一种接地网腐蚀状态检测电路及接地网腐蚀状态监测方法技术

本发明专利技术公开了一种接地网腐蚀状态检测电路及检测方法，它包括控制器，状态传感器单元分别与电阻测量模块和暂态测量模块导线连接；电阻测量模块和暂态测量模块与控制器连接；所述状态传感器单元包括研究电极、辅助电极和参考电极，三个电极均采用与接地网相同材料的碳钢组成，且三个电极之间由环氧树脂有机材料固定，电极上端引出导线作为信号连接端；解决了接地网腐蚀状态监测通过测量直接注入接地网的大电流和接地网电压来获取接地参数，或者采用开挖检测来估计接地网的腐蚀状况，设施相当笨重，不易移动，不便于定期检测，也很难准确判断整个接地网的腐蚀状况等问题。

A Detection Circuit for Grounding Grid Corrosion and a Monitoring Method for Grounding Grid Corrosion

【技术实现步骤摘要】
一种接地网腐蚀状态检测电路及接地网腐蚀状态监测方法
本专利技术属于接地网腐蚀状态检测技术，尤其涉及一种接地网腐蚀状态检测电路及检测方法。
技术介绍
接地网属于隐蔽工程，其集工作接地、保护接地、防雷接地等功能为一体，对于电力系统的可靠运行和工作人员的人身安全起着至关重要的作用。然而，由于接地网长期处于地下环境中，土壤的化学与电化学腐蚀不可避免，加之接地装置散流与杂散电流的腐蚀，导致接地体截面减小、热稳定性不够、电气性能恶化，系统发生短路故障或遭受雷击时将可能造成接地装置烧坏、地电位升高、高压窜入二次回路等事故，有可能给公司乃至国家带来了巨大的经济损失和不良的社会影响；而现有技术中，主要通过测量直接注入接地网的大电流和接地网电压来获取接地参数，或者采用开挖检测来估计接地网的腐蚀状况，设施相当笨重，不易移动，不便于定期检测，也很难准确判断整个接地网的腐蚀状况。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种接地网腐蚀状态检测电路及检测方法，以解决主要接地网腐蚀状态监测通过测量直接注入接地网的大电流和接地网电压来获取接地参数，或者采用开挖检测来估计接地网的腐蚀状况，设施相当笨重，不易移动，不便于定期检测，也很难准确判断整个接地网的腐蚀状况。本专利技术的技术方案是：一种接地网腐蚀状态检测电路，它包括控制器，其特征在于：状态传感器单元分别与电阻测量模块和暂态测量模块导线连接；电阻测量模块和暂态测量模块与控制器连接；所述状态传感器单元包括研究电极、辅助电极和参考电极，三个电极均采用与接地网相同材料的碳钢组成，且三个电极之间由环氧树脂有机材料固定，电极上端引出导线作为信号连接端。所述电阻测量模块包括第一模拟开关，第一模拟开关的一端选定电阻测量档位量程Rz，另一端连接在第一运放的反相端；第一运放的同相端分出两条支路，一条支路通过电阻R1连接第一运放的+12V电源端，另一条支路通过电阻R2和滑变电阻R3的并联连接到第一运放的输出端U0，同时稳压二极管Dz给第一运放的同相端提供基准电压Uref；第二模拟开关的一端选通研究电极、辅助电极和参考电极之间的两个，Rx为选通的两个电极的极间电阻，另一端分别与第一运放的输出端U0、第一运放的反相端相连。所述暂态测量模块包括自然腐蚀电位测量模块和电流检测模块；第三模拟开关的X、Y、Z端分别连通研究、参考与辅助三个电极，同时通过控制器的IO口控制电流检测模块和自然腐蚀电位测量模块的选择；当IO为1时选通自然腐蚀电位测量模块，第三模拟开关的Y1端经过电阻R7连接到第三运放的同相端，X1端直接连接到第三运放的反相端，第三运放的输出端LV4即为自然腐蚀电位；当IO为0时选通电流检测模块，单片机模拟量输出端经过电阻R5连接到第二运放的同相端，反相端经过电阻R6接地，第二运放的输出端LV1经过电阻R4连接到第三模拟开关的Z0端，则第三模拟开关的Y0端输出的信号LV3即为极化后的参研电位。它还包括RS232通信模块，RS232通信模块与控制器连接。它还包括电源模块，电源模块与控制器连接。所述的一种接地网腐蚀状态检测电路的接地网腐蚀状态监测方法，它包括：步骤1、安装状态传感器单元；步骤2、测量状态传感器两两电极间的电阻Rs1、Rs2、Rs3及自然腐蚀电位Ecorr；步骤3、测量参考电极与研究电极之间的电压，以及辅助电极与研究电极之间的电流；步骤4、计算传感器电极的腐蚀速率以此作为传感器所在区域中接地网导体的腐蚀速率；步骤5、根据各区域接地网导体的腐蚀速率计算各个区域的腐蚀深度与几何尺寸的平均值、最大值及最小值；利用接地网数据计算方法计算接地网接地电阻、最大跨步电压与最大接触电压的平均值、最大值及最小值；步骤6、将接地网的接地电阻、最大跨步电压与最大接触电压的平均值、最大值及最小值与对应的设计参数进行比较，判断接地网的安全性能。步骤7、结合遗传算法优化参数后的最小二乘支持向量机和误差校正模型，对腐蚀深度进行预测，以掌握接地网的腐蚀趋势，计划接地网的维修和更换的最佳时期。步骤1所述安装状态传感器单元的方法包括：将传感器的三个电极埋于接地网所在区域的土壤中，埋设深度与接地网埋设深度相同；对土壤根据性质分区，传感器的安放位置保证不同土壤性质对接地电极的腐蚀影响都能得以反映，即在不同土壤性质的区域均装设有传感器；在电流散流最大与最小的区域、电位梯度最大与最小的区域以及跨步电压和接触电压最大与最小区域均布置传感器。步骤4所述计算传感器电极的腐蚀速率的方法它包括：步骤4.1、获取电阻Rs1、Rs2、Rs3以及自然腐蚀电位Ecorr；步骤4.2、获取参考电极和研究电极之间的电位E；参考电极和研究电极之间的电位E在极化过程中测得；所述极化是对传感器施加恒电流信号，使得参研电极间极化电位在自然腐蚀电位的±10mV内，以保证金属处于线性极化阶段；步骤4.3、计算极化电阻Rp，公式为：根据Stern-Geary公式，其中：ba是阳极反应的塔菲尔常数；bc是阴极反应的塔菲尔常数；ba、bc可根据电化学特性计算，也可以从极化曲线的强极化区求得。这样通过计算Rp，可以求出腐蚀电流密度Icorr，则根据Icorr可以换算成腐蚀速率和年平均腐蚀深度，为：上式中：v为腐蚀速率(g/m2·h)；M为金属的摩尔质量(g/mol)；Z为金属的原子价；icorr为腐蚀电流密度(μA/cm2)。上式中：d为年平均腐蚀深度，mm/a；ρ为金属密度，g/cm3。步骤5所述根据各区域接地网导体的腐蚀速率计算各个区域的腐蚀深度与几何尺寸的平均值、最大值及最小值；利用接地网数据计算方法计算接地网接地电阻、最大跨步电压与最大接触电压的平均值、最大值及最小值的方法包括：通过腐蚀速率对时间的积分，求得各区域接地网导体的腐蚀深度，取接地网整个区域内接地体腐蚀深度的最大值、平均值、最小值作为接地网的最大腐蚀深度、平均腐蚀深度以及最小腐蚀深度；由最大腐蚀深度、平均腐蚀深度、最小腐蚀深度以及接地体的设计几何尺寸计算出接地体的实际几何尺寸的最大值、平均值、最小值，再计算各接地体横截面面积的最大值、平均值、最小值；依据各接地体横截面面积的最大值、平均值、最小值，计算各接地体横截面等效半径的最大值、平均值、最小值；根据各接地网导体的实际长度及各接地体横截面等效半径的最大值、平均值、最小值，计算接地电阻的最大值、平均值、最小值及相应的地表电位分布、再由接地网最大跨步电压与最大接触电压的定义式，计算最大跨步电压与最大接触电压的最大值、平均值、最小值。步骤7所述的结合遗传算法优化参数后的最小二乘支持向量机和误差校正模型，对腐蚀深度进行预测的方法为：利用遗传算法对最小二乘支持向量机的参数进行全局寻优，获得寻优模型参数和相应模型；将时间和接地网原始年平均腐蚀深度序列作为预测模型的输入和输出，对数据样本进行归一化处理；最小二乘支持向量机经遗传算法优化参数后预测年平均腐蚀深度，得到预测值和相对误差；利用误差预测校正模型先对相对误差进行预测得到预测值；再通过校正式对预测的误差进行校正，最后得到预测校正结果。本专利技术有益效果：本专利技术可以实时检测接地网的多种腐蚀状态信号，帮助电网公司及时、全面地了解接地装置的运行状况，为接地装置的维修改造、设计与防腐等提供依据；本专利技术将一定数量的三电极状态传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种接地网腐蚀状态检测电路，它包括控制器，其特征在于：状态传感器单元分别与电阻测量模块和暂态测量模块导线连接；电阻测量模块和暂态测量模块与控制器连接；所述状态传感器单元包括研究电极、辅助电极和参考电极，三个电极均采用与接地网相同材料的碳钢组成，且三个电极之间由环氧树脂有机材料固定，电极上端引出导线作为信号连接端。

【技术特征摘要】
1.一种接地网腐蚀状态检测电路，它包括控制器，其特征在于：状态传感器单元分别与电阻测量模块和暂态测量模块导线连接；电阻测量模块和暂态测量模块与控制器连接；所述状态传感器单元包括研究电极、辅助电极和参考电极，三个电极均采用与接地网相同材料的碳钢组成，且三个电极之间由环氧树脂有机材料固定，电极上端引出导线作为信号连接端。2.根据权利要求1所述的一种接地网腐蚀状态检测电路，其特征在于：所述电阻测量模块包括第一模拟开关，第一模拟开关的一端选定电阻测量档位量程Rz，另一端连接在第一运放的反相端；第一运放的同相端分出两条支路，一条支路通过电阻R1连接第一运放的+12V电源端，另一条支路通过电阻R2和滑变电阻R3的并联连接到第一运放的输出端U0，同时稳压二极管Dz给第一运放的同相端提供基准电压Uref；第二模拟开关的一端选通研究电极、辅助电极和参考电极之间的两个，Rx为选通的两个电极的极间电阻，另一端分别与第一运放的输出端U0、第一运放的反相端相连。3.根据权利要求1所述的一种接地网腐蚀状态检测电路，其特征在于：所述暂态测量模块包括自然腐蚀电位测量模块和电流检测模块；第三模拟开关的X、Y、Z端分别连通研究、参考与辅助三个电极，同时通过控制器的IO口控制电流检测模块和自然腐蚀电位测量模块的选择；当IO为1时选通自然腐蚀电位测量模块，第三模拟开关的Y1端经过电阻R7连接到第三运放的同相端，X1端直接连接到第三运放的反相端，第三运放的输出端LV4即为自然腐蚀电位；当IO为0时选通电流检测模块，单片机模拟量输出端经过电阻R5连接到第二运放的同相端，反相端经过电阻R6接地，第二运放的输出端LV1经过电阻R4连接到第三模拟开关的Z0端，则第三模拟开关的Y0端输出的信号LV3即为极化后的参研电位。4.如权利要求1所述的一种接地网腐蚀状态检测电路的接地网腐蚀状态监测方法，它包括：步骤1、安装状态传感器单元；步骤2、测量状态传感器两两电极间的电阻Rs1、Rs2、Rs3及自然腐蚀电位Ecorr；步骤3、测量参考电极与研究电极之间的电压，以及辅助电极与研究电极之间的电流；步骤4、计算传感器电极的腐蚀速率以此作为传感器所在区域中接地网导体的腐蚀速率；步骤5、根据各区域接地网导体的腐蚀速率计算各个区域的腐蚀深度与几何尺寸的平均值、最大值及最小值；利用接地网数据计算方法计算接地网接地电阻、最大跨步电压与最大接触电压的平均值、最大值及最小值；步骤6、将接地网的接地电阻、最大跨步电压与最大接触电压的平均值、最大值及最小值与对应的设计参数进行比较，判断接地网的安全性能。5.根据权利要求4所述的一种接地网腐蚀状态检测电路的接地网腐蚀状态监测方法，它还包括：步骤7、结合遗传算法优化参数后的最小二乘支持向量机和误差校正模型，对腐蚀深度进行预测，以掌握接地网的腐蚀趋势，计划接地网的维修和更换的最佳时期。6.根据权利要求4所述的一种接地网腐蚀状态检测电路的接地网腐蚀状态监测方法，其特征在于：步骤1所述安装状态传感器单元的方法包括：将传感器的三个电极埋于接地网所在区域的土壤中，埋设深度与接地网埋设深度相同；对土壤根据性质分区，传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄欢，邢懿，马晓红，毛先胤，陈沛龙，吴建蓉，张英，彭敏放，刘彦辰，孙洪博，吴育毅，
申请(专利权)人：贵州电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：贵州,52