接地極雜散電流對埋地金屬腐蝕的模擬裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了接地極雜散電流對埋地金屬腐蝕的模擬裝置，接地極雜散電流對埋地金屬腐蝕的模擬裝置，包括輔助回路電極、微型等比例接地極模型，所述輔助回路電極的為中空圓筒體，微型等比例接地極模型為圓環(huán)體，微型等比例接地極模型設置在輔助回路電極的圓心處，微型等比例接地極模型連接到供電電源的一極，輔助回路電極連接到供電電源的另一極。
【專利說明】
接地極雜散電流對埋地金屬腐蝕的模擬裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及金屬腐蝕防護領域，具體涉及一種接地極雜散電流對埋地金屬腐蝕的模擬裝置及其模擬方法。
【背景技術】
[0002]隨著我國電力系統(tǒng)規(guī)模的擴大，輸電功率的增加，輸電距離的增長，不同步電網(wǎng)之間的聯(lián)網(wǎng)與送電等實際需求，使特高壓直流輸電得到了廣泛的應用。我國的特高壓直流輸電系統(tǒng)全部采用雙極兩端中性點接地方式，正式投產(chǎn)后為雙極運行方式，故障、檢修時采用單極運行。采用單極一大地運行方式運行時，直流接地極將作為工作電流的返回通道，數(shù)千安級的大電流流經(jīng)接地極。雙極運行實際上是由兩個可獨立運行的單極一大地運行系統(tǒng)組成，運行時兩極在地中的電流方向相反，當兩極電流相等時，地回路中的電流為零。但是在雙極運行時允許有不大于額定電流的1%的電流作為不平衡電流從接地極流過。電流在地中流動時，由于土壤的電阻作用，地中會形成一定梯度的地電場，場中的金屬結構如變電站接地網(wǎng)、輸電線路桿塔接地體、鎧裝地下電纜、輸油輸氣管道等就會受到地電場影響而發(fā)生電化學腐蝕。由于埋地材料一般為金屬材料，是電子導體，而土壤是多種鹽組成的離子導體，當電能在電子導體與離子導體之間轉換時，兩相界面必然會發(fā)生氧化還原反應，以實現(xiàn)電量的轉移，因此無論是單極一大地運行時的工作電流，還是雙極運行時的不平衡電流，電流流出的一極都將作為陽極發(fā)生電化學腐蝕。這種腐蝕會加速埋地金屬材料的破壞，大大縮短埋地金屬材料的使用壽命，嚴重威脅埋地構筑物的安全運行。
[0003]長期以來，科研人員為探索直流接地極電流對埋地金屬的腐蝕與防護措施，需要掌握現(xiàn)場腐蝕數(shù)據(jù)及防護措施對比效果。為此，科研人員往往需要在接地極址附近進行相關試驗。但接地極電流受換流站運行方式的影響，長期處于變化狀態(tài)，科研人員不可能長期守在接地極不間斷測量電流、電壓、波形、頻率等相關試驗數(shù)據(jù)，而且如要觀測到明顯的金屬腐蝕現(xiàn)象，耗時極長。而對于一些腐蝕參數(shù)，特別是對于防腐措施的研究，需要在實驗室進行前期的對比試驗?，F(xiàn)有的模擬腐蝕試驗裝置對雜散電流的模擬是通過方形土壤盒內(nèi)處于兩端的正負電極回路實現(xiàn)，不能準確模擬接地極電流從極環(huán)由內(nèi)向外四周發(fā)散的實際情況。目前尚無任何公開文獻記載了模擬直流接地極雜散電流對埋地金屬腐蝕的試驗裝置。為解決這一問題，研究開發(fā)一種模擬直流接地極雜散電流對埋地金屬腐蝕的試驗裝置，模擬直流接地極真實腐蝕環(huán)境，在實驗室或試驗站即可完成相關腐蝕及防護試驗，對比試驗效果，從而探索腐蝕機理及防護方法，是目前急待解決的問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型提供了一種模擬直流接地極雜散電流對埋地金屬腐蝕的試驗裝置及其模擬方法，可實現(xiàn)模擬直流接地極不平衡雜散電流及單極運行條件下等效雜散電流腐蝕環(huán)境的功能，具有模擬直流接地極腐蝕環(huán)境相似度高、操作簡單、自動化程度高等優(yōu)點。
[0005]本實用新型通過下述技術方案實現(xiàn):
[0006]接地極雜散電流對埋地金屬腐蝕的模擬裝置，包括輔助回路電極、微型等比例接地極模型，其特征是:所述輔助回路電極為中空圓筒體，微型等比例接地極模型為圓環(huán)體，微型等比例接地極模型設置在輔助回路電極的圓心處，微型等比例接地極模型連接到供電電源的一極，輔助回路電極連接到供電電源的另一極。
[0007]上述結構的設計原理為:本實用新型中，將土壤設置在輔助回路電極的中空腔體中，然后將微型等比例接地極模型，按照上述要求設置在土壤中，再此基礎之上，布置埋設待研究腐蝕樣品。
[0008]現(xiàn)有的模擬腐蝕試驗裝置對雜散電流的模擬是通過方形土壤盒內(nèi)處于兩端的正負電極回路實現(xiàn)，不能準確模擬接地極電流從極環(huán)由內(nèi)向外四周發(fā)散的實際情況。目前尚無任何公開文獻記載了模擬直流接地極雜散電流對埋地金屬腐蝕的試驗裝置。為解決這一問題，本實用新型研究開發(fā)了一種模擬直流接地極雜散電流對埋地金屬腐蝕的試驗裝置，以中空圓筒體的導體作為輔助回路電極，采用圓環(huán)體作為微型等比例接地極模型，能準確模擬接地極電流從極環(huán)由內(nèi)向外四周發(fā)散的實際情況，可實現(xiàn)模擬直流接地極不平衡雜散電流及單極運行條件下等效雜散電流腐蝕環(huán)境的功能，具有模擬直流接地極腐蝕環(huán)境相似度高、操作簡單、自動化程度高等優(yōu)點。在實驗室或試驗站即可完成相關腐蝕及防護試驗。
[0009]所述供電電源為輸出非直線波電源的波形發(fā)生器及波形放大器。非直線波可以包括矩形波或正弦波或余弦波或鋸齒波或橫波等，即排除直線波，使得本系統(tǒng)可以研究不同波形電源對腐蝕環(huán)境的影響。根據(jù)試驗需求設置不同的電壓、電流、波形、頻率輸出，為整個腐蝕試驗區(qū)提供電源支持?，F(xiàn)有技術的腐蝕供電回路的供電電源一般為直流開關電源，輸出的電源為直線波，研究腐蝕環(huán)境中電壓、電流的等級、腐蝕環(huán)境的變化對腐蝕試片的影響，沒有將波形的影響納入腐蝕研究?，F(xiàn)有的模擬腐蝕試驗裝置專利中，對雜散電流的模擬都是通過直流電源實現(xiàn)，只有電流、電壓對腐蝕有影響。而通過接地極實地測試，發(fā)現(xiàn)極址附近土壤間電壓波形是實際存在的，波形的形狀和大小對腐蝕有影響，所以在模擬腐蝕試驗裝置中引入波形，目前尚無任何公開文獻記載了模擬直流接地極雜散電流波形的腐蝕試驗裝置。
[0010]優(yōu)選的，還包括控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)還包括信息采集裝置、與信息采集裝置連接的信號變送器、與信息采集裝置連接的控制裝置、與信息采集裝置連接的數(shù)據(jù)傳輸遠控裝置；
[0011]數(shù)據(jù)傳輸遠控裝置是基于4G或WIFI的無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪h控單元，所述波形發(fā)生器及波形放大器為整個腐蝕試驗區(qū)提供電源支持，并根據(jù)試驗需求設置不同的電壓、電流、波形、頻率輸出?？刂蒲b置為PLC控制裝置，所述信號變送器用于接受電流、電壓信號，并對此信號進行處理及反饋，所述信息采集裝置通過信號變送器采集電壓、電流信號，并將信號傳輸至控制裝置。
[0012]還包括第二電壓表，第二電壓表兩極分別連接在微型等比例接地極模型、輔助回路電極上，第二電壓表的電壓數(shù)據(jù)輸出端連接到信號變送器；
[0013]還包括電流表，電流表串聯(lián)在微型等比例接地極模型與供電電源之間，電流表的電流數(shù)據(jù)輸出端連接到信號變送器;還包括參比電極，參比電極設置在輔助回路電極、微型等比例接地極模型之間，參比電極為內(nèi)部設置有硫酸銅溶液的有機玻璃圓柱形體。該參比電極為硫酸銅參比電極，參比電極與第一電壓表配合使用，測定腐蝕試驗區(qū)電位分布。
[0014]電壓表、電流表可以通過端子排傳輸?shù)叫盘査妥兤鳌?br>[0015]所述微型等比例接地極模型為金屬導體的圓環(huán)體。
[0016]所述輔助回路電極為金屬導體的圓筒體。
[0017]基于接地極雜散電流對埋地金屬腐蝕的模擬裝置的模擬方法，包括以下步驟:
[0018]電源輸出步驟:控制裝置根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸遠控裝置的指令及信息采集裝置采集到的數(shù)據(jù)來控制波形發(fā)生器及波形放大器的電流、電壓、波形、頻率參數(shù)；
[0019]上述步驟利用波形發(fā)生器及波形放大器實現(xiàn)對輸出電源的電流、電壓、波形、頻率的設定，而傳統(tǒng)電源的輸出的是直流電源。
[0020]建立雜散電流環(huán)境:微型等比例接地極模型和輔助回路電極接收波形發(fā)生器及波形放大器輸出的電源，微型等比例接地極模型和輔助回路電極作為腐蝕雜散電流輸出的正負極端子，提供雜散電流環(huán)境；
[0021]電位提取步驟:根據(jù)參比電極與第一電壓表，提取腐蝕試驗區(qū)的電位，該步驟可采用現(xiàn)有技術，在此不再贅述。
[0022]本實用新型與現(xiàn)有技術相比，具有如下的優(yōu)點和有益效果:可實現(xiàn)模擬直流接地極不平衡雜散電流及單極運行條件下等效雜散電流腐蝕環(huán)境的功能，具有模擬直流接地極腐蝕環(huán)境相似度高、操作簡單、自動化程度高等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0023]此處所說明的附圖用來提供對本實用新型實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，并不構成對本實用新型實施例的限定。在附圖中:
[0024]圖1為本實用新型的布局不意圖。
[0025]附圖中標記及對應的零部件名稱:
[0026]1、數(shù)據(jù)傳輸遠控裝置;2、信息采集裝置;3、信號變送器;4、控制裝置;5、波形發(fā)生器及波形放大器;6、端子排；7、電流表;8、輔助回路電極;9、參比電極；101、第一電壓表；102、第二電壓表;11、微型等比例接地極模型。
【具體實施方式】
[0027]為使本實用新型的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結合實施例和附圖，對本實用新型作進一步的詳細說明，本實用新型的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本實用新型，并不作為對本實用新型的限定。
實施例
[0028]如圖1所示，接地極雜散電流對埋地金屬腐蝕的模擬裝置，包括輔助回路電極8、微型等比例接地極模型11，其特征是:所述輔助回路電極為中空圓筒體，微型等比例接地極模型11為圓環(huán)體，微型等比例接地極模型11設置在輔助回路電極的圓心處，微型等比例接地極模型連接到供電電源的一極，輔助回路電極連接到供電電源的另一極。
[0029]上述結構的設計原理為:本實用新型中，將土壤設置在輔助回路電極的中空腔體中，然后將微型等比例接地極模型11，按照上述要求設置在土壤中，再此基礎之上，布置埋設待研究腐蝕樣品。
[0030]現(xiàn)有的模擬腐蝕試驗裝置對雜散電流的模擬是通過方形土壤盒內(nèi)處于兩端的正負電極回路實現(xiàn)，不能準確模擬接地極電流從極環(huán)由內(nèi)向外四周發(fā)散的實際情況。目前尚無任何公開文獻記載了模擬直流接地極雜散電流對埋地金屬腐蝕的試驗裝置。為解決這一問題，本實用新型研究開發(fā)了一種模擬直流接地極雜散電流對埋地金屬腐蝕的試驗裝置，以中空圓筒體的導體作為輔助回路電極，采用圓環(huán)體作為微型等比例接地極模型，能準確模擬接地極電流從極環(huán)由內(nèi)向外四周發(fā)散的實際情況，可實現(xiàn)模擬直流接地極不平衡雜散電流及單極運行條件下等效雜散電流腐蝕環(huán)境的功能，具有模擬直流接地極腐蝕環(huán)境相似度高、操作簡單、自動化程度高等優(yōu)點。在實驗室或試驗站即可完成相關腐蝕及防護試驗。
[0031]所述供電電源為輸出非直線波電源的波形發(fā)生器及波形放大器5。非直線波可以包括矩形波或正弦波或余弦波或鋸齒波或橫波等，即排除直線波，使得本系統(tǒng)可以研究不同波形電源對腐蝕環(huán)境的影響。根據(jù)試驗需求設置不同的電壓、電流、波形、頻率輸出，為整個腐蝕試驗區(qū)提供電源支持。現(xiàn)有技術的腐蝕供電回路的供電電源一般為直流開關電源，輸出的電源為直線波，研究腐蝕環(huán)境中電壓、電流的等級、腐蝕環(huán)境的變化對腐蝕試片的影響，沒有將波形的影響納入腐蝕研究?，F(xiàn)有的模擬腐蝕試驗裝置專利中，對雜散電流的模擬都是通過直流電源實現(xiàn)，只有電流、電壓對腐蝕有影響。而通過接地極實地測試，發(fā)現(xiàn)極址附近土壤間電壓波形是實際存在的，波形的形狀和大小對腐蝕有影響，所以在模擬腐蝕試驗裝置中引入波形，目前尚無任何公開文獻記載了模擬直流接地極雜散電流波形的腐蝕試驗裝置。
[0032]優(yōu)選的，還包括控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)還包括信息采集裝置2、與信息采集裝置2連接的信號變送器3、與信息采集裝置2連接的控制裝置4、與信息采集裝置連接的數(shù)據(jù)傳輸遠控裝置I;
[0033]數(shù)據(jù)傳輸遠控裝置是基于4G或WIFI的無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪h控單元，所述波形發(fā)生器及波形放大器為整個腐蝕試驗區(qū)提供電源支持，并根據(jù)試驗需求設置不同的電壓、電流、波形、頻率輸出?？刂蒲b置為PLC控制裝置，所述信號變送器用于接受電流、電壓信號，并對此信號進行處理及反饋，所述信息采集裝置通過信號變送器采集電壓、電流信號，并將信號傳輸至控制裝置。
[0034]還包括第二電壓表102，第二電壓表兩極分別連接在微型等比例接地極模型、輔助回路電極上，第二電壓表102的電壓數(shù)據(jù)輸出端連接到信號變送器3;
[0035]還包括電流表7，電流表7串聯(lián)在微型等比例接地極模型與供電電源之間，電流表7的電流數(shù)據(jù)輸出端連接到信號變送器3;
[0036]第二電壓表、電流表可以通過端子排6傳輸?shù)叫盘査妥兤鳌?br>[0037]還包括參比電極9，參比電極9設置在輔助回路電極8、微型等比例接地極模型11之間，參比電極9為內(nèi)部設置有硫酸銅溶液的有機玻璃圓柱形體。該參比電極為硫酸銅參比電極，與第一電壓表101配合使用，測定腐蝕試驗區(qū)電位分布。
[0038]所述微型等比例接地極模型為金屬導體的圓環(huán)體。所述輔助回路電極為金屬導體的圓筒體。
[0039]基于接地極雜散電流對埋地金屬腐蝕的模擬裝置的模擬方法，包括以下步驟:
[0040]電源輸出步驟:控制裝置根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸遠控裝置的指令及信息采集裝置采集到的數(shù)據(jù)來控制波形發(fā)生器及波形放大器的電流、電壓、波形、頻率參數(shù)；
[0041]上述步驟利用波形發(fā)生器及波形放大器實現(xiàn)對輸出電源的電流、電壓、波形、頻率的設定，而傳統(tǒng)電源的輸出的是直流電源。
[0042]建立雜散電流環(huán)境:微型等比例接地極模型和輔助回路電極接收波形發(fā)生器及波形放大器輸出的電源，微型等比例接地極模型和輔助回路電極作為腐蝕雜散電流輸出的正負極端子，提供雜散電流環(huán)境；
[0043]電位提取步驟:根據(jù)參比電極與第一電壓表，提取腐蝕試驗區(qū)的電位，該步驟可采用現(xiàn)有技術，在此不再贅述。
[0044]以上所述的【具體實施方式】，對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本實用新型的【具體實施方式】而已，并不用于限定本實用新型的保護范圍，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.接地極雜散電流對埋地金屬腐蝕的模擬裝置，包括輔助回路電極(8)、微型等比例接地極模型(11)，其特征是:所述輔助回路電極為中空圓筒體，微型等比例接地極模型(11)為圓環(huán)體，微型等比例接地極模型(11)設置在輔助回路電極的圓心處，微型等比例接地極模型連接到供電電源的一極，輔助回路電極(8)連接到供電電源的另一極。2.根據(jù)權利要求1所述的接地極雜散電流對埋地金屬腐蝕的模擬裝置，其特征是:所述供電電源為輸出非直線波電源的波形發(fā)生器及波形放大器(5)。3.根據(jù)權利要求1所述的接地極雜散電流對埋地金屬腐蝕的模擬裝置，其特征是:還包括信息采集裝置(2)、與信息采集裝置(2)連接的信號變送器(3)、與信息采集裝置(2)連接的控制裝置(4)、與信息采集裝置(2)連接的數(shù)據(jù)傳輸遠控裝置(I); 還包括第二電壓表(102)，第二電壓表兩極分別連接在微型等比例接地極模型、輔助回路電極上，第二電壓表(102)的電壓數(shù)據(jù)輸出端連接到信號變送器(3); 還包括電流表(7 )，電流表(7 )串聯(lián)在微型等比例接地極模型與供電電源之間，電流表(7)的電流數(shù)據(jù)輸出端連接到信號變送器(3)。4.根據(jù)權利要求3所述的接地極雜散電流對埋地金屬腐蝕的模擬裝置，其特征是:還包括參比電極(9)，參比電極(9)設置在輔助回路電極(8)、微型等比例接地極模型(11)之間，參比電極(9)為內(nèi)部設置有硫酸銅溶液的有機玻璃圓柱形體，參比電極與第一電壓表(101)配合使用測量腐蝕試驗區(qū)電位分布，電壓數(shù)據(jù)輸出端連接到信號變送器(3)。5.根據(jù)權利要求1所述的接地極雜散電流對埋地金屬腐蝕的模擬裝置，其特征是:微型等比例接地極模型為金屬導體的圓環(huán)體。6.根據(jù)權利要求1所述的接地極雜散電流對埋地金屬腐蝕的模擬裝置，其特征是:所述輔助回路電極為金屬導體的圓筒體。
【文檔編號】G01N17/00GK205643107SQ201620243178
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月28日
【發(fā)明人】王志高, 丁德, 張星海, 白曉春, 王方強, 吳健, 蘭新生, 張力, 劉磊, 耿植, 魚小兵, 郭季璞
【申請人】國網(wǎng)四川省電力公司電力科學研究院, 國網(wǎng)陜西省電力公司電力科學研究院, 國家電網(wǎng)公司