一种输变电接地材料土壤环境腐蚀性综合评价方法
【专利摘要】本发明提供了一种输变电接地材料土壤环境腐蚀性综合评价方法。其中，将土壤的环境腐蚀性等级划分为强、中、弱、微四个等级，确定土壤电阻率、土壤质地、含水率、pH值、含盐量和Cl?含量六个评价指标；在接地工程土壤区域进行取样，分析土壤指标，并根据分析结果，对取样点的土壤环境打分；将六个指标分数相加得到总分，取整体区域中取样点总分最高值作为这一区域土壤环境腐蚀性的等级评分值，进而确定土壤环境腐蚀等级。本发明提供的方法全面考虑并分析了输变电接地材料的环境使用特点、土壤腐蚀主要环境影响因素，通过六个评价指标及其科学评价体系的协同作用，提供了简单易行、准确率及科学性高的输变电接地工程土壤环境腐蚀性评价新方法。
【专利说明】
一种输变电接地材料土壤环境腐蚀性综合评价方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种土壤环境腐蚀性评价方法，具体是针对输变电工程的土壤环境对 其接地材料腐蚀性评价方法。
【背景技术】
[0002] 输变电工程接地材料的可靠性直接关系到电网及其它重要电气设施的安全运行， 同时也直接关系到运行人员的人身安全。长期处在复杂地下腐蚀环境中的接地材料会受土 壤的化学、电化学等腐蚀，有的材料或部件在短时间内便产生严重腐蚀，甚至断裂等安全隐 患，严重影响电网安全运行，危及人身安全。而接地系统的检查、维护及更新并非易事，这给 接地材料的安全运行带来巨大的成本负担。大量研究表明不同土壤环境的接地材料腐蚀速 率的差异很大，使用寿命也明显不同。这些差异表明接地材料的腐蚀问题与其所处的土壤 环境种类及特点有直接关系，所以合理、快速且准确的评价土壤环境对其的腐蚀性是输变 电接地工程建设和维护不可或缺的重要环节。
[0003] 本发明人经长期观察、研究、发现一些输变电接地工程建设设计中，接地选材主要 依据已有的一些规章或诸如《电气性能和设计手册》一类手册，其关注的重点是接地材料的 接地电阻和接触电势等电气性能参数，将材料的耐腐蚀性和所处土壤环境对其的腐蚀性影 响考虑不足。这种不足造成接地材料与土壤环境腐蚀间脱节，盲目增加或降低接地选材型 号类别，造成不适当的增加或降低成本;选材等级低，接地材料使用寿命无法满足工程设计 需求，造成输变电接地工程潜在安全风险和频繁施工。而不适当选材等级过高，显然造成不 必要浪费。大量无可争辩的事实表明现有的《预防性试验规程》是在一定客观条件下制定 的，总有一些局限性。
[0004] 不言而喻，土壤环境是腐蚀接地材料的重要因素，与之接触的接地材料表层形成 腐蚀电池使接地材料腐蚀，并且土壤结构复杂，影响因素众多，各种因素的交叉影响。已有 的土壤腐蚀性评价方法有实际环境埋片法及土壤理化性质分析评价法。前者耗资较多，实 验周期漫长，区域局限性大，且成果转化周期长，不利于实际应用。传统的土壤分类和评价 方法有单项指标评价法(主要评价电阻率等），采用单项指标评价法评价土壤腐蚀性只考虑 土壤腐蚀性的部分因素，无法准确判定实际土壤环境的腐蚀性。由于对土壤环境的复杂多 样性认识的逐步深化，提出了较为科学、客观、准确的多项指标综合评价方法。
[0005] 美国《国家标准化组织》ANSI的A21.5打分法、德国《工业标准》DIN50929打分法都 是近年广泛应用的综合指标评定法。《土壤腐蚀性评价方法综述》(《腐蚀科学与防护技术》 第5卷，第4期1993年10月）文章中披露了土壤腐蚀性的评价方法，分析了各种单项指标评价 法和常见的多项指标综合评价方法。作者认为多项指标综合评价是土壤腐蚀性评价方法的 发展趋势。
[0006] 由于各地区土壤质地、成份的实际情况不同，及各个行业的实际需要不同，针对土 壤腐蚀的认识和概念也有所不同，如美国ANSI A21.5打分法并没有考虑对土壤腐蚀作用极 大影响因素的cr离子，而沿海及盐湖等大量高盐区面积巨大，因此这一方法没有对其土壤 腐蚀性作出准确判断，此外其中还忽视了土壤质地的影响，事实证明土壤质地是影响土壤 腐蚀的另一重要因素。同时，已有的打分方法反映的信息交错重迭，某些参数的测量较为困 难，实际应用中很难收集完整，给建立选择关键参数的数学准则带来很大难度。而且缺乏针 对具体行业的易于操作的标准（如不同行业材料埋设的具体区域不同，使用条件不同等 等）。本发明人经大量的研究、分析发现输变电接地材料的土壤环境腐蚀性有其行业特殊 性。
[0007] 因此，如何针对输变电接地材料土壤环境腐蚀的特殊问题选择关键参数，并建立 快速、简便、准确的综合评价方法是该领域急需解决的问题。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于提供一种输变电接地材料土壤环境腐蚀性综合评价方法，该方 法可靠、简便，提高了输变电接地材料土壤腐蚀性评价的速度和准确性，适合输变电接地工 程设计和运检中接地材料土壤腐蚀性评价。
[0009] 本发明提供的一种输变电接地材料土壤环境腐蚀性综合评价方法，所述方法包 括：
[0010] 测定输变电接地材料埋设区域土壤环境腐蚀性的六项评价参数;对所述参数划定 评分等级。
[0011] 所述参数包括:输变电接地材料埋设区域土壤环境中的电阻率N1、土壤质地N3、含 水率N4、pH值N2、含盐量N5和C1-含量N6。
[0012]发明人根据对实际输变电接地材料所在土壤环境理化等性质及其在土壤环境中 的腐蚀行为试验及现场研究和分析，得出土壤的电阻率、pH值、土壤质地、含水率、含盐量、 cr含量六因素是影响接地材料土壤腐蚀的最主要因素，确定这六因素为土壤环境腐蚀性 评价指标，并对以上六因素进行了多组条件腐蚀试验研究，通过试验及现场数据分析，成功 的得到一种输变电接地材料土壤环境腐蚀性综合评价方法，该方法可靠、简便，提高了输变 电接地材料土壤腐蚀性评价的速度和准确性，适合输变电接地工程设计和运检中接地材料 土壤腐蚀性评价。
[0013] 进一步，所述方法还包括对所述六项指标做如下评价：（1)分别对输变电接地材料 埋设区域土壤环境中的六项指标进行分析打分，其评分标准如下：
[0014] 土壤电阻率N1评分标准为：N1<20Q ? m，为4.5分；50>N1彡20Q ? m，为3分;N1彡 50Q ?!!!，为0分；
[0015] pH 值 N2评分标准为:N2<4 ? 5，为6 ? 5分;5 ? 5>N2彡4 ? 5，为4分;7 ? 0>N2 彡 5 ? 5，为2分； 8.5>吧彡7.0，为1分;吧彡8.5，为0分；
[0016] 土壤质地N3评分标准为:砂土，为2.5分;壤土，为1.5分;粘土，为0分；
[0017] 土壤含水率N4评分标准为：25 %彡N4彡12 %，为5.5分；30 %彡N4>25 %或12 % >N4 彡 10%，为3.5分;40% 彡N4>30%或 10%>N4彡7%，为 1.5分;N4>40%或7%>N4,为0分；
[0018] 土壤含盐量N5评价标准为:N5>0.75 %，为3分;0.75彡N5>0.15 %，为2分;0.15彡N5 >0.05%，为1分;0.05%彡阳，为0分；
[0019] C1-含量N6评价标准为：N6>0? 05%，为 1 ? 5分；0? 05% 彡N6>0.01%，为 1 分；0.01% 彡N5>0.005 %，为0.5分；0.005 % 彡N5,为0分；
[0020] (2)将所述每个取样点土壤环境的六个指标分数相加，分别得到总分为N，确定其 土壤环境腐蚀等级，其评价等级如下：
[0021 ] N=N1+N2+N3+N4+N5+N6，15<~为4 级；10<N< 15为3级；5<N< 10为2 级；N彡 5为 1 级。
[0022] 进一步，所述输变电接地材料埋设区域为高盐区。
[0023] 进一步，所述输变电接地材料为碳钢。
[0024] 进一步，所述输变电接地材料为铜、镀锌钢或铜包钢。
[0025] 进一步，所述碳钢成分以质量百分比计为碳0.08-0.15、硅0.17-0.37、锰0.40-0.7、磷小于0.035、硫0.035、铬0.3-0.6、钼0.25-0.35、镍小于0.3、铜小于0.3和钒0.15-0.3〇
[0026] 进一步，在输变电接地材料埋设区域取样点至少为3个，取样深度与接地材料埋设 深度一致，取整体区域中各取样点总分最高值作为这一区域输变电接地工程土壤环境腐蚀 性的等级评分值。
[0027] 进一步，采用BioVision试剂盒野外快速检测氯离子含量N6,检测的线性范围是 20-120纳摩尔C17孔，检测极限是〇. 4毫摩尔。
[0028]进一步，采用含水率测定仪快速检测水分含量N4,采用便携式土壤电导率测定仪 测定电导率并计算出土壤电阻率N1，采用pH试纸测定土壤pH值N2,并采用电导法快速测定 仪快速检测含盐量N5。
[0029]本发明还提供一种用于测定输变电接地材料土壤环境腐蚀性的智能设备，包括电 源模块、数据采集模块、MCU控制模块、液晶显示模块以及语音播放模块这五个部分。
[0030] 本发明提供的一种用于测定输变电接地材料土壤环境腐蚀性的智能设备，其中， 电源模块由供电电源模块和高压直流电源模块组成，负责对整个装置系统提供可靠稳定的 工作电源以及稳定的高压测试电源;数据采集模块主要对上述六项指标进行采集、处理并 传输至MCU控制模块;MCU控制模块承担着对整个装置系统的各个功能模块进行分工、协调 的工作，并能够对测量数据按照上述分析打分标准进行分析计算;输出模块有液晶显示和 语音播放两个模块构成，可以方便测试人员记录查阅实验数据，获得输变电接地材料土壤 环境腐蚀性综合评价结果。能够有效提高综合评价的工作效率。
[0031] 本发明中输变电接地工程土壤区域最佳取样深度为0.6m。
[0032] 本发明特别是针对高盐区输变电接地材料的土壤环境腐蚀性综合评价，具有易于 执行的、准确、简洁的标准。
[0033]表1 土壤腐蚀性单项检测指标评价分数
[0036] 注:本表中的"％"含量均值质量百分比
[0037] 将测试区域每个取样点土壤环境的六个指标分数相加，分别得到总分为N，N等于 N1+N2+N3+N4+N5+N6之和。取各取样点中评价指标总分最高值作为这一区域输变电接地工 程土壤环境腐蚀性的等级评分值，确定其土壤环境腐蚀等级，其评分标准具体如表2:
[0038]表2 土壤腐蚀性评价等级
[0040] 注:N等于表1 中的（N1+N2+N3+N4+N5+N6)之和。
[0041] 本发明的有益效果在于：
[0042]本发明充分考虑了输变电工程接地材料的环境使用特点和土壤腐蚀主要环境影 响因素，通过六个评价指标及其科学评价体系的协同作用，提供了简单易行、准确率及科学 性高的输变电接地工程土壤环境腐蚀性评价新方法。本发明方法采用野外易于采集的方法 测定所述指标中的氯离子含量、水分含量、电导率和含盐量，可方便快捷地完成野外输变电 接地材料土壤环境腐蚀性即时评价。采用BioVision试剂盒可野外精确快速检测氯离子含 量N6,使打分结果准确无误。同时本发明所提供的一种用于测定智能输变电接地材料土壤 环境腐蚀性的设备，可快速处理采集数据，时时得到土壤环境腐蚀性综合评价结果。本发明 方法可用于输变电接地工程设计及运维阶段，可用于接地工程选材及选型，提高输变电接 地工程应对不同土壤腐蚀环境的能力，降低运行风险。
[0043] 本发明所采用的六个特定指标相加和的评价标准，以及每个指标所占的分值比 例，和每指标的打分标准均是在实践中长期探索积累得到的针对输变电接地工程领域土壤 环境腐蚀性评价的最佳选择，评价过程明确、简练，可操作性极强，为同行业提供了难得的 规范性标准。
【附图说明】
[0044] 图1是:一种用于测定输变电接地材料土壤环境腐蚀性的智能设备
[0045] 其中：1-数据采集模块，2-电源模块，3-M⑶控制模块，4-液晶显示模块，5-语音播 放模块。
【具体实施方式】
[0046] 实施例1
[0047]发明人在2013-2015年对国家电网覆盖的30多个不同输变电接地工程区域的土壤 环境采用本发明所述的方法进行了土壤电阻率、土壤质地、含水率、ph值、含盐量和cr含量 六个评价指标的分析，对其土壤环境腐蚀性等级做出了评价。在具体输变电接地工程土壤 区域进行多点取样，取样点为3个，取3个取样点总分最高值作为这一区域土壤环境腐蚀性 的等级评分值，各取样深度与接地材料埋设深度一致，取样深度按具体区域接地工程材料 埋设深度为准。部分土壤环境具体指标分析结果见表3。
[0048]表3各取样区域土壤指标分析及评价结果
[0051]采用BioVision试剂盒野外快速精确检测氯离子含量。采用含水率测定仪快速检 测水分含量。
[0052]采用便携式土壤电导率测定仪测定电导率并计算出土壤电阻率N1。采用电导法快 速测定仪快速检测含盐量。采用pH试纸测定土壤pH值。目测得到土壤质地等级。
[0053]将上述六项指标数据输入本发明的用于测定输变电接地材料土壤环境腐蚀性的 智能设备得到评价结果。
[0054]在发明人对国家电网覆盖的多个不同输变电接地工程区域的土壤环境采用本发 明所述的方法进行六个评价指标的分析及土壤环境腐蚀性等级评价的同时，在相应测试地 区进行了 Q235钢的实地埋样试验，对其实际环境腐蚀程度进行测试分析，以验证和对比本 发明评价方法的准确性。
[0055] 实际土壤环境Q235埋样试验周期为3年，埋样深度为0.6m或按具体区域接地工程 材料埋设深度为准，对埋样试验完成后的样品按相关腐蚀速率测试方法标准进行腐蚀失重 分析，计算其腐蚀速率，参照《电力工程设计手册》、SY/T0087.1《埋地钢质管道外腐蚀直接 评价》、国网企标《接地工程防腐蚀技术规范》，得出土壤环境中接地材料的实际腐蚀等级。 参照以上手册和标准，土壤腐蚀性与实际埋设碳钢材料平均腐蚀速率的对应关系如表4。其 中如实地埋样金属局部腐蚀十分严重时，即使平均腐蚀速率相对较低，土壤环境腐蚀性应 评价为强(参见标准SY/T0087.1)。（注:所述碳钢成分以质量百分比计为碳0.13、硅0.27、锰 0.57、磷 0.031、硫0.035、铬 0.56、钼0.31、镍 0.28、铜0.27 和钒 0.25。
[0056]表4标准埋样碳钢的平均腐蚀速率与土壤腐蚀性等级对应关系
[0059]按照上述评价原则和方法，国家电网覆盖的不同输变电接地工程区域的土壤环境 埋的碳钢试样的腐蚀速率及由腐蚀速率得到的实际土壤环境腐蚀等级与本发明评价方法 结果进行比较分析，具体结果见表5。
[0060] 表5输变电接地材料土壤环境腐蚀性对比表
[0063] 从表5的结果中可以看出，碳钢在20个不同输变电接地工程区域的土壤环境埋样 试验腐蚀速率及由腐蚀速率得到的实际土壤环境腐蚀性等级与本发明评价土壤环境腐蚀 性等级结果均一致。碳钢在土壤环境中的腐蚀程度与土壤性质有明显的对应关系，本发明 所选择的主要土壤环境腐蚀评价指标及评价方法是可行且准确的，可以用于输变电接地材 料土壤环境腐蚀性及接地材料腐蚀问题的评价等方面。
[0064] 实施例2
[0065] 发明人在室内对输变电接地材料土壤腐蚀的各因素分别进行了室内单因素变化 的模拟土壤腐蚀试验，试验研究发现各因素中土壤电阻率、土壤质地、含水率、pH值、含盐量 和cr含量六个评价指标的变化对输变电接地材料的腐蚀都产生了明显的影响，为输变电 接地材料土壤腐蚀的主要影响因素。
[0066] 在实际范围内，试验研究发现随土壤电阻率的降低接地材料土壤腐蚀速率明显增 加;土壤质地随粘土、壤土、砂土的变化接地材料土壤腐蚀速率明显增加；随土壤含水率的 变化土壤腐蚀速率现增加后减小，在多12~彡25时达到最大值；随土壤中pH值的升高接地 材料土壤腐蚀速率逐渐降低;随土壤中含盐量的升高接地材料土壤腐蚀速率出现逐渐升高 的趋势;并且随土壤中cr含量的升高接地材料的土壤腐蚀速率也出现了明显升高的趋势。 结合国家电网覆盖地区的30多个不同输变电接地工程区域的实际土壤环境腐蚀的研究发 现，室内研究结果与室外研究结果相一致。
[0067] 实施例3
[0068]发明人在2013-2015年对国家电网覆盖地区的30多个不同输变电接地工程区域的 土壤环境中各土壤腐蚀影响因素进行了深入的分析和研究，并结合实例1中相应测试地区 实际土壤环境周期为3年的Q235埋样试验腐蚀结果，对不同土壤腐蚀主要因素进行了分析， 发现土壤电阻率、土壤质地、含水率、pH值、含盐量和cr含量六个评价指标为输变电接地材 料土壤腐蚀的主要影响因素。如在相同的评价方法下(如实例1 )，但评价过程中缺少任一因 素都会对输变电接地材料土壤腐蚀评价结果产生较大的影响，造成偏差，会降低通过土壤 腐蚀因素评价方法评价接地材料腐蚀性的准确性。相同评价方法下，与实例1中实际土壤环 境周期为3年的Q235埋样试验腐蚀结果比较分析研究，任意土壤电阻率、土壤质地、含水率、 ph值、含盐量和cr含量中选取五因素对输变电接地材料土壤腐蚀性评价结果的准确度都 明显降低，其结果如表6所示。
[0069]表6任意六因素中选取五因素评价结果的准确度
[0071]从表6的结果中可以看出，本发明评价输变电接地材料土壤环境腐蚀性的六个评 价指标(土壤电阻率、土壤质地、含水率、ph值、含盐量和cr含量)都为输变电接地材料土壤 环境腐蚀性评价的关键指标，缺少任意一个指标其评价结果的准确性都有明显的降低。 [0072] 实施例4
[0073]本发明提供的一种用于测定输变电接地材料土壤环境腐蚀性的智能设备，其中， 电源模块2由供电电源模块和高压直流电源模块组成，负责对整个装置系统提供可靠稳定 的工作电源以及稳定的高压测试电源;数据采集模块1主要对上述六项指标进行采集、处理 并传输至MCU控制模块3;MCU控制模块承担着对整个装置系统的各个功能模块进行分工、协 调的工作，并能够对测量数据按照上述分析打分标准进行分析计算;输出模块有液晶显示4 和语音播放5两个模块构成，可以方便测试人员记录查阅实验数据，获得输变电接地材料土 壤环境腐蚀性综合评价结果。能够有效提高综合评价的工作效率。
【主权项】
1. 一种输变电接地材料土壤环境腐蚀性综合评价方法，其特征在于，所述方法包括： 测定输变电接地材料埋设区域土壤环境腐蚀性的六项评价参数； 对所述参数划定评分等级。2. 按照权利要求1所述的输变电接地材料土壤环境腐蚀性综合评价方法，其特征在于， 所述参数包括： 输变电接地材料埋设区域土壤环境中的电阻率Nl、土壤质地N3、含水率N4、pH值N2、含 盐量N5和CF含量N6; 对所述参数做如下评价：（1)分别对输变电接地材料埋设区域土壤环境中的参数进行 分析打分，其评分标准如下： 土壤电阻率Nl评分标准为：Ν1<20Ω ·πι，为4.5分；50>N1彡20Ω ·πι，为3分；Nl彡50 Ω · m，为0分； pH 值 N2评分标准为:N2<4 · 5，为6 · 5分；5 · 5>N2彡4 · 5，为4分;7 · 0>N2 彡 5 · 5，为2分;8 · 5> N2彡7.0,为1分;N2彡8.5,为0分； 土壤质地N3评分标准为:砂土，为2.5分;壤土，为1.5分;粘土，为0分； 土壤含水率N4评分标准为：25 %彡N4彡12 %，为5.5分；30 %彡N4>25 %或12 % >N4彡 10%，为3.5分;40% 彡N4>30%或 10%>N4彡7%，为 1.5分;N4M0%或7%>N4,为0分； 土壤含盐量N5评价标准为：N5>0.75%，为3分；0.75彡N5>0.15%，为2分；0.15彡N5> 0.05%，为1分;0.05%彡吧，为0分； C1-含量N6评价标准为：N6>0 · 05 %，为1 · 5分；0 · 05 % 彡N6>0 · 01 %，为1分；0 · 01 % 彡N5> 0.005%，为0.5分;0.005% 彡N5,为0分； (2)将所述每个取样点土壤环境的六个指标分数相加，分别得到总分为N，确定其土壤 环境腐蚀等级，其评价等级如下： N=N1+N2+N3+N4+N5+N6，15<~为4级；10<N< 15为3级；5<N< 10为2级;N彡 5为 1级。3. 按照权利要求2所述的输变电接地材料土壤环境腐蚀性综合评价方法，其特征在于， 所述输变电接地材料埋设区域为高盐区。4. 按照权利要求2所述的输变电接地材料土壤环境腐蚀性综合评价方法，其特征在于， 所述输变电接地材料为碳钢。5. 按照权利要求2所述的输变电接地材料土壤环境腐蚀性综合评价方法，其特征在于， 所述输变电接地材料为铜、镀锌钢或铜包钢。6. 按照权利要求4所述的输变电接地材料土壤环境腐蚀性综合评价方法，其特征在于， 所述碳钢成分以质量百分比计为碳〇. 08-0.15、硅0.17-0.37、锰0.40-0.7、磷小于0.035、硫 0.035、铬0.3-0.6、钼0.25-0.35、镍小于0.3、铜小于0.3 和钒 0.15-0.3。7. 按照权利要求2所述的输变电接地材料土壤环境腐蚀性综合评价方法，其特征在于， 在输变电接地材料埋设区域取样点至少为3个，取样深度与接地材料埋设深度一致，取整体 区域中各取样点总分最高值作为这一区域输变电接地工程土壤环境腐蚀性的等级评分值。8. 按照权利要求2所述的输变电接地材料土壤环境腐蚀性综合评价方法，其特征在于， 采用BioVision试剂盒野外快速检测氯离子含量N6,检测的线性范围为20-120纳摩尔C17 孔，检测极限为0.4毫摩尔。9. 按照权利要求2所述的输变电接地材料土壤环境腐蚀性综合评价方法，其特征在于， 采用含水率测定仪快速检测水分含量N4,采用便携式土壤电导率测定仪测定电导率并计算 出土壤电阻率Nl，采用pH试纸测定土壤pH值N2,并采用电导法快速测定仪快速检测含盐量 N5〇10. -种用于测定输变电接地材料土壤环境腐蚀性的智能设备，特征在于，包括电源模 块、数据采集模块、MCU控制模块、液晶显示模块以及语音播放模块五个部分。
【文档编号】G01N17/00GK105910977SQ201610166256
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年3月22日
【发明人】郝文魁, 陈云, 马光, 陈新, 韩钰, 祝志祥, 孙亮, 药宁娜
【申请人】全球能源互联网研究院, 国家电网公司, 国网辽宁省电力有限公司