专利名称：一种基于模块化设计的变电站接地网防腐蚀及监控装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种金属防腐蚀及监控装置，特别是涉及一种变电站接地网的外加电流阴极保护、腐蚀检测及无线远程监控装置。
背景技术：
接地网是确保变电站正常运行的关键之一。接地网长期埋于地下，由于土壤的电化学腐蚀，特别是由于大的杂散电流的影响，使接地网的腐蚀防护不同于一般的地下金属设备的腐蚀与防护。接地网多则10年，少则3-4年便发生损坏甚至断裂。随着电力系统容量的不断增加，流经地网的入地短路电流也愈来愈大。当事故出现时，如果接地网因腐蚀而造成接地性能不良，不能承受雷电冲击或短路事故形成的电流，短路电流无法在土壤中充分扩散，导致接地网电位升闻，使接地设备的金属外壳带闻电压而危及人身安全和击穿二次保护装置绝缘，甚至损坏设备，扩大事故，破坏电网系统稳定。随着电网技术的不断发展，电网安全稳定的重要性不断提高，接地网腐蚀已成为必需解决的重要问题。现有的变电站接地网防腐蚀及监控装置相关产品，通常采用非模块化设计，其优点是造价低，但是缺点较多，实现装置功能的元器件数量多、机构复杂、故障点多、可靠性较低。传统的防腐蚀用外加电流阴极保护单元主要采用可控硅和磁饱和变流电源为主，这种方式稳定性较差，功能较为简单，整流系统体积庞大笨重，有谐波污染等缺点；也有的采用IGBT或MOSFET作为功率变换电路中的高频开关器件，有效的减少了直流电源系统的体积，但是仍然存在着高频谐波污染、控制电路复杂，且设计的电源系统性能与设计者自身水平、器件的工艺水平有密切的关联，这种方式存在效率低、稳定性差、可靠性较低、功能不强大、互 换性和通用性低及维护难度大等问题。现有的变电站接地网在线检测装置通常采用信号源输出的信号加到状态传感器的辅助电极和测量电极之间，测量流过的电流，将测量的数据经滤波后送到微处理器计算传感器电极的腐蚀速率及接地网的腐蚀深度与电气性能参数，根据计算所得接地网电气性能参数判断接地网的安全性能。其缺点通常传感器和被保护金属材质不一致；由于土壤腐蚀速度较慢，获得的腐蚀信号非常微弱，导致测量系统的前端滤波器很容易将其滤掉，而且，传感器采集的信号包含大量的噪声信号或虚假数据，这些系统误差很容易将有效信号淹没，使得测量腐蚀速度不是实际腐蚀速度，难以保证测量的重现性；最关键的是这种装置的状态传感器并没有与接地网相连接，接地网泄流时的腐蚀速率大于单独土壤腐蚀的速率，接地网加电流阴极保护时的腐蚀速率远小于单独土壤腐蚀速率，所以这类传感器其工作状态与实际接地网显著不同；接地网面积比较大，这类装置虽然采用多个状态传感器来表征整个接地网的腐蚀状况，并采用了暂态和稳态的计算，但各地土壤性质不同，导致其计算值与实际值之间误差较大。总之，这种测量腐蚀速率的方法属于一种软测量方法，但是由于测量系统自身的误差及重现性的无法保证，无法有效地评价接地网的腐蚀情况。
实用新型内容针对以上实际情况，本实用新型提供了一种基于模块化设计的变电站接地网防腐蚀及监控装置，采用一系列的功能模块，根据实际情况，进行模块的选择和组合，进而定制产品，以满足不同电压等级和规模的接地网防腐蚀需求。为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:一种基于模块化设计的变电站接地网防腐蚀及监控装置，包括外加电流阴极保护单元、接地网腐蚀余量检测单元以及无线数据传输及远控单元；外加电流阴极保护单元包括可编程控制器、可编程直流电源模块、人机界面模块、辅助阳极模块和参比电极模块；可编程直流电源模块的正极和负极分别与辅助阳极模块和变电站接地网相连；可编程控制器连接参比电极模块、变电站接地网、可编程直流电源模块、接地网腐蚀余量检测单元和无线数据传输及远控单元。本实用新型进一步的改进在于:所述可编程直流电源模块由若干直流电源并联而成。本实用新型进一步的改进在于:所述若干直流电源中的每个直流电源的功率为
1.5千瓦。本实用新型进一步的改进在于:接地网腐蚀余量检测单元包括绝缘体和缠绕在绝缘体上的线圈；所述线圈通过继电器开关连接变电站接地网，线圈通过数字欧姆表连接可编程控制器。本实用新型进一步的改进在于:所述线圈采用双螺旋反向缠绕的方式缠绕于绝缘体外周。本实用新型进一步的 改进在于:所述一种基于模块化设计的变电站接地网防腐蚀及监控装置包括若干接地网腐蚀余量检测单元。本实用新型进一步的改进在于:无线数据传输及远控单元包括无线通讯模块和客户端，所述无线通讯模块连接可编程控制器与客户端。本实用新型进一步的改进在于:所述无线通讯模块为3G模块或WIFI模块。本实用新型进一步的改进在于:所述一种基于模块化设计的变电站接地网防腐蚀及监控装置还包括连接可编程控制器的人机界面模块。本实用新型进一步的改进在于:所述人机界面模块为触摸屏。本实用新型中的直流电源不再采用传统的可控硅或低集成度的IGBT整流方式，而采用了集成度高，独立性、互换性和通用性的直流电源模块，大大减小了设备的体积，提高了系统可靠性和稳定性；接地网腐蚀余量检测单元采用与接地网同材质的线圈作为探头，该线圈绕制时采用双螺旋反向缠绕的方式，消除了电流通过时的电感。线圈探头与接地网连接同样进行阴极电流保护，这样线圈的腐蚀情况，即可以表征接地网的实际腐蚀状态；随着线圈腐蚀的加深则其有效阻值随之增加，测量时将线圈暂时与接地网断开，单独测量的线圈的阻值变化情况，通过电阻的变化监测腐蚀余量的变化。这种方式具有反应灵敏、可靠性高、准确程度高的优点。系统通过3G或WIFI模块进行数据传输，在中控室或远程监控点对保护状态、腐蚀状态进行监测和控制。与现有技术相比本实用新型的优点:本实用新型的优点在于采用了全模块化设计，以搭积木的方式进行产品的组装，根据实际需求，进行模块的最优组合，以最为经济的方法满足不同电压等级和规模的接地网防腐蚀需求而不必对每种产品施以单独设计，解决了产品品种、规格与设计制造周期、成本之间的矛盾。同时由于节点数量的减少以及各模块较高的稳定性和可靠性，大大提高了整体产品的稳定性和可靠性。
图1是本实用新型的结构示意图；图2是接地网腐蚀余量检测单元的探头的示意具体实施方式
为了实现对变电站接地网防腐蚀保护及监控，该实用新型采用了整体模块化设计。请参阅图1至图2所示，本实用新型一种基于模块化设计的变电站接地网防腐蚀及监控装置，包括外加电流阴极保护单元，接地网腐蚀余量检测单元以及基于3G或WIFI的无线数据传输及远控单元。外加电流阴极保护单元包括可编程控制器、可编程直流电源模块、人机界面模块、辅助阳极模块和参比电极模块。外加电流阴极保护单元中，可编程直流电源模块的正极和负极分别与辅助阳极模块和变电站接地网相连；可编程控制器分别与参比电极模块和变电站接地网相连接，测量实际保护电位；根据检测的电位，通过PID控制可编程直流电源模块的输出电压或电流；输出电压或电流的改变引起保护电位的变化，使得保护电位控制在-1.0V到-1.2V之间时，实现对接地网的防腐蚀保护。人机界面模块采用采用工业级触摸屏，触摸屏连接可编程控制器，保护电位的设定、接地网腐蚀速率的显示等系统数据均可通过触摸屏进行设置及查看。本实用新型中 的可编程直流电源模块，由若干直流电源并联而成；选用的直流电源单个电源功率为1.5kw，根据接地网规模的大小，选取相应数量的电源模块。当接地网面积较大时，选用多个电源模块并联供电，进行接地网的阴极保护。接地网腐蚀余量检测单元，主要是采用与变电站接地网同材质的线圈I作为探头，该线圈I缠绕在一绝缘体2上，绕制时采用双螺旋反向缠绕的方式，让线圈I产生的电感量相互抵消，整个线圈I对外电路呈现无感或微感。不同规模的变电站，变电站接地网的面积也有较大的区别，为了保证测量到整个接地网的腐蚀状态，根据实际情况，配置相应数量的测量探头；每个探头对应一定面积的接地网。探头中的线圈I与变电站接地网通过继电器开关3相连接，进行阴极电流保护时，线圈I与变电站接地网一同保护，线圈I的腐蚀状态直接反应了变电站接地网的腐蚀情况。定时测量线圈I阻值的变化，测量时，线圈I与变电站接地网断开连接，消除保护电流对测量结果的影响，同时使用数字欧姆表测量线圈I电阻的阻值变化，数字欧姆表将测量的数据反馈给可编程直流电源模块。根据阻值的变化得出线圈I腐蚀的情况，通过电阻的变化监测腐蚀余量的变化，具有反应灵敏、可靠性高、准确程度高的优点。无线数据传输及远控单元，包括无线通讯模块和客户端；无线通讯模块连接可编程直流电源模块，将保护电流、保护电压、保护电位和腐蚀余量数据无线传输给远端的客户端，工程师在中控室或遥远的专家办公室可以对保护状态、腐蚀状态进行监测和控制。无线通讯模块为3G或WIFI的DTU模 块，可实现图像的传输。
权利要求1.一种基于模块化设计的变电站接地网防腐蚀及监控装置，其特征在于，包括外加电流阴极保护单元、接地网腐蚀余量检测单元以及无线数据传输及远控单元；外加电流阴极保护单元包括可编程控制器、可编程直流电源模块、人机界面模块、辅助阳极模块和参比电极模块；可编程直流电源模块的正极和负极分别与辅助阳极模块和变电站接地网相连；可编程控制器连接参比电极模块、变电站接地网、可编程直流电源模块、接地网腐蚀余量检测单元和无线数据传输及远控单元。
2.根据权利要求1所 述的一种基于模块化设计的变电站接地网防腐蚀及监控装置，其特征在于，所述可编程直流电源模块由若干直流电源并联而成。
3.根据权利要求2所述的一种基于模块化设计的变电站接地网防腐蚀及监控装置，其特征在于，所述若干直流电源中的每个直流电源的功率为1.5千瓦。
4.根据权利要求1所述的一种基于模块化设计的变电站接地网防腐蚀及监控装置，其特征在于，接地网腐蚀余量检测单元包括绝缘体和缠绕在绝缘体上的线圈；所述线圈通过继电器开关连接变电站接地网，线圈通过数字欧姆表连接可编程控制器。
5.根据权利要求4所述的一种基于模块化设计的变电站接地网防腐蚀及监控装置，其特征在于，所述线圈采用双螺旋反向缠绕的方式缠绕于绝缘体外周。
6.根据权利要求4或5所述的一种基于模块化设计的变电站接地网防腐蚀及监控装置，其特征在于，所述一种基于模块化设计的变电站接地网防腐蚀及监控装置包括若干接地网腐蚀余量检测单元。
7.根据权利要求1所述的一种基于模块化设计的变电站接地网防腐蚀及监控装置，其特征在于，无线数据传输及远控单元包括无线通讯模块和客户端，所述无线通讯模块连接可编程控制器与客户端。
8.根据权利要求7所述的一种基于模块化设计的变电站接地网防腐蚀及监控装置，其特征在于，所述无线通讯模块为3G模块或WIFI模块。
9.根据权利要求1所述的一种基于模块化设计的变电站接地网防腐蚀及监控装置，其特征在于，所述一种基于模块化设计的变电站接地网防腐蚀及监控装置还包括连接可编程控制器的人机界面模块。
10.根据权利要求9所述的一种基于模块化设计的变电站接地网防腐蚀及监控装置，其特征在于，所述人机界面模块为触摸屏。
专利摘要本实用新型公开一种基于模块化设计的变电站接地网防腐蚀及监控装置，包括外加电流阴极保护单元、接地网腐蚀余量检测单元以及无线数据传输及远控单元；外加电流阴极保护单元包括可编程控制器、可编程直流电源模块、人机界面模块、辅助阳极模块和参比电极模块；可编程直流电源模块的正极和负极分别与辅助阳极模块和变电站接地网相连；可编程控制器连接参比电极模块、变电站接地网、可编程直流电源模块、接地网腐蚀余量检测单元和无线数据传输及远控单元。本实用新型采用了全模块化设计，以搭积木的方式进行产品的组装，根据实际需求，进行模块的最优组合，以最为经济的方法满足不同电压等级和规模的接地网防腐蚀需求。
文档编号C23F13/22GK203159712SQ201320117368
公开日2013年8月28日 申请日期2013年3月14日 优先权日2013年3月14日
发明者闫爱军, 苏耕, 孙灵芳, 刘磊 申请人:陕西电力科学研究院, 国家电网公司