输电线路杆塔接地装置腐蚀程度诊断研究-第1篇

输电线路杆塔接地装置腐蚀程度诊断研究

Summary：伴随人们生活水平的提升电力已然成为人们生活的重要资源，各类用电设备的增加使得供电企业的发展压力加大。输电线路杆塔的接地装置是输电线路的重要组成部分，其安全运行直接影响到电力系统的可靠性，对输电线路的安全运行有着重要的意义。Keys：输电线路；杆塔接地装置；腐蚀程度；诊断引言电力行业对于我国社会发展和市场稳定进步有十分重要的作用，电力接地是电力系统安全运行的重要保证，不仅可以降低电气设备绝缘水平、保护接地、防止静电干扰、检测接地故障、防止电磁干扰，还可安全地进行电力系统中功能接地、等电位链接、作用接地等。但因为我国电力接地装置一般都安装在地底和空中，常暴露于土壤或大气环境中，容易遭到大气与土壤中的电化学腐蚀，影响电力系统的正常运行。1导体的材料所受影响接变电站接地网的导体遭受锈蚀损坏，主要是因长年间材料和其接触的土壤进行化学反应以及电化学反应而产生的，与接变电网本身的材料的物理化学性质有关，而碳钢接受的腐蚀是接变电站受腐的主要原因。接变电站接受到的腐蚀很大程度是其材料本身的理化性质组成的结构决定的，并不是碳钢本身。通常接变电站被腐蚀位置最严重的部分是在接变电站接地网焊接处。研究后发现，材料中的杂质易于使土壤锈蚀导体。并且导体材料碳素235类似的镀锌材料也会首先受到侵蚀。有文献提到的接变电站接地网耐腐蚀材料是合金钢且合金钢是碳素结构Q235抗腐蚀能力的数倍，但经试验后发现，接变电站接地网所使用的材料镀锌钢在1年内其镀锌层会被腐蚀。2输电线路杆塔接地装置腐蚀程度诊断2.1腐蚀接地极的接地电阻计算由于杆塔接地极主要依靠导体的外表面向大地流散，因此当电流通过接地引下线到达腐蚀的水平接地极时，主要通过接地极的径向进行散流：首先在金属导体内部轴向流通，到达接地极的各部位，再由金属表面流向腐蚀产物层，最后由腐蚀层向大地泄露。基于搭建的腐蚀接地极的结构模型，腐蚀接地极的电流溢散示意图。选取并放大腐蚀接地极的某一小段，流入该段的轴向电流为，流出为。从该段接地极金属部分表面流散出去的电流为，该电流也是从金属表面流入该段腐蚀接地极所覆盖腐蚀层的电流，之后沿着腐蚀层空心圆环柱的径向流通，到达腐蚀层外表面并向土壤流散。在散流过程中若将接地极金属看作是源，腐蚀层与土壤在电路上呈串联关系。因此，腐蚀接地极的接地电阻可被拆分为两部分：一部分是土壤中散流时产生的散流电阻部分，电阻值为R1；另一部分为附着于接地极表面的腐蚀产物电阻部分，电阻值为R2。0d为接地极初始直径，cd为接地极腐蚀后剩余金属部分的有效直径，本论文提出腐蚀系数来表达腐蚀程度，表达式为有效直径与初始直径的比值，如式：（1）（1）R2是以腐蚀产物为介质的空心圆环柱沿径向方向的电阻，通过径向积分得到其计算公式如式(2)，式中，r0为接地极的初始半径，rc为接地极发生腐蚀后金属部分的有效半径，corr为腐蚀产物电阻率，L是接地极总长度。（2）由于腐蚀产物占据了一部分土壤散流空间，因此散流电阻R1需在直径为cd的接地极接地电阻的基础上，减去一个以土壤为介质的空心圆环柱电阻。散流电阻R1的计算公式如式(3)：（3）因此，腐蚀接地极的接地电阻计算方法如式（4）（4）由式(4)可以看出，腐蚀接地极的金属直径虽然减小，但土壤散流空间同时减小，土壤中的散流电阻部分并没有发生改变。接地电阻的增大是由于电阻率较高的腐蚀产物附着于接地导体表面，阻碍了电流溢散过程。实际上，根据平均电位法计算接地电阻值的原理可知，当电流通过接地极向土壤中进行流散时，接地极被当作等势体，其电位为接地极表面的电位。因此土壤中散流电阻的大小与接地极材质无关，只与接地极的尺寸大小、埋设深度以及环境土壤电阻率有关。腐蚀发生后，腐蚀接地极的整体电位变成了腐蚀产物层外表面的电位。若腐蚀接地极整体直径未改变，腐蚀后流入土壤的电流实际上还是从腐蚀前的原位置流入，只是该位置由“金属/土壤界面”变成了“腐蚀产物/土壤界面”。这也就从另一角度解释了土壤散流电阻部分R1在发生腐蚀后并未改变的原因。2.2杆塔接地导体模型仿真在AnsoftMaxwell软件中建立一种典型的杆塔接地装置仿真模型，给予载以电流I的线电流源向接地引下线注入电流，接收线圈拾取接地导体的磁感应信号，设置接收线圈半径0.25m。采用一个边长100m的大正方体模拟均匀半空间，设置土壤电阻率ρ=50Ωm，杆塔接地装置处在土壤模型上表面以下0.8m。选择探测范围，设定测线和测点间距。仿真结束，记录测点位置磁感应强度数据，利用成图工具绘制磁场强度等值线图，其中红色的圆点代表测点位置。通过分析磁感应场值图上的场值等值线差异情况进行杆塔接地装置的接地导体位置判断。在杆塔接地装置模型中，在辐射接地导体的区域，垂直横跨接地导体设置了一条测线，测点包含测点9个，测点间的距离为1米。在经过接地导体的正上方的测点表现的场值最大，这个特征表现和形成田字网状的区域所表现的磁感应特征相反。田字网状区域接地导体上方磁感应场值为最小，而辐射接地导体上方的磁感应场值为最大。这是因为在田字网状区域，杆塔接地导体形成了闭合回路，形成涡流，接收信号在网孔中心处附近为最大。而辐射接地导体中通过的电流散流到周围土壤中，所以杆塔接地导体正上方的磁感应信号比周围要大。2.3引射线配合垂直接地极使用多根垂直接地极时，由于各垂直接地极两两平行，其相互之间的屏蔽效应往往较大，为了对垂直接地极进行有效利用，将四根垂直接地极首先布置于射线和框体的连接处，然后依次沿着射线方向等距向外布置，随着垂直接地极布置位置的外移，冲击接地电阻整体趋于下降，即当垂直接地极布置在外引射线末端时，接地装置整体降阻效果最优。对此规律进一步探究，保持接地材料总长度不变，分别在外引射线末端和射线框体连接处同时施加垂直接地极，并在外引射线末端和射线中部同时施加垂直接地极，垂直接地极长度变化时的接地电阻，垂直接地极总长度恒定时，只在四条射线末端布置四条垂直接地极有最好的降阻优化效果。对不同雷电流幅值及土壤电阻率进行仿真探究，所得规律与本结论一致。3接地材料的杂散电流腐蚀与防护（1）采用杀菌剂或抑制剂;改善环境条件，控制细菌的生长，如切断硫化物矿石中硫的来源阻止流杆菌产生硫酸;使用表面涂层，并根据实际情况决定采用单一涂层还是混合涂层，采用有机涂层还是金属镀层;实施阴极保护，可使被保护材料周围成为一个高pH值区，达到抑制细菌活动的目的。（2）长时间直流电流通过接地极注入大地，导致极址土壤发热，引起材料腐蚀，威胁直流输电工程的运行安全和可靠性。抑制直流接地极入地电流对金属管道的影响，一方面可以增大直流接极地与管道之间的防护距离，另一方面尽可能地减少单极大地回线运行的次数和时间。为减少直流电流对杆塔接地体的腐蚀影响，一方面可增加杆塔接地体本身抗直流电流腐蚀的能力，另一方面可以减小流过杆塔接地体的电流。结语该方法应用于输电线路杆塔接地装置的地下导体腐蚀诊断领域，可以为非开挖和不停电的接地导体伤病诊断提供了参考依据，降低了诊断过程的经济损失;此外