基于多元环境因素耦合的电力设备金属腐蚀模拟监测装置的制作方法

本发明涉及电力设备技术领域，特别涉及一种基于多元环境因素耦合的电力设备金属腐蚀模拟监测装置。

背景技术：

输变电设备及部件中使用大量的金属材料，其主要作用可以分为两类：一类起承载作用，作为架构部件起到支撑、传动、紧固作用，一般以钢铁为主，例如输电杆塔、开关设备的操动传动机构、各类紧固螺栓以及导线中的钢芯；另一类则起载流作用，即作为导电功能件起到传输电流的作用，大多数为铜和铝合金。

电网规模大，覆盖地域广，既有高温高湿高盐分的发达沿海地区，又有干燥、紫外辐射严重的高海拔地区，部分地区属于城市大气和工业大气，二氧化硫和氮氧化物等大气污染十分严重。电力设备面临大气腐蚀的严重损害，而环境的差异性也导致了不同地域的金属材料腐蚀规律差异较大。

金属材料的腐蚀损伤会导致金属材料厚度减薄，力学性能降低，严重时甚至发生闪络、引起线路落地、杆塔倒塌以及设备故障，产生电力事故。因此，研究不同类型腐蚀环境的不同电力设备金属材料的大气腐蚀规律及特性，有利于在工程前期针对特定环境的金属材料进行选型和设计，并进行相对准确的寿命预测，同时也有利于后期的维护和改造工作。电力设备金属处在交流或直流电场中，由于变电站分布区域广，自然环境的温度、湿度、光照和大气污染物等多种气候条件差异较大，腐蚀规律及典型特性差距明显。

在现有技术中，对金属室内加速腐蚀试验一般采用盐溶液周浸试验、盐雾试验、干湿交替试验等方法，没有考虑多环境因素耦合作用的影响，试验数据可靠性不高，且单一倾向性较强，与实际的金属腐蚀结果相差较大。

因此，如何尽量贴合电力设备金属材料在自然环境下的腐蚀条件因素，提高对电力设备金属材料腐蚀试验的试验结果可靠性，有助于研究金属材料的腐蚀特性，是本领域技术人员所面临的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于多元环境因素耦合的电力设备金属腐蚀模拟监测装置，能够尽量贴合电力设备金属材料在自然环境下的腐蚀条件因素，提高对电力设备金属材料腐蚀试验的试验结果可靠性，并且有助于研究金属材料的腐蚀特性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于多元环境因素耦合的电力设备金属腐蚀模拟监测装置，包括监测箱体、设置于所述监测箱体内并用于盛放被测金属件的腐蚀样品架、设置于所述监测箱体顶部并用于对其内部形成预设电场环境的电场模拟组件、设置于所述监测箱体内壁上并用于对其内部形成预设光照环境的光照模拟组件、设置于所述监测箱体内壁上并用于控制其内部温湿度的温湿控制组件、设置于所述监测箱体内壁上并用于向其内部通入预设污染气体的大气模拟组件，以及贴附于各所述被测金属件上并与电化学工作站信号连接、用于监测各所述被测金属件表面腐蚀情况的电化学电极片。

优选地，还包括设置于所述监测箱体内壁上并用于观察各所述被测金属件的腐蚀形貌的摄像部件。

优选地，所述电场模拟组件包括若干个设置于所述监测箱体顶部外壁上的若干个用于与外部电源相连的接线端子，以及若干根与各所述接线端子相连并铺设于所述监测箱体顶部内壁上、用于在所述监测箱体内形成预设电场的钢芯铝绞线。

优选地，所述腐蚀样品架包括可垂向滑动地设置于所述监测箱体的前后两侧壁上的安置架，以及可旋转地设置于所述监测箱体的前侧壁外表面上、用于调节所述安置架的高度位置及旋转角度的调节旋钮。

优选地，所述腐蚀样品架还包括贴附于所述监测箱体的前后两侧壁上且沿垂向延伸的滑轨，且所述安置架的两端均可滑动地水平嵌设于所述滑轨中。

优选地，所述光照模拟组件包括分布于所述监测箱体的各个内壁上、用于模拟自然环境光照的日光灯和用于模拟预设辐射环境的紫外灯。

优选地，所述温湿控制组件包括设置于所述监测箱体内的若干个温湿度传感器、开设于所述监测箱体侧壁上并用于对其内部吹入暖风以控温的电热鼓风口、设置于所述监测箱体侧壁上并用于对各所述被测金属件喷洒水滴的淋雨模拟喷头，以及立设于所述监测箱体底部表面上并用于对其内部导入预设腐蚀溶液雾滴的腐蚀喷雾立柱。

优选地，所述大气模拟组件包括若干个开设于所述监测箱体的侧壁上、用于对其内部吹入预设污染气体的气体导入口。

优选地，还包括与所述电场模拟组件、所述光照模拟组件、所述温湿控制组件、所述大气模拟组件、所述电化学工作站及所述摄像部件信号连接、用于控制各自的模拟参数或通过图表显示各自的监测结果的总控机。

本发明所提供的基于多元环境因素耦合的电力设备金属腐蚀模拟监测装置，主要包括监测箱体、腐蚀样品架、电场模拟组件、光照模拟组件、温湿控制组件、大气模拟组件、电化学电极片和电化学工作站。其中，监测箱体主要用于安装各个被测金属件，同时也是对各个被测金属件进行腐蚀试验的场所。腐蚀样品架设置在监测箱体内，主要用于盛放各个被测金属件。电场模拟组件设置在监测箱体的顶部，主要用于在监测箱体内部形成预设电场环境，使得被测金属件处于电场环境下，从而模拟电力设备金属件材料实际所处的电场环境。光照模拟组件设置在监测箱体的内壁上，主要用于在监测箱体的内部形成预设光照环境，从而模拟电力设备金属材料实际所处的自然光照环境。温湿控制组件设置在监测箱体的内壁上，主要用于控制监测箱体内部的温度和湿度，从而模拟电力设备金属材料实际所处的温度环境与湿度环境。大气模拟组件设置在监测箱体的内壁上，主要用于向监测箱体的内部通入预设污染气体，从而模拟电力设备金属材料实际所处的大气环境。电化学电极片贴附在各个被测金属件上，主要用于通过电化学技术手段监测各个被测金属件的腐蚀动力学行为，并且与电化学工作站信号连接，将检测数据实时发送给电化学工作站，从而使得电化学工作站根据检测数据分析出被测金属件的表面腐蚀情况。综上所述，本发明所提供的基于多元环境因素耦合的电力设备金属腐蚀模拟监测装置，通过电场模拟组件、光照模拟组件、温湿控制组件、大气模拟组件分别在监测箱体内模拟出电力设备金属材料实际运行时所处的多种环境因素，再通过电化学电极片和电化学工作站对在多种环境因素耦合作用产生腐蚀的被测金属件进行腐蚀行为监测和电化学腐蚀动力学行为分析，能够使监测箱体内的试验环境尽量贴合电力设备金属材料在自然环境下的腐蚀条件因素，提高对电力设备金属材料腐蚀试验的试验结果可靠性，并且有助于研究金属材料的腐蚀特性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。

图2为图1中所示的监测箱体的外部结构俯视图。

图3为总控机对监测箱体的内部环境参数的控制操作示意图。

其中，图1—图2中：

被测金属件—0；

监测箱体—1，腐蚀样品架—2，电场模拟组件—3，光照模拟组件—4，温湿控制组件—5，大气模拟组件—6，电化学电极片—7，电化学工作站—8，摄像部件—9，总控机—10，电热鼓风机—11，储水箱—12，腐蚀溶液箱—13，气泵—14，气体制备箱—15；

安置架—201，调节旋钮—202，滑轨—203，接线端子—301，钢芯铝绞线—302，日光灯—401，紫外灯—402，电热鼓风口—501，淋雨模拟喷头—502，腐蚀喷雾立柱—503。

具体实施方式

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。

请参考图1，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。

在本发明所提供的一种具体实施方式中，基于多元环境因素耦合的电力设备金属腐蚀模拟监测装置主要包括监测箱体1、腐蚀样品架2、电场模拟组件3、光照模拟组件4、温湿控制组件5、大气模拟组件6、电化学电极片7和电化学工作站8。

其中，监测箱体1主要用于安装各个被测金属件0，同时也是对各个被测金属件0进行腐蚀试验的场所。腐蚀样品架2设置在监测箱体1内，主要用于盛放各个被测金属件0。一般的，监测箱体1为矩形箱体，当然，也可以为其它形状。监测箱体1的各个侧壁可均为高强度的pvc塑料板等，如此箱体不仅具有较高的强度和硬度，而且抗腐蚀性较好。同时，为方便试验人员在进行试验的过程中对被测金属件0的腐蚀情况进行直接观察，可在监测箱体1的各个侧壁上开设透明的观察孔。

电场模拟组件3设置在监测箱体1的顶部，主要用于在监测箱体1内部形成预设电场环境，使得被测金属件0处于电场环境下，从而模拟电力设备金属件材料实际所处的电场环境。

光照模拟组件4设置在监测箱体1的内壁上，主要用于在监测箱体1的内部形成预设光照环境，从而模拟电力设备金属材料实际所处的自然光照环境。

温湿控制组件5设置在监测箱体1的内壁上，主要用于控制监测箱体1内部的温度和湿度，从而模拟电力设备金属材料实际所处的温度环境与湿度环境。

大气模拟组件6设置在监测箱体1的内壁上，主要用于向监测箱体1的内部通入预设污染气体，从而模拟电力设备金属材料实际所处的大气环境。

电化学电极片7内置电解池，并且紧密贴附在各个被测金属件0上，主要用于通过电化学技术手段监测各个被测金属件0的腐蚀动力学行为，并且与电化学工作站8信号连接，将检测数据实时发送给电化学工作站8，从而使得电化学工作站8根据检测数据分析出被测金属件0的表面腐蚀情况。一般的，电化学工作站8可设置在监测箱体1外部，并且通过电化学信号线伸入到监测箱体1内与电化学电极片7相连。

具体的，由于金属及其防护涂层的腐蚀行为主要是因为其处于相应环境下表面吸附或凝聚了水膜而发生电化学反应，因此，通过电化学工作站8控制电化学电极片7的测量参数后，再通过电化学电极片7检测金属材料的电化学变化信号，可以实时获得金属腐蚀与涂层防护性能变化的动态信息，再应用电化学理论对获得的动态信息进行分析处理，可以对涂层下金属腐蚀的动力学规律及其涂层的防护机理进行研究，实现涂层耐蚀性的定量与半定量评价。电化学测试方法很多，如极化曲线测量、电化学阻抗谱、电化学噪声法等。

如此，本实施例所提供的基于多元环境因素耦合的电力设备金属腐蚀模拟监测装置，通过电场模拟组件3、光照模拟组件4、温湿控制组件5、大气模拟组件6分别在监测箱体1内模拟出电力设备金属材料实际运行时所处的多种环境因素，再通过电化学电极片7和电化学工作站8对在多种环境因素耦合作用产生腐蚀的被测金属件0进行腐蚀行为监测和电化学腐蚀动力学行为分析，能够使监测箱体1内的试验环境尽量贴合电力设备金属材料在自然环境下的腐蚀条件因素，提高对电力设备金属材料腐蚀试验的试验结果可靠性，并且有助于研究金属材料的腐蚀特性。

另外，考虑到被测金属件0在腐蚀试验过程中，腐蚀特性不仅反映在微观的电化学行为上，还在宏观上有明显反映。为此，本实施例还在监测箱体1的内壁上增设了摄像部件9。具体的，该摄像部件9可包括角度可调节的摄像头和配套的镜头保护机构、镜面水雾擦除机构，可对各个被测金属件0进行成像监控，从而方便地观测被测金属件0表面随着试验过程加深而不断变化的腐蚀形貌，比如金属表面腐蚀产物的颜色、种类、形状等。被测金属件0的腐蚀形貌图像也有助于研究金属材料的腐蚀特性。

如图2所示，图2为图1中所示的监测箱体的外部结构俯视图。

为方便试验人员修改或调整监测箱体1内的具体环境参数，提高监测装置对不同类型的被测金属件0的适用性，本实施例增设了总控机10。具体的，该总控机10可设置在监测箱体1之外，一般可为计算机、上位机等，并通过有线或无线通讯方式等与监测箱体1上的电场模拟组件3、光照模拟组件4、温湿控制组件5、大气模拟组件6、摄像部件9以及电化学工作站8信号连接，是监测装置的系统操作控制台，可将上述各个组件的工况参数与检测、分析结果等数据进行可视化显示，并供实验人员进行对应控制操作。

具体的，总控机10对监测箱体1的内部环境参数的控制操作如图3所示。

在开始试验前，实验人员可根据中国气象台国内典型区域及城市的气象数据统计，确定试验模拟所用的环境参量数据，包括年均降水量、气温、紫外强度、年平均cl-沉降率、年平均so2沉降率等参数。操作系统内置高原、沿海、山地、盆地等典型地形以及主要省会城市及直辖市的气象模式。测试人员可根据模拟区域的气候，进行对应环境条件的自动选取；或者自行根据气象查询数据，进行操作系统参数的人为设定。

总控机10的操作系统为监测装置集成电脑控制端，分为功能选择，时间周期设置以及参数设置等。总控机10采用多功能耦合并行的工作模式，功能选择系统决定喷雾、温度控制、淋雨、日光、紫外、污染气体、高压启动、摄像、电化学等工作模块的启动和停止，参数设置模块对监测箱体1内部及腐蚀溶液温度t1和t2、喷雾速度v、淋雨流量q1、日光和紫外亮度s1和s2，以及通入的污染气体流速v2，加压端电压u等变量进行预设定。时间周期设置分为启动时间，停止时间和工作循环周期设定。在一个循环周期内，喷雾、淋雨、日光、紫外以及污染气体等组件在各自的启动时间进入工作状态，在停止时间则关闭运行。

在关于电场模拟组件3的一种优选实施方式中，该电场模拟组件3主要包括接线端子301和钢芯铝绞线302。其中，接线端子301设置在监测箱体1的顶部外壁上，主要用于与外部电源相连，具体可为高压套管。钢芯铝绞线302铺设在监测箱体1的顶部内壁上，可在接通电流后在监测箱体1内形成预设电场。同时，在接线端子301上还设置有圆盘形均压环，起均压和防止局部放电的作用。在监测箱体1底部还设置有金属接地端。接线端子301可外接保护电阻、交流电压或直流电压源，其中交流可选择三相或单相导线施加电压，而直流可任选两相或单相导线进行施加电压。钢芯铝绞线外可镀抗腐蚀导电材料，同时可根据腐蚀状况进行拆卸和更换。如此，采用导线式电极可使箱体内部电场环境更符合变电站实际运行条件。

在关于腐蚀样品架2的一种优选实施方式中，该腐蚀样品架2主要包括安置架201、调节旋钮202和滑轨203。其中，滑轨203一般同时设置两条，分别贴附在监测箱体1的前后或左右侧壁上，并且沿着垂向方向(高度方向)延伸。安置架201主要用于盛放被测金属件0，可同时盛放多个，其两端分别嵌设在两端的滑轨203中，可在滑轨203中滑动，并且始终保持水平，从而实现垂直升降运动。调节旋钮202设置在监测箱体1的前侧壁外表面上，可供试验人员进行拧动，进而提供监测箱体1内置的传动机构带动安置架201在滑轨203上上下滑动。如此，通过调节旋钮202对安置架201的高度位置调节，主要用于调节被测金属件0与监测箱体1顶部的电场模拟组件3的距离，从而调节被测金属件0在电场中的位置，进而改变被测金属件0受到的电场强度。同时，通过将调节旋钮202拔出一定距离后再进行旋转，还可以调节安置架201的旋转角度，进而调节被测金属件0在监测箱体1内的放置方位。

在关于光照模拟组件4的一种优选实施方式中，该光照模拟组件4主要包括日光灯401和紫外灯402。其中，日光灯401和紫外灯402可同时设置多个，并且分布在监测箱体1的各个内壁上。日光灯401可发出白光，模拟自然环境下的太阳光照，而紫外灯402可发出紫外线，模拟自然环境下的紫外光高能射线，营造自然辐射环境。

在关于温湿控制组件5的一种优选实施方式中，该温湿控制组件5主要包括温湿度传感器、电热鼓风口501、淋雨模拟喷头502和腐蚀喷雾立柱503。其中，温湿度传感器可同时设置多个，并且均布在监测箱体1内各个区域。并且，各个温湿度传感器均与总控机10信号连接。

电热鼓风口501的外部可与电热鼓风机11相连，而内部伸入到监测箱体1内，可向监测箱体1内部吹入暖风，逐渐提高监测箱体1内的温度。该电热鼓风机11与总控机10信号连接，可根据温湿度传感器反馈的温度信号控制电热鼓风机11的工作状态，从而调节鼓风量、鼓风温度等，最终使监测箱体1内部达到预设温度。当然，在进行温度调节时，湿度也会受到一定影响，因此总控机10会综合两者的数据进行同时协调。

淋雨模拟喷头502设置在监测箱体1的顶部侧壁上，主要用于对其中的各个被测金属件0喷洒水滴，以模拟自然降雨环境。为保证淋雨模拟喷头502具有足够水量，本实施例在监测箱体1外增设了储水箱12，储水箱12与外界水源相连，并且内部可设置增压泵等机械装置提高出水压力，以及增设流量计进行实时流量检测。同时，该淋雨模拟喷头502也与总控机10信号连接，可在其控制下调节出水压力、出水流量等。

腐蚀喷雾立柱503立设在监测箱体1的底部表面上，主要用于对其内部导入预设腐蚀溶液雾滴，以模拟自然环境下的腐蚀酸雾，比如酸雨或其余化学液体等。腐蚀喷雾立柱503具体可为塔式喷雾器，可在监测箱体1内左右各布置一个。塔式喷雾器的喷嘴材料可为石英玻璃，喷出的雾料细小，盐雾呈自然沉降状态，分布均匀。同时，该腐蚀喷雾立柱503的进液端可与监测箱体1外部设置的腐蚀溶液箱13连通，而该腐蚀溶液箱13的控制端与总控机10信号连接，可在其控制下调整喷嘴高度、调节喷雾量的大小、喷雾量通入速度等。此外，喷雾系统还可通过监测箱体1外的气泵14进行进雾和除雾系统循环。

在关于大气模拟组件6的一种优选实施方式中，该大气模拟组件6主要包括若干个开设在监测箱体1的侧壁上的气体导入口，同时，该气体导入口的端部可与设置在监测箱体1外的气体制备箱15和气泵14连通，主要用于对监测箱体1内通入预设污染气体，比如氮氧化物等。同理，气体制备箱15与气泵14也与总控机10信号连接，可在其控制下调节污染气体的配比、种类或者流量、压力等。

另外，本实施例还在监测箱体1内增设了过流保护模块，该过流保护模块与总控信号连接，当由于电压过高或者局部放电等原因导致箱体内部发生空气击穿，使试验变压器的工作电流增加至超过设定值时，过流保护模块将自动切断外部电源与接线端子301之间的连接。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。