智能变电站接地网防腐蚀及监控系统 【技术领域】
本发明涉及一种金属防腐蚀及监控系统，特别是涉及一种变电站接地网的外加电流阴极保护、腐蚀检测及无线远程监控系统。
背景技术
变电站接地网是用于工作接地、防雷接地、保护接地的必备设施，是确保人身、设备、系统安全的重要环节，它在防雷电、静电和故障电流起着泄流和均压的作用。随着超高压输变电的发展，接地网的重要性凸显的更加明显。然而接地网腐蚀带来的危害巨大，直接导致接地网截面减小，甚至断裂。间接导致监测或控制设备发生误动或拒动而扩大事故，甚至损坏设备，扩大事故，破坏电网装置稳定，带来巨大的经济损失和不良的社会影响。
专利号为200720029110.6的实用新型专利提及一种智能变频恒电位仪，由工业控制器和多个高频直流电源组成，其特征是所述的工业控制器用于控制多个高频直流电源的输出值大小；工业控制器主要以单片机为核心，构成单片机测控管理一体化装置，以此完成对整个防腐仪的检测、显示、打印、故障报警，并对主回路信号进行自动控制。对于变电站接地网采用阴极保护是一种有效的防止腐蚀的手段，但是上述的智能变频恒电位仪以及现有的类似产品，存在功能单一并且通讯功能很差的缺点。往往单台的智能变频恒电位仪运行后，受气候等因素的影响，恒电位仪输出经常发生较大的波动，通常的值班员由于不具备专业知识而忽视异常或误处理；另外，高压变电站通常地处偏远，技术专家无实时的数据，不能及时发现运行存在的异常，也无法对运行工况进行调整，使得常规的外加电流阴极保护装置使用效果较差。专利号为200720062504.1的实用新型专利提及一种发变电站接地网在线检测装置。该实用新型公开了一种发变电站接地网在线监测装置，包括状态传感器、信号源、控制开关、比较放大器、运算放大器1、功率放大器、运算放大器2、运算放大器3、运算放大器4、差动放大器、电阻测量装置、转换器A/D1、转换器A/D2、转换器A/D3、转换器A/D4、单片机、转换器D/A1、转换器D/A2、滤波器、光电开关，所述信号源输出的方波信号加到状态传感器的辅助电极和研究电极之间，测量流过的电流，将测量的数据经滤波后送到微处理器，计算传感器电极的腐蚀速率及接地网的腐蚀深度与电气性能参数，根据计算所得接地网电气性能参数判断接地网的安全性能。其缺点在于土壤腐蚀速度较慢，滤波器容易将弱小信号滤掉，传感器采集的是杂音或假数据对实际腐蚀信号影响非常大，使得测量腐蚀速度不是实际腐蚀速度；这种装置的状态传感器没有与接地网相连接，接地网泄流时的腐蚀速度大于单独土壤腐蚀的速度，导致其工作状态与实际接地网显著不同；这种装置虽然采用多个状态传感器来表征整个接地网的腐蚀状况，并采用了暂态和稳态的计算，但各地土壤性质不同，导致其计算值与实际值之间误差较大。另外接地网保护电压电流等参数与环境条件密切相关，例如雨天和干旱季节，保护电位，保护电流要发生变化，上述专利都没有考虑环境条件对腐保护参数的影响。
【发明内容】
本发明提供一种智能变电站接地网防腐蚀及监控系统，该系统能够达到有效减缓接地网腐蚀、延长接地网使用寿命、实时远程监控目的。
本发明能够绘制阴极保护极化曲线的阴极保护智能电源，根据阴极保护曲线上的保护电位自动调节保护电位等电参数；接地网腐蚀速度测量传感器与接地网连接，只是在测量时瞬间断开，不测量时处于连接状态，腐蚀速度计算是以当地土壤为基准实测的值作为依据，采用四点法电阻仪进行电阻倍率与腐蚀速度的转换；通过3G技术进行数据传输，在中控室或遥远的专家办公室可以对保护状态、腐蚀状态进行监护和控制。本发明的目的在于提供一种智能变电站接地网专用防腐蚀及监控系统，该系统具备接地网外加电流的阴极保护，接地网腐蚀程度的在线检测以及基于3G技术的参数和图像的无线传输功能三大功能。
本发明的技术方案是这样实现的：
该系统由恒电位仪、腐蚀在线检测仪、温湿度传感器、隔离放大器、模数转换器、单片机系统、上位机、3G数据与图像传输发射单元、远程检测客户端等组成。其连接方式为恒电位仪、腐蚀在线检测仪、温湿度传感器发出的信号经经过隔离放大器隔离放大后，进入模数转换器进行A/D转换并将结果转化发送到单片机，再由单片机分别发送到上位机和3G数据与图像传输发射单元、远程检测客户端。
所述的腐蚀在线检测传感器包括钢板，在钢板两端接有端子，其中钢板宽40-60mm，厚2-6mm，长为4-6m。
电阻测量传感器与接地网之间有换向开关连接，测量时换向开关与接地网断开，运行时换向开关与接地网连接；四点测量是以当地土壤腐蚀速度与电阻倍率为基准，保证了测量数据的准确性。
通过3G技术进行数据传输，可以对保护状态、腐蚀状态进行远程监护和控制。
具备对接地网温湿度进行测量的功能。
本发明实现了保护电位的自动调节，使外加电流阴极保护电位始终处在最佳保护电位，不会出现过保护和欠保护状态。使接地网的保护度在90％左右，寿命延长8倍左右；通过当地土壤实测的电阻与腐蚀速度的关系为基准，实现接地网腐蚀程度的在线检测，便于技术人员了解腐蚀现状；所有的检测参数以及图像通过3G无线传输，方便技术专家及管理人员了解设备的安全以及运行参数；并能将整个系统的工作状态调整到最佳。
【附图说明】
图1是本发明地连接关系图；
图2是本发明的阴极保护极化曲线图和保护电位的采样图；
图3是腐蚀在线检测传感器的工作示意图；
下面结合附图对本发明的内容作进一步详细说明。
【具体实施方式】
本发明紧密结合变电站的地理位置特点以及现有技术的缺陷，以恒电位仪为基础，以计算机为数据处理工具；在此基础上开发出具有接地网腐蚀程度的在线检测功能，环境条件在线检测功能、数据采集与处理功能，3G数据和图像无线传输功能的智能变电站接地网专用防腐蚀阴极保护系统。
参照图1所示，该系统由恒电位仪、腐蚀在线检测仪、温湿度传感器、隔离放大器、模数转换器、计算机、上位机、3G数据与图像传输发射单元、远程检测客户端等组成。其连接方式为恒电位仪、腐蚀在线检测仪、温湿度传感器发出的信号经经过隔离放大器隔离放大后，进入模数转换器进行A/D转换并将结果转化发送到计算机上，再由单片机分别发送到上位机和3G数据与图像传输发射单元、远程检测客户端。
其中恒电位仪具有恒电压、恒电流、恒电位三种工作模式，恒电位仪通过三电极系统检测到电流、电压信号，通过放大器传输到计算机，计算机能自动绘出极化曲线，如图2计算机能够自动过找出保护电位，即A点电位，通过程序设计每天可以定时绘制2次极化曲线，这样保证在天气变化，保护电位的自动调节。不会出现过保护和欠保护，实现保护度达到90％。腐蚀监测仪的监测对象是取实际接地网材料取3m长，埋设在接地网间隙中，它与接地网之间有换向开关，检测时，与接地网断开，检测完毕又与接地网连接，保证监测的状态与实际接地网的腐蚀状态相同；信号处理前在对当地进行土壤腐蚀与电阻倍率之间的值进行测量。将这一测量值存入计算机软件中，作为腐蚀速度的计算基准。温湿度传感器反应的是土壤的温度和湿度，不同的温度湿度下，接地网的腐蚀电位有很大差异。根据不同的温度湿度调整恒电位仪输出电流，达到最佳的保护效果；3G无线数据和图像传输发射单元具有数据和图像的采集和处理功能，并通过发射系统发送图像和数据到远程检测客户端。
参照图3所示，腐蚀在线检测传感器采用与接地网扁钢相同材质的金属制成，在接地网与腐蚀测量传感器之间有换向开关，检测时，换向开关打入检测。则与原接地网断开，打入运行，换向开关量入与接地网连接状态。采用四端法测量导体电阻，即在被测导体的电流端1和电流端2加上一个电流信号，在电压端1和电压端2测量两端导体间的电压差，从而测量其接地网的导体电阻。
变电站接地网安装该智能接地网专用防腐蚀及监控系统工作过程如下：
首先敷设腐蚀测量传感器和对当地土壤的腐蚀与电阻的倍率的关系进行测量，然后对各项参数进行校正测量，包括参比电位、电压和电流、温湿度、电阻等；其次上述参数经隔离放大器、模数转换器、单片机进行分析处理，按照一定的计算方法在上位机显示，同时控制恒电位仪的输出电流、电压和电位；最后将处理后的数据以及图像3G无线数据和图像传输发射单元发射，并由远程检测客户端接受处理，在远程达到检测和控制的目的。
当系统的温度湿度发生变化时，系统经过运算调整输出，从而保证工作处于最佳状态。
该套系统目前已经在现场得到应用，测量界面如图4。测出陕西某地区的腐蚀速度与电阻的关系为V=R-1.0290.21+0.311(R-1.029)-0.008(R-1.029)2,]]>2008年12月22日，输出电压、输出电流、输出电位分别为5.1V、5.8A、-0.93V；2009年1月14日，当地浇地水浸入接地网，该系统自动运算调整输出电压、输出电流、输出电位，调整输出电压、输出电流、输出电位分别为2.7V、3.3A、-0.97V。2008年12月22日至2009年7月，测出的电阻倍率在1.029-1.03之间，2009年7月挖开接地网后，没有发现接地网有腐蚀痕迹，表面情况与埋入前无明显变化；表明本系统保护效果良好，电阻法测量的腐蚀速率准确。