一种电杆塔接地网腐蚀检测方法及系统与流程

本发明涉及接地网腐蚀检测技术领域，具体为一种电杆塔接地网腐蚀检测方法。另外还涉及一种检测系统。

背景技术：

输电线路铁杆塔包括地面部分和地下部分。地面部分的铁杆塔，由于暴露在大气环境中，其腐蚀程度通过目测就可以定性评价。而地下部分，由于埋设在地下，既看不见，又无监视装置，所以当输电线路铁杆塔运行一段时间后，腐蚀问题就会暴露出来，尤其是在沿海地区铁杆塔的腐蚀问题尤为突出。目前输电线路铁杆塔腐蚀检测大多采用线性极化技术，该检测技术容易受干扰信号的影响，从而影响测量结果。

中国专利cn101315403公开的“一种接地网腐蚀检测方法及系统”揭示了发电厂及变电站的接地网在不开挖的条件下进行接地网腐蚀状况检测的技术方案。但是，这种主要针对发电厂和变电站的接地网腐蚀检测方案，不能很好的应用于输电线路铁塔的接地网检测，因为输电线路铁塔往往设置在野外，而采用适用于发电厂及变电站的接地网检测设备去野外的输电线路铁塔进行接地网检测，不仅携带不便而且存在信号的干扰，致使检测数据不准确。

接地网是保障电力设备安全稳定运行和保护人身安全的重要设施，接地网长期埋在土壤中容易遭受腐蚀。对于接地网的腐蚀程度，仅能通过对接地网电气参数的测量而间接判断，并且无法实现精确定位，必须对变电站进行大面积开挖检查，费时费力。如何快速准确地对接地网腐蚀状态进行诊断是目前迫切需要解决的问题。

现有的接地网检测需要检测复杂的数据，经过复杂的计算过程以及转换过程，较为麻烦，不能直观的反应接地网腐蚀情况。

技术实现要素：

为了克服现有技术方案的不足，本发明的目的之一是提供一种电杆塔接地网腐蚀检测方法，不需要获取具体的腐蚀数据，所得到的依据电阻率的差异变化，获取若干接地网的变化趋势，来直观判断其腐蚀情况，适用性强，能有效的解决背景技术提出的问题。本发明的目的之二是提供一种电杆塔接地网腐蚀检测装置。

本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的：

一种电杆塔接地网腐蚀检测方法，包括以下步骤：

步骤1：采用激励电流源对接地网注入阶跃电流；

步骤2：通过四电极体系在接地网上形成一个电极圆环和三个电极点；

步骤3：利用有限元分析方法计算三个电极点与电极圆环之间的模拟等效电阻；

步骤4：依据模拟等效电阻生成接地网土壤腐蚀检测数据，并进行滤波处理和参数解析，生成接地网腐蚀检测结果。

特别地，所述四电极体系包括电极圆环电极、参比电极和两个辅助电极，所述电极圆环电极采用紧贴方式设置于接地网的钢板上，所述参比电极连接于所述电极圆环电极在钢板上形成电极圆环的中心，两个辅助电极也连接设置于该电极圆环内。

特别地，所述四电极体系连接设置有电流约束电路，将接地网上的极化电流完全约束在电极圆环内。

特别地，所述电流约束电路包括电流极化电路和电流补偿限制电路，所述电流极化电路给电极圆环电极施加负极化电流，给参比电极和两个辅助电极施加正极化电流，使钢板处于极化状态，在电极圆环内钢板上产生极化电位差并形成响应电流，通过检测钢板上的相应电流得到模拟等效电阻；所述电流补偿限制电路用于压制电极圆环的电流泄漏。

特别地，所述电流极化电路由运算放大器u1、运算放大器u2和运算放大器u3，运算放大器u2输出负极化电流至电极圆环电极，所述运算放大器u3输出正极化电流至参比电极和两个辅助电极；所述电流补偿限制电路由运算放大器u2和运算放大器u4组成，运算放大器u2输出端的电压信号加载到运算放大器u4的反相端，使得运算放大器u2和运算放大器u4输出的电压信号具有完全相同的相位和幅值，形成一个等电势输出，所述运算放大器u4输出的电流流向电极圆环外侧的钢板，压制电极圆环的泄漏电流。

特别地，所述运算放大器u1为阻抗变换器，所述运算放大器u2和运算放大器u3为加法器或功率放大器，所述运算放大器u4为单位增益电压跟随器。

特别地，还包括数据采集单元，用于获取参比电极、两个辅助电极与电极圆环电极之间的极化电位差，在电极圆环电极上等间距取若干个检测点，从而获取参比电极和两个辅助电极分别到检测点的极化电位差曲线，生成参比电极和两个辅助电极分别到检测点的模拟极化电阻值的曲线。

特别地，通过中央计算处理模块对激励电流源进行控制，此外，还设置有外部数据输入模块、数据通信存储模块、状态输出模块、测量操作模块、电压测量模块和模数转换模块；

所述激励电流源连接电流输出模块的输入端，所述电流输出模块的输出端通过多回路接线装置给接地网施加阶跃电流；

所述外部数据输入模块、状态输出模块与数据通信存储模块相连接；所述数据通信存储模块的通信端口与中央计算处理模块相连接进行通信；所述电压测量模块的输入端与多回路接线装置相连接，电压测量模块的输出端通过模数转换模块与中央计算处理模块的数据输入端相连接；所述测量操作模块与中央计算处理模块相连接实现测量操作功能。

特别地，所述外部数据输入模块由外部数据输入接口、拓扑结构转换模块连接构成，所述拓扑结构转换模块输出端与数据通信存储模块相连接；所述状态输出模块由数据图像转换模块、腐蚀状态展示界面连接构成，所述数据图像转换模块输入端与数据通信存储模块相连接。

本发明的目的之二是通过以下技术方案实现的：

该种电杆塔接地网腐蚀检测系统，包括中央计算处理模块、外部数据输入模块、数据通信存储模块、状态输出模块、中央计算处理模块、测量操作模块、电压测量模块和模数转换模块；

所述外部数据输入模块、状态输出模块与数据通信存储模块相连接；所述数据通信存储模块的通信端口与中央计算处理模块相连接进行通信；所述电压测量模块的输入端与多回路接线装置相连接，电压测量模块的输出端通过模数转换模块与中央计算处理模块的数据输入端相连接；所述测量操作模块与中央计算处理模块相连接实现测量操作功能；

通过中央计算处理模块控制激励电流源，激励电流源连接电流输出模块的输入端，所述电流输出模块的输出端通过多回路接线装置给接地网施加阶跃电流。

发明的有益效果是：本发明主要通过设计一个圆环电极，在被测接地网的钢板上形成一个电极圆环，在该电极圆环内设置一个处于中心位置的参比电极，作为对照组，两个不同位置的辅助电极作为实验组，利用有限元分析的方法计算得到参比电极到电极圆环上若干(无数)个电极点的电阻情况，从而计算获得整个电极圆环内部钢板的电阻值，辅助电极也是同样的计算方法，由于接地网发生腐蚀状况后，两个辅助电极，以及一个参比电极所计算的结果不同，通过计算其之间的差异，来判断接地网发生腐蚀的情况；不需要获取具体的腐蚀数据，所得到的依据电阻率的差异变化，获取若干接地网的变化趋势，来直观判断其腐蚀情况，适用性强；

本发明通过激励电源模块、电流输出模块、多回路接线装置、电压测量模块和模数转换模块与中央计算处理模块相连接对接地网腐蚀状态进行测量，并采用接地网支路阻抗二维成像技术，在变电站免开挖的情况下，对接地网腐蚀状态进行快速有效地诊断，并以二维成像的形式展示出来，其检测快速、准确、便捷，解决了难以对接地网腐蚀状态进行快速准确诊断的问题。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明的流程图；

图2为本发明电流约束电路简图；

图3为本发明数据检测及处理的结构框图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种电杆塔接地网腐蚀检测方法，包括如下步骤：

步骤1：采用四电极体系对接地网注入阶跃电流，所述四电极体系包括电极圆环电极、参比电极、和两个辅助电极，所述电极圆环电极紧贴在接地网的钢板上，所述参比电极连接于所述电极圆环电极在钢板上形成电极圆环的中心，两个辅助电极也连接于该电极圆环内；

步骤2：四电极体系在接地网上形成一个电极圆环和三个电极点；

步骤3：利用有限元分析方法计算三个电极点与电极圆环之间的模拟等效电阻；

步骤4：依据模拟等效电阻生成接地网土壤腐蚀检测数据，并进行滤波处理和参数解析，生成接地网腐蚀检测结果。

在本实施方式中，通过设计一个圆环电极，在被测接地网的钢板上形成一个电极圆环，在该电极圆环内设置一个处于中心位置的参比电极，作为对照组，两个不同位置的辅助电极作为实验组，利用有限元分析的方法计算得到参比电极到电极圆环上若干个电极点的电阻情况，从而计算获得整个电极圆环内部钢板的电阻值，辅助电极也是同样的计算方法，由于接地网发生腐蚀状况后，两个辅助电极，以及一个参比电极所计算的结果不同，通过计算其之间的差异，来判断接地网发生腐蚀的情况。

其中有限元分析方法具体原理为：

1)选择合适的离散单元把求解区域进行单元分割；

2)将单元和结点分别按一定的顺序编号；

3)计算各个单元上的泛函；

4)把单元上的泛函迭加，得到整个区域的泛函；

5)形成整体方程组；

6)解整体方程组，得各结点上的函数值；

7)利用单元上的插值公式，由结点上函数值计算单元内部任一点的函数值。

如图2所示，所述四电极体系通过电流约束电路对接地网施加阶跃电流，将极化电流完全约束在电极圆环内；所述电流约束电路包括电流极化电路和电流补偿限制电路，所述电流极化电路给电极圆环电极施加负极化电流，给参比电极和两个辅助电极施加正极化电流，使钢板处于极化状态，在电极圆环内钢板上产生极化电位差并形成响应电流，通过检测钢板上的相应电流得到模拟等效电阻；所述电流补偿限制电路用于压制电极圆环的电流泄漏。

所述电流极化电路由运算放大器u1、运算放大器u2和运算放大器u3，运算放大器u2输出负极化电流至电极圆环电极，所述运算放大器u3输出正极化电流至参比电极和两个辅助电极；所述电流补偿限制电路由运算放大器u2和运算放大器u4组成，运算放大器u2输出端的电压信号加载到运算放大器u4的反相端，使得运算放大器u2和运算放大器u4输出的电压信号具有完全相同的相位和幅值，即形成了一个等电势输出，运算放大器u4输出的电流流向电极圆环外侧的钢板，压制了电极圆环的泄漏电流。

所述运算放大器u1为阻抗变换器，所述运算放大器u2和运算放大器u3为加法器或功率放大器，所述运算放大器u4为单位增益电压跟随器。

还包括数据采集单元，用于获取参比电极、两个辅助电极与电极圆环电极之间的极化电位差，在电极圆环电极上等间距取若干个检测点，从而获取参比电极和两个辅助电极分别到检测点的极化电位差曲线，生成参比电极和两个辅助电极分别到检测点的模拟极化电阻值的曲线。

通过有限元分析可以得到圆环所在区域的的电阻率参考值，最后以参比电极为基准，比较两个辅助电极所测的电阻率参考值的差异值，来获取接地网腐蚀数据。由于接地网起始时各点有限元分析的电阻率参考值大致相同，因此，通过该方法能更有效地直接判断接地网腐蚀的情况。

所述参比电极为饱和硫酸铜制作，所述辅助电极为不锈钢材质，所述电极圆环电极为碳钢材质。

本发明不需要获取具体的腐蚀数据，所得到的依据电阻率的差异变化，获取若干接地网的变化趋势，来直观判断其腐蚀情况，适用性强。

如图3所示，本发明的电杆塔接地网腐蚀检测系统，包括中央计算处理模块、外部数据输入模块、数据通信存储模块、状态输出模块、中央计算处理模块、测量操作模块、电压测量模块和模数转换模块；

其中外部数据输入模块、状态输出模块与数据通信存储模块相连接；数据通信存储模块的通信端口与中央计算处理模块相连接进行通信；所述电压测量模块的输入端与多回路接线装置相连接，电压测量模块的输出端通过模数转换模块与中央计算处理模块的数据输入端相连接；所述测量操作模块与中央计算处理模块相连接实现测量操作功能；

通过中央计算处理模块控制激励电流源，激励电流源连接电流输出模块的输入端，所述电流输出模块的输出端通过多回路接线装置给接地网施加阶跃电流。

所述外部数据输入模块由外部数据输入接口、拓扑结构转换模块连接构成，所述拓扑结构转换模块输出端与数据通信存储模块相连接；所述状态输出模块由数据图像转换模块、腐蚀状态展示界面连接构成，所述数据图像转换模块输入端与数据通信存储模块相连接。

利用外部输入接口将待测变电站接地网拓扑结构以规定格式输入，利用拓扑结构转换模块转换成计算所需要的数据矩阵，存储在数据通信存储模块。

测试人员根据变电站规模，选择相应数量的测试线，并分别将测试线一端连接于多回路接线装置，另一端连接至不同电网设备的接地引下线处。

全部接线完成后，测试人员通过测试操作模块设置测试选项，并启动本装置。本装置中激励电流源产生激励电流并经过电流输出模块输出，流经接地网测量回路后，被电压测量模块提取测量信号，并最后经过数模转换模块生成测量数据输送至中央计算处理模块。

中央计算处理模块通过调用拓扑结构数据矩阵对测量数据进行计算处理，并将计算结构反馈至数据通信存储模块。最后通过数据图像装换模块生成二维图像，并在腐蚀状态展示界面显示二维图像结果。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。