、石墨基柔性防雷接地网金属引下线腐蚀防治工程技术研究及防护关键措施研究;

（1）基于腐蚀机理的研究基础，从石墨基柔性接地体本身出发，提出相应的腐蚀防护措施方案;

（2）验证各腐蚀防护方案的有效性以及可行性，推出差异化施工技术。

4、主要研究内容及施工方案，（评价技术）施工差异化的要求，提出更为有效的检测技术方法

（1）对差异化施工方案进行评估，提出相关要求;

（2）在理论研究的基础上，通过与实践相结合，提出一个有效可行的接地体腐蚀检测技术方案。

结语

综上所述，依据土壤成分划分土壤腐蚀等级，利用电化学工作站和COMSOL仿真建立等效模型，在模型的基础上模拟不同环境下的接地网络运行状态，建立腐蚀模型体系，提出腐蚀防护措施，利用三电极体系测量极化电阻，对比表征腐蚀状态，达到腐蚀检测的目的，为输电线路接地体防护提供技术支撑。同时，从接地网本身的结构和运营情况，提出杆塔输电线路接地体腐蚀的检测方案，为输电线路接地安全稳定运行提供保障。

参考文献

[1]熊鸿建，王继成，李延龙，王华楠，陆雪峰.电力系统接地网腐蚀检测技术研究[J].电子设计工程，2019，20（10）：59-61.

[2]李学腾.基于电化学的接地网腐蚀检测方法研究[J].电子设计工程，2019，10（05）：56-58.

作者简介

吴剑霞（1985.6.8），性别：女;籍贯：贵州六盘水;民族：汉;学历：本科;职称：中级工程师、中级政工师、中级经济师;研究方向：电学