名称：一种电力设施接地网保护方法及装置

专利号：201010216954.8

专利人： 边耀维

一、技术基本情况
（一）来源项目                                                 
该项目名称为“一种电力设施接地网保护方法及装置”，立项日期2011年6月，结题时间2020年6月。在当时立项的名称为“用牺牲阳极保护阴极技术保护电力系统接地网”，项目类别：创业项目；后经不断改进和完善 ，达到了既是一种技术，也是一种装置，才有了现在的名称。
（二）技术基本信息
技术交付物类别：该交付物即包含硬件又包含软件，即有严格的工艺要求又有精细的操作方法及程序。 
研究形式：该成果是专利发明人经过多年刻苦努力，边实践、边改进、独立完成。而在完成的过程中不放过任何一个细节和可疑点，充分体现了发明人刻苦钻研、锐意进取、顽强拼搏的精神，最终达到丝丝入扣的最佳结果。
技术领域 ：“光机电一体化、先进制造技术、电力电子技术和设备”
应用领域 ; 应用领域较为广泛，适用于电力系统（变电站、输电线路、发电厂、大中用户变电站）;通讯系统；民航机场；金属管网防护，油库管网防腐等。
  （三）技术的相关业绩
1．中国供电国际会议技术交流论文一篇，题为【用牺牲阳极技术保护接地网】  作者 : 边耀维   
2．2013年6月1日获发明专利证书，证书号第1190493号，发明名称：一种电力设施接地网保护方法及装置。
三、研究经过
（一）研究目的、意义、研究内容及已有基础
因为接地网是埋在电力系统发电厂、变电站设备区内地下和线路杆塔下网状设施，占有十分重要的位置，其作用是把故障电流引入地下并为该设备提供参考电位。它的可靠性直接关系到关系到电网安全运行。但现状是地网无保护，存在地网腐蚀速度快，造成其寿命短，更换周期快。给国家、给企业造成很大浪费，同时还破坏了变电站，发电厂优美的环境。由于这种现状，迫使得尽快想办法解决。但地网寿命短的根本原因是腐蚀造成，而主要是电化学腐蚀。
 另外，对金属的防腐在国内外是采用保护阴极牺牲阳极技术，阴极保护最早被研究使用是在1824年, 英国学者汉费来·戴维 (Ηumph·Dary) 从英国海军部接受了一项保护木制军舰外铜护套的防护任务,使英国海军成为第一个阴极保护技术的使用者。随之,米歇尔·法拉第提出了著名的法拉第电解定率, 奠定了阴极保护的电化学理论基础。1940年英国出现了牺牲阳极的阴极保护,从此阴极保护受到各先进国家广泛使用。随着电化学理论和电子工业的发展,阴极保护技术日渐完善,成为技术经济效果显著的防腐方法。我国使用阴极保护技术是在1958年,主要用于长输油管道。
由于阴极保护技术是对腐蚀反应进行积极的干预,它采用使阴极极化的电化学手段,保证了被保护金属体的电化学均匀性,抑制了腐蚀电池的产生。阴极保护已产生巨大的经济效益。我国对长输油管道的防护曾有好多专家赞誉 “阴极保护就是第二条管道”的评价,即阴极保护可使管道的寿命延长二倍及以上。
经过分析，对埋在土壤中地网比埋在土壤中管道腐蚀的更为严重，寿命更短，因为接地网的腐蚀机理分析， 接地网腐蚀的现象和机理是比较复杂的,按环境腐蚀可分为化学介质腐蚀、大气腐蚀、土壤腐蚀、杂散电流腐蚀、细菌腐蚀、磨损腐蚀、应力腐蚀和接触腐蚀等。按腐蚀反应机理可分为化学腐蚀、电化学腐蚀等。电化学腐蚀最普遍、最为常见,而且金属的电化学腐蚀要比化学腐蚀强烈得多,金属的破坏大多数都是电化学腐蚀所制。 
接地体的腐蚀主要是由于钢材本身的电化不均匀性和外界环境的不均匀性,在其表面形成了腐蚀的原电池,包括微观原电池和宏观原电池。以下分别加以说明: 
1．宏观原电池 
在一般情况下,接地体的宏观原电池主要是由氧浓差造成的。接地体的上部和下部埋深差都在2 - 3米之间,由于接地体地的上部和下部土壤中含氧量不同,在接地体上部和下部形成不同的电极电位,富氧区接地体的电极电位较低,则构成原电池的阳极而加速腐蚀。贫氧区接地体的电极电位较高,则构成原电池的阴极而较少腐蚀。 
2．微观原电池 
在大多数情况下,接地体的微观原电池主要是因为 ⑴ 金属化学成分的不均匀性,如碳钢中含有Fe2C等杂质,可与金属本体形成许多微腐蚀电池,从而加快了金属本体的腐蚀。⑵金属表面膜的不完整性,如金属表面膜有孔隙或破损处时,空隙或破损处的金属可与表面膜形成微腐蚀电池,造成金属的腐蚀。土壤对接地体的腐蚀作用主要取决于土壤电阻率、含氧量、PH值和土壤中的微生物等, 发电厂、变电站的交流杂散电流很大。因为电化学腐蚀对金属的破坏最大，这就是埋在土壤中地网比埋在土壤中管道寿命更短，恰巧在变电站、发电厂、线路地网上空都是高电压和大电流，地网就在很强磁场土壤中，存在很强电化学腐蚀。由于上述原因,故采用普通方法敷设的接地网,使用寿命较短,一般可在 10 - 15 年左右,往往会出现接地电阻明显增大现象,不能满足安全运行的要求,得重新敷设地网。
(二)研究方法、技术路线等
通过1997年实施的实例证实和上述地网无保护出现接地电阻容易超标，寿命短原因分析。主要原因是存在严重的电化学腐蚀和其他腐蚀。技术路线就是要从抑制电话学腐蚀入手，把抑制电话学腐蚀作为主要手段，抑制其他腐蚀作为辅助手段，辅助手段配合主要手段，才能达到更加完美的效果。同时还采取了新方法、新工艺（见第9页）。
因此，就必须采取牺牲阳极阴极保护阴极技术，当对腐蚀原电池再外加一电流时,可改变腐蚀原电池的电极电位。如采用比铁性质更活泼、在介质中的电极电位比铁更负的金属或合金作为负辅助阳极，被保护的接地体作为阴极，可形成一大地电池。在阳极发生氧化反应，阳极被消耗“牺牲”，在阴极发生还原反应，阴极受到保护。在此过程中，电子由阳极向阴极转移，阳极流出的电流，成为改变腐蚀原电池的电极电位的保护电流。用下图说明。 

   图1  腐蚀电池    A--阳极  B---阴极               AA---辅助阳极  Ι—腐蚀电流  
I1--保护电流 图1为未加阴极保护之前金属本身的腐蚀原电池模型   
图2 为已加阴极保护后保护电池的电路及原来腐蚀电池的变化。