一种变电站接地网腐蚀监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种变电站接地网腐蚀监测系统，它包括腐蚀监测传感器和腐蚀监测装置；所述腐蚀监测传感器包括辅助电极、护环电极、固体参比电极、不锈钢圆筒体、不锈钢套管；所述腐蚀监测装置包括MCU控制器、正弦波发生器、数据采集单元、电源模块、时钟电路，以及与腐蚀监测传感器的辅助电极、护环电极、固体参比电极相连的交流阻抗电路；所述交流阻抗电路包括与辅助电极相连的功率放大器、与护环电极相连的电流约束电路、与固体参比电极相连的主极化电路。本发明专利技术提供一种集成小孔限流、护环电极电流约束和交流阻抗技术的接地网在线腐蚀监测系统，用于接地网腐蚀速率和土壤电阻率的长期监测。

【技术实现步骤摘要】
一种变电站接地网腐蚀监测系统
本专利技术涉及发变电站接地网腐蚀监测领域，具体涉及一种变电站接地网腐蚀监测系统，适用于各种埋地接地网材料的在线监测以及防腐蚀措施的评估。
技术介绍
我国普遍采用低碳钢作为接地网材料，在土壤中的酸、碱、盐或微生物作用下，发生腐蚀并导致导体或地下引线线径减小甚至断裂，致使其电气性能恶化，严重时直接危及电网的稳定运行。因接地网导体常埋于土壤中，具有较强的隐蔽性，目前实际工程中对接地网性能好坏的检测只能通过接地电阻的大小来间接判断，但这并不能准确判断接地网的腐蚀情况，特别是局部腐蚀造成的区域性接地电阻上升问题，往往很难发现。等到发现接地电阻不合格或引发事故后，再进行大面积开挖来检查接地网的腐蚀及断点情况，不但效果较差，且费时费力，还会影响发变电站的运行。当前大多数监测方法均需要预埋金属试片于土壤中，这种方式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，且因为很多原因，测量结果并不准确。因此研究接地网腐蚀检测方法，实现不断电、不开挖情况下的地网腐蚀状态直接监测，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。公开号为102495291A，公开日期为2012年6月13日，专利名称为一种变电站接地网腐蚀状态阻抗频率响应测量方法的专利，它利用数值仿真计算提供变电站接地网不同位置、不同腐蚀状态接地引下线之间阻抗频率响应曲线，然后通过测量不同位置引上线的阻抗频率响应曲线并与历史测量数据比较，来评估接地网腐蚀状态，并给出接地网的腐蚀等级及接地体等效直径。公开号为102707191A，公开日期为2012年10年3日，专利名称为一种大型变电站地网腐蚀诊断装置及其诊断方法的专利，它利用分布式采集盒上的多个接线柱与地网的网格节点引上线进行焊接，然后通过信号采集装置测量相应端口的电压和电流，计算相应的端口电阻，并与该端口原电阻值进行比较，以此判断该处地网是否存在故障。上面的两种方法均依赖于较复杂的大型仪器和软件，对于大中型地网，由于地网面积较大，连接地网的引下线也较多，安装过程费时费力，而且监测容易受到发变电站各种干扰的影响，不仅测量结果不准确，而且无法方便地实现接地网的在线腐蚀监测。因此，我们有必要设计一款新的变电站接地网腐蚀监测系统，以准确测量变电站接地网的腐蚀速率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能准确测量变电站接地网的腐蚀速率的变电站接地网腐蚀监测系统。本专利技术是这样实现的：一种变电站接地网腐蚀监测系统，它包括腐蚀监测传感器和腐蚀监测装置；所述腐蚀监测传感器包括辅助电极、护环电极、固体参比电极、不锈钢圆筒体、不锈钢套管；所述辅助电极固定在不锈钢圆筒体内壁，所述护环电极固定在不锈钢圆筒体外壁，所述固体参比电极通过参比电极固定环固定在不锈钢圆筒体内；所述辅助电极、护环电极、固体参比电极分别通过单芯导线引出，且所述单芯导线外套设有屏蔽软套管；所述屏蔽软套管穿出不锈钢套管，并通过防水接头密封；所述不锈钢圆筒体的圆周方向设有多个通孔；所述腐蚀监测装置包括MCU控制器、正弦波发生器、数据采集单元、电源模块、时钟电路，以及与腐蚀监测传感器的辅助电极、护环电极、固体参比电极相连的交流阻抗电路；所述交流阻抗电路包括与辅助电极相连的功率放大器、与护环电极相连的电流约束电路、与固体参比电极相连的主极化电路；所述MCU控制器分别与数据采集单元、电源模块、正弦波发生器连接，所述电源模块与正弦波发生器连接，所述正弦波发生器通过主极化电路与功率放大器连接，所述主极化电路通过电流约束电路与数据采集单元连接，所述数据采集单元分别与时钟电路、腐蚀监测传感器的工作电极连接。按上述方案，所述护环电极的外径与不锈钢圆筒体的外径相等；所述护环电极的中心与辅助电极的中心重合。按上述方案，所述辅助电极、护环电极位于不锈钢圆筒体的中下部；所述不锈钢圆筒体的下部逐渐缩小呈锥形。按上述方案，所述不锈钢圆筒体的内径为10mm～30mm，所述辅助电极的外径与不锈钢圆筒体的内径相同，所述辅助电极的高度为10mm～20mm；护环电极的内径为40～50mm，高度为10mm～20mm。按上述方案，所述交流阻抗电路包括加法器U2、阻抗变换器U1、电压跟随器U3，所述加法器U2的同相端通过电阻R1与直流电压连接，所述加法器U2的反相端通过电阻R2依次与正弦波发生器、MCU控制器连接，所述加法器U2的输出端通过电容C1、电阻R3与加法器的反相端连接，所述加法器U2的输出端与腐蚀监测传感器的辅助电极连接，所述加法器U2的输出端与电压跟随器U3的反相端连接；所述加法器U2的反相端与阻抗变换器U1的输出端连接，所述阻抗变换器U1的反相端与阻抗变换器U1的输出端连接，阻抗变换器U1的同相端与腐蚀监测传感器的参比电极连接；所述电压跟随器U3的同相端与电压跟随器U3的输出端连接，所述电压跟随器U3的输出端与腐蚀监测传感器的护环电极连接，所述参比电极与辅助电极连接。阻抗变换器U1将来自参比电极的高阻电压信号转换为低阻电压信号，加法器U2、单位增益的电压跟随器使护环电极（GE）与辅助电极（CE）具有相同的电位值，而极化电极（GE）输出的约束电流促成了极化电流的自适应约束，用于提供护环电极的约束电流。电阻R1端输入直流电位，该直流电位与地网开路电位等值，电阻R2输入正弦波信号。按上述方案，所述MCU控制器通过通讯模块与监控终端实现通讯。本专利技术提供一种集成小孔限流、护环电极电流约束和交流阻抗技术的接地网在线腐蚀监测系统，用于接地网腐蚀速率和土壤电阻率的长期监测。本专利技术由于采用了交流阻抗技术，相比传统极化曲线或恒电流阶跃法，具有更高的抗电磁干扰和交流干扰能力，其测量结果更为稳定。而本专利技术相较拓扑结构腐蚀诊断法，具有更高的测量精度。本专利技术中的腐蚀监测传感器集成了小孔限流与护环电流约束两种技术，基于小孔限流技术，可将极化电流约束在接地网钢板上的限定位置，通过护环电流约束电路，使小孔缝隙流出的弥散电流得到约束，能更准确地测量接地网的腐蚀速率。当将此腐蚀监测传感器垂直固定在接地网钢板上时，辅助电极（CE）将提供小孔孔口投影面内钢板的极化电流，而护环电极（GE）所提供的约束电流可将小孔弥散出的电流约束在小孔投影面内，也可以防止圆筒体侧面通孔内发散出极化电流，因而能更准确测量接地网腐蚀速率。最后，所有流向接地网的电流通过引上线和工作电极引线（WE）回到腐蚀监测装置内。本专利技术中的腐蚀监测装置采用交流阻抗的高、低频双频激励技术，既能测量接地网的腐蚀速率，也能测量土壤的电阻率，具有常规单一接地网腐蚀监测技术所没有的优势。该腐蚀监测装置能把腐蚀监测传感器测量的金属损失量及腐蚀速率、土壤电阻率、接地网开路电位等模拟电信号通过转换器转化成数字信息存储起来，并通过有线通讯（RS232，485或I2C等）和/或无线通讯器件将数据传递给上位机（监控终端）实现数据交换。本专利技术中的MCU控制器可以是8位、16位或32位单片机，其作用是用于信号处理与数据分析。该MCU控制器通过串行或并行数字总线将波形数据发送到正弦波发生器，而正弦波发生器内的高速D/A转换器再将数字波形转换为一定频率的模拟波形，并加载到主极化电路。MCU控制器还通过数字总线连接到数据采集单元，由数据采集单元对来自腐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变电站接地网腐蚀监测系统，它包括腐蚀监测传感器和腐蚀监测装置，其特征在于：所述腐蚀监测传感器包括辅助电极、护环电极、固体参比电极、不锈钢圆筒体、不锈钢套管；所述辅助电极固定在不锈钢圆筒体内壁，所述护环电极固定在不锈钢圆筒体外壁，所述固体参比电极通过参比电极固定环固定在不锈钢圆筒体内；所述辅助电极、护环电极、固体参比电极分别通过单芯导线引出，且所述单芯导线外套设有屏蔽软套管；所述屏蔽软套管穿出不锈钢套管，并通过防水接头密封；所述不锈钢圆筒体的圆周方向设有多个通孔；所述腐蚀监测装置包括MCU控制器、正弦波发生器、数据采集单元、电源模块、时钟电路，以及与腐蚀监测传感器的辅助电极、护环电极、固体参比电极相连的交流阻抗电路；所述交流阻抗电路包括与辅助电极相连的功率放大器、与护环电极相连的电流约束电路、与固体参比电极相连的主极化电路；所述MCU控制器分别与数据采集单元、电源模块、正弦波发生器连接，所述电源模块与正弦波发生器连接，所述正弦波发生器通过主极化电路与功率放大器连接，所述主极化电路通过电流约束电路与数据采集单元连接，所述数据采集单元分别与时钟电路、腐蚀监测传感器的工作电极连接。

【技术特征摘要】
1.一种变电站接地网腐蚀监测系统，它包括腐蚀监测传感器和腐蚀监测装置，其特征在于：所述腐蚀监测传感器包括辅助电极、护环电极、固体参比电极、不锈钢圆筒体、不锈钢套管；所述辅助电极固定在不锈钢圆筒体内壁，所述护环电极固定在不锈钢圆筒体外壁，所述固体参比电极通过参比电极固定环固定在不锈钢圆筒体内；所述辅助电极、护环电极、固体参比电极分别通过单芯导线引出，且所述单芯导线外套设有屏蔽软套管；所述屏蔽软套管穿出不锈钢套管，并通过防水接头密封；所述不锈钢圆筒体的圆周方向设有多个通孔；所述腐蚀监测装置包括MCU控制器、正弦波发生器、数据采集单元、电源模块、时钟电路，以及与腐蚀监测传感器的辅助电极、护环电极、固体参比电极相连的交流阻抗电路；所述交流阻抗电路包括与辅助电极相连的功率放大器、与护环电极相连的电流约束电路、与固体参比电极相连的主极化电路；所述MCU控制器分别与数据采集单元、电源模块、正弦波发生器连接，所述电源模块与正弦波发生器连接，所述正弦波发生器通过主极化电路与功率放大器连接，所述主极化电路通过电流约束电路与数据采集单元连接，所述数据采集单元分别与时钟电路、腐蚀监测传感器的工作电极连接；所述交流阻抗电路包括加法器U2、阻抗变换器U1、电压跟随器U3，所述加法器U2的同相端通过电阻R1与直流电压连接，所述加法器U2的反相端通过电阻R2依次与正...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝晋堂，徐霞，王天正，董泽华，刘熙，王琪，李萍，董理科，王鹏皓，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网山西省电力公司电力科学研究院，国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，华中科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11