接地体腐蚀速率计算及其寿命预测研究

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电能是现代社会的主要能源,电力系统的安全稳定运行对国民经济发展和社会安定举足轻重。接地装置是电力系统的关键组成部分,良好的接地是电力系统安全运行的重要保障,腐蚀是影响接地系统安全运行的主要因素。接地导体发生腐蚀后,其通流能力降低、散流效果减弱;在发生雷击或者系统短路时,对接地系统中的工作人员人身安全、设备安全及系统的稳定运行都会造成威胁,后果难以估量。当接地导体严重腐蚀时甚至会发生断裂,丧失接地功能。因此,为了保证电力系统的安全稳定运行,对接地体的腐蚀问题研究具有重要意义。本文首先分析了接地体服役环境特征及腐蚀发展过程,明确了其腐蚀机理及腐蚀微观反应原理。采用电化学极化曲线测试方法,对典型接地材料进行了电化学极化曲线测试,拟合测试数据后得到接地材料在土壤模拟液中的电极反应参数。基于电极反应动力学,建立了接地体腐蚀仿真计算模型,应用极化曲线测试拟合获得的接地材料电极反应参数,进行了接地体在土壤模拟液中的腐蚀速率仿真计算。将仿真获得的腐蚀速率与极化曲线测试结果拟合获得的腐蚀速率进行了对比,说明接地体在土壤模拟液中的腐蚀仿真计算结果是准确的,证明了该仿真方法和模型的有效性。以碳钢接地体作为研究对象,考虑入地电流和土壤中物质运移,建立了接地体在土壤中的腐蚀仿真模型;采用测试获得的碳钢试片电极反应参数,进行了接地体腐蚀速率仿真计算。通过仿真计算和分析,研究了入地电流作用下接地体的腐蚀特性,并通过典型电解腐蚀试验验证了模型的正确性。分析了土壤理化特性对接地体腐蚀的影响的机理,得到土壤各因子对接地导体的影响规律及权重,基于因子分析法提出了接地体自然腐蚀速率计算公式,并与土壤腐蚀因子指标评价结果和实际腐蚀情况数据对比,结果表明本文提出的考虑腐蚀影响因子权重的腐蚀速率计算公式与实际腐蚀结果更为吻合。基于仿真计算得到的接地体的自然腐蚀速率和电解腐蚀速率,提出了在保证接地导体热稳定性和有效直径满足运行要求的前提下,接地体腐蚀寿命预测方法和剩余寿命计算公式;完成了累积腐蚀深度预测模型的具体计算案例,得到接地导体的剩余使用寿命。基于点蚀理论,研究累积腐蚀深度监测方法,设计开发了累积腐蚀深度监测装置,通过加速腐蚀模拟实验验证了其可行性,并进行试点应用,为接地体的运行维护提供了简单有效的工具。
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