变电站接地网阴极保护技术

阴极保护装置(2)----阴极（接地网）
• 作用：电流流入被保护的接地网
阴极保护装置(3)----参比电极
• 采用在土壤中电位稳定的Cu/CuSO4电极 • 作用：测量接地网的电化学腐蚀电位
控制接地网电化学腐蚀电位的阴极极化程度（量）
阴极保护装置(4)----自动控制恒电位/恒电流仪
• 作用：根据参比电极测得的 电位自动控制和恒定接地网的 电位下降量或输出电流量
• 近年来，我国重大工程项目、城市基础设施建设 等因为金属腐蚀造成的损失已达每年5千多亿元。
• 根据各国的统计，由于腐蚀造成的年度经济损失 一般约占当年国家GDP的1.5％～4.2％。
• 在我国，每年金属腐蚀造成的经济损失约占国民 生产总值的4%。
某变电站接地网局部腐蚀断裂
某变电站接地网局部腐蚀
土壤含盐量及pH值与土壤腐蚀性
土壤腐蚀性 土壤含盐量
mg/100g土
土壤pH值
大 750～100 4.5～5.5
中 100～50 5.5～7.0
小 50～10 7.0～8.5
塘角变电站土壤具有中等腐蚀性
可溶性盐含量 mg/100g土 33～91
pH 5.8 ～7.48
电化学阴极保护防蚀原理
• 金属腐蚀时，阳极和阴极区的电位处于S点的电位Ecorr， 这时金属以腐蚀速率是Icorr。
• 保护电流需用量
I0 K1 I A S
1.25 60mA / m2 823m2
• 辅助阳极
61.725A
Gt

TgI K
• 单支水平阳极接地电阻
•
RH 阳极组的接地电阻

2 L
ln
L2 td
Rg

F
RH n
阴极保护装置(1)----埋地硅铁辅助阳极
• 作用：能通过土壤发射电流到阴极（接地网），形成电流 回路。采用单位表面可通过较大电流的不溶性材料制成。
主电路
AC
输入变压器
整流电路
输出滤波电路
DC
辅助电源电路
主控电路
采样调理电路
控制电路
人机对话接 口电路
恒电位仪组成原理图
某变电站接地网阴极保护系统的安装
• 辅助阳极、参比电极埋设 • 阴极保护装置电恒电位三种运行方式
· 恒电压方式 机器始终在给定的输出电压值下工作。输出电流值随系统 电阻变化而变化。
参4
0.64 -0.75 -0.82 -0.91 -0.80 -0.83
结论
变电站接地网阴极保护系统投运后运 行情况正常，各参比点的电位下降超过了 100mV，极化达到了要求，接地网得到了有 效的保护。
接地网应用电化学阴极保护技术防蚀效果
某内陆城市城区变电站不连接地网，没有泄流作用、 没有电化学保护的碳钢试片（埋地180天）
• 恒电流方式 机器始终在给定的输出电流值下工作。待参比电位下降到 所需的范围后，再调整减小输出电流，使接地网的电位保 持在确定范围。
• 恒电位方式 在机器上给定一个预设的电位值（如比初始自然腐蚀电位 下降100mV ），给定电位与初始电位之差控制机器的电流 输出，使接地网的实际电位下降并逐渐靠拢和稳定在预设 的给定电位值上。
12.7 25.4 -0.75
14.3 27.9 -0.76
17.8 34.6 -0.84
17.0 35.2 -0.83
16.1 35.4 -0.83
测量电位（V）
参2 参3
-0.72 -0.80 -0.83 -0.91 -0.92 -0.89
-0.71 -0.82 -0.87 -0.97 -0.98 -0.94
某变电站接地网引下线腐蚀
碳钢在腐蚀性土壤中的电化学腐蚀
• 电化学腐蚀电池：
阳极（金属氧化---接地网腐蚀） 碳钢 Fe→Fe2+＋2e Fe2+ →Fe（OH）3、Fe3O4、Fe2O3
阴极（物质还原---土壤中的氧气吸收电子） O2在碳钢接地网表面还原 O2＋H2O＋4e→4OH-
电解质（土壤中的水分和盐类离子）
输 出 电 压 (V)
输 出 电 流 (A)
保 护 电 位 (V)
运行
断电
断电测量
恒电压 恒电流 恒电位
1
2
3
4
5
设置 增加 减少 确认
参比电极选择
接地网阴极保护装置运行注意事项
① 每天巡检一次，观察面板上数显表输出是否正常。 ② 每三天记录一次输出电压、输出电流和参比电位值 ③ 若出现输出电流和输出电压值超过机器额定值(40A、
我国1958年开始研究阴极保护技术工 业应用，但在变电站接地网的开发研究时 间并不长，技术不够完善。
近年来，阴极保护技术又有了新进展。 对于牺牲阳极法来说，有新型优质阳极产 生，使阴极保护系统变得更加有效，设计 更加方便。
对于外加电流法来说，外加直流电源 可以定时检测，得到大量的数据，实现遥 测和遥传。
接地网应用电化学阴极保护技术防蚀效果
某内陆城市城区变电站连接地网，有泄流作用、 有电化学保护的碳钢试片（埋地180天）
某站连接地网的试片表表面平整，失重量降低70%
（埋地316天，阴极保护170天）
输出 电流 (A)
0
30.3 35.4 37.5 35.0
参1
-0.80 -0.95 -0.98 -0.99 -0.97 -0.97
测量电位（V）
参2 参3
-0.85 -0.90 -0.93 -1.05 -1.04 -1.04
-0.90 -0.97 -1.03 -1.14 -1.14 -1.05
参4
• 如果从外部把阴极电流输入接地网系统，使金属电位从 Ecorr负移到E1，这时金属腐蚀速率从Icorr降到I。
• 电化学阴极保护防蚀原理是，人为地由外部向接地网金属 提供阴极电流的方法，使金属电化学电位降低（阴极极 化），从根本上降低接地网金属的腐蚀速率和局部腐蚀倾 向，达到接地网防蚀的效果。
• 根据外部提供阴极电流的方式不同，阴极保护方法可分为 牺牲阳极法和外加电流法。
变电站接地网 电化学阴极防蚀保护
概述
• 我国接地网所用材料主要为普通碳钢。 • 接地网的腐蚀原因：
碳钢在腐蚀性土壤中的电化学腐蚀 电网设备运行中的泄流电流的电解腐蚀。 • 腐蚀使碳钢氧化导电性能恶化；截面积减小至断裂，造成 接地性能不良，危及电网及人身安全。
阴极保护是最常用的电化学保护方法， 是国际上公认的防蚀技术，它发明于1824 年，但是直到20世纪30年代才开始应用。
-0.80 -0.97 -1.02 -1.14 -1.11 -1.05
#3 恒电位仪
日期 2008.02.17
2008.03.01 2008.03.08 2008.03.30
时间
9:00 10:30 13:40 11:00 14:00 12:00
输出 输出 电电 压 流 参1 (V) (A)
0
0 -0.63
90V)，或为零，不能调节恢复，则断开机器内电源开关， 停止机器运行。
阴极保护系统的运行
#1 恒电位仪
日期
时间
2008.02.17
2008.03.01 2008.03.08 2008.03.30
9:00 10:30 13:40 11:00 14:00 12:00
输出 电压 (V)
0
22.3 25.4 26.3 23.1