[实用新型]一种电化学传感器

说明书

技术领域

本实用新型关于发电厂及变电站接地网腐蚀状态检测技术，特别是关于应用了电化学检测的接地网腐蚀状态检测技术，具体的讲是一种电化学传感器。

背景技术

发电厂及变电站的接地网是保障电力系统安全可靠运行的重要设施。由于接地网通常敷设在大于0.6米的地面下，既看不见，又无监视装置，因此当接地网投入运行后，在不开挖的条件下如何有效地检测接地网腐蚀状况是亟待解决的问题。

通常接地网的腐蚀使得接地导体截面减小，严重者甚至断开，由此导致接地网的接地阻抗值或接地导体热稳定截面等方面不符合相关规程。在此条件下，当系统发生单相接地短路故障时，一方面会发生设备失地运行，造成设备外壳或底座电位升高，且高电位会侵入二次控制柜或沿二次线串入主控制室，这将造成二次回路烧损，甚至引起二次电路板成片烧坏；另一方面，造成短路电流入地点地网的地电位升高，会发生人身伤亡事故。由此可见，接地网的故障已是电力系统安全运行的重大隐患，诊断地网的断点及地网的腐蚀情况已成为电力行业的一项重大课题。

在现有技术中发电厂及变电站接地网测量方案主要包括：

(1)接地电阻测量：如果接地网接地电阻值过高，接地网将不能发挥应有作用，接地电阻的测量是评价接地网是否符合规程要求的重要手段。对于运行多年的接地网，大多数接地电阻不符合规程规定，有的是因为腐蚀严重造成的，只有通过开挖来检查其被腐蚀的程度，这种检查腐蚀的方法带有盲目性，工作量大、速度慢，并且受现场运行的限制。

(2)接触电压和跨步电压测量：接触电压和跨步电压是衡量接地网安全性的重要指标，同时根据跨步电压的变化规律，可以发现接地网因腐蚀等原因而发生断裂的部位，但其并不能发现已发生严重腐蚀而未发生断裂的地网腐蚀段。

(3)接地网腐蚀和断点物理诊断法：该方法根据地网可测结点之间的电压或电阻测量值，应用适当的计算方法，计算出各段导体的实际电阻值，将它与标称值相比较，并按照一定的阈值来判断地网导体是否有断裂或腐蚀的情况存在，图1为该检测方法的测量原理图。该方法要求准确知道地网的结构，在此基础上提出确切的数学模型，依据此数学模型对测量的数据点分析计算，方可得出各段地网导体的实际电阻值，由此可以看出影响该方法测量结果准确性的因素较多，而且其对运行多年旧地网的腐蚀诊断仍有一定的局限性。

由于接地网材料在土壤中腐蚀的电化学本质，其腐蚀状态可以用电化学特征参数来表征。对电化学腐蚀，通常还可用电流密度来表示腐蚀速度。在金属电化学腐蚀过程中，被腐蚀的金属作为阳极，发生氧化反应而不断被溶解，同时释放出电子。释放出的电子数量越多，亦即输出的电量越多，意味着金属被溶解得多。因此，金属电极上输出的电量显然与金属电极的溶解量之间存在定量的关系，这个定量关系就是法拉第定律。根据法拉第定律，由电极上通过的电量可以计算出金属溶解的量。不同的电化学特征参数可以表征不同的腐蚀状态，例如可以用击穿电位评价金属抗点蚀性的大小，电位越低，抗蚀性越差。金属腐蚀速度的电化学测试技术有极化阻力技术、暂态线性极化技术、充电曲线技术和恒电量法等。采用线性极化或交流阻抗等电化学技术可以测量接地网碳钢材料的极化电阻、腐蚀电流等电化学参数，但要完成接地网碳钢材料的原位腐蚀电化学检测，必须解决以下两个问题：

(1)腐蚀电化学测量传感器的限流问题：传统的电化学三电极测量系统很难准确测量地网金属的腐蚀状态，因为予测量的某一段地网金属并不是一个独立的电极，它与整个地网金属是连接在一起的，因此通过辅助电极加在地网金属上的极化电流并不会只局限在被测量的这段地网金属上，被极化地网金属面积的不确定性，将会在腐蚀电流密度的计算中引入较大的误差，图2为传统的电化学三电极测量系统测量原理示意图。因此要实现接地网碳钢材料的腐蚀电化学检测，首先要解决腐蚀电化学测量传感器的限流问题。

(2)发电厂、变电站及输电线路测量环境对测量系统的干扰问题：测试环境发电厂、变电站及输电线路中存在多而强的干扰信号以及土壤中存在的杂散电流对电化学测试技术的响应信号有很强的干扰，有时甚至完全淹没真实的信号，得到的响应信号信噪比很低，无法进行数据分析。

中国专利99109622.3公开的“发变电站接地网腐蚀及断点的诊断方法及其测量、诊断系统”、中国专利01216711.8公开的“高精度土壤腐蚀测量装置”以及中国专利申请200510012656.6公开的“发电厂、变电站大型接地网检测技术及其检测系统”可作为本实用新型的现有技术而合并于此。

实用新型内容