高压变电站接地网的远程腐蚀监测技术

　　本文采用小孔限流与护环电极电流约束设计，并结合电化学阻抗技术，设计了一种能实时监测接地网腐蚀状态的电化学传感器。该传感器通过小孔限流将极化电流约束在小孔于接地网钢板上的投影区，同时通过护环电极电流约束电路，使弥散电流得到补偿，因而较传统方法可以更准确测量接地网的腐蚀速率。系统还通过B/S网络模式和SQL数据库技术，建立了一个集成腐蚀监测、太阳能供电、无线通讯和网络数据库的无线监控系统，实现了基于Internet的现场腐蚀监测数据的网络化访问，使授权用户足不出户即可通过公众网或局域网实时查看现场腐蚀数据或曲线，包括接地网腐蚀速率、腐蚀余量、土壤电阻率与自腐蚀电位等关键参数。通过山西阳泉和太原两个变电站近一年的现场监测表明：该监测系统可以较为准确地测量接地网的腐蚀速率，是接地网可靠运行的重要保障条件之一。

　　发变电站接地网是埋入大地中并与大地紧密接触的金属网，为故障电流或雷电流快速泄放提供入地通道、保护人身安全和电气设备安全[1]。当前，出于环境保护和成本考虑，我国普遍采用低碳钢而不是铜网作为接地网材料，接地体在土壤中腐蚀会导致截面积变小、接地电阻增加，造成接地网寿命减短，严重时甚至危及电网的稳定运行。因此，研究接地网在线腐蚀监测方法，实现不断电、不开挖情况下的腐蚀监测，以便及时发现故障，防患于未然，对于保障电力系统的可靠运行具有重要意义。

　　当前大多数变电站接地网的腐蚀评估通常依靠测量接地网接地电阻值来间接判断[2]，然而，由于电磁干扰和测量精度的限制，直接测量地网接地电阻很难准确评估地网腐蚀状态[3]。也有研究者通过分析接地网埋深位置的土壤，如测量土壤含水率、pH值、含盐量等腐蚀性参数来间接评价地网腐蚀状态[4]，但该方法存在土壤取样工作量大、分析周期长、且不能直接反映地网自身腐蚀速率等不足之处。对接地网进行开挖检查最为直接，然而大面积开挖势必存在盲目性，且还要切断电网停电，存在一定的安全隐患。因此研究一种安全可靠、可操作性强、快速准确的发变电站接地网腐蚀诊断方法十分迫切[5]。

　　接地网在土壤中的腐蚀属于电化学腐蚀，可以采用多种电化学方法进行腐蚀监测，包括线性极化法[6]、恒电流阶跃法[7,8]和电化学阻抗法[9]等。当前大多数电化学监测方法均需要预埋金属试片于土壤中，只能测量土壤的腐蚀性，并不能直接测量地网自身的腐蚀速率。如果将被测地网作为工作电极，则必须将极化电流限制在一定区域内，否则，被极化接地网面积的不确定性，将会导致腐蚀速率测量产生极大的误差。

　　为了解决电流约束问题，Feliu等[10]提出采用纯阻容串并联电路来模拟电流分布，但该计算过程复杂且误差极大。Law等[11]提出了护环法(GRM)来约束CE电极的极化电流，但是GRM技术是基于完全约束实现的，导致实际体系中经常出现过约束或欠约束[12,13]现象。针对上述问题，我们在以前的研究工作基础上[14]提出了GE电流约束电路的改进方案，并且研制了集成小孔限流与GE电流约束的接地网腐蚀监测传感器。该传感器通过小孔限流将极化电流约束在接地网钢板上的限定位置，同时通过护环电流约束电路，使弥散电流得到补偿。现场实测表明：具有电流约束的小孔限流电极测量结果与参考电极具有较好的一致性。