[发明专利]基于电化学极化曲线测试的接地极动态腐蚀过程仿真方法

说明书

本发明公开了一种基于电化学极化曲线测试的接地极动态腐蚀过程仿真方法，主要包括：第一步，以试验电极片作为工作电极，以土壤模拟溶液为电解质，采用三电极体系测试不同试验电极片在不同pH值的土壤模拟溶液中的电极化曲线数据，从而构建电极化曲线数据库；第二步，设置试验电极片表面的边界为变形边界，以电极化曲线数据的插值函数作为试验电极片的腐蚀反应动力学数据来源，采用有限元法模拟各时刻下试验电极片表面各点坐标，从而获得试验电极片定性的动态腐蚀过程。本发明可仿真出不同接地极在不同土壤模拟溶液中的动态腐蚀过程，仿真准确度更高；同时，还可根据仿真出的动态腐蚀过程定量分析接地极的真实腐蚀情况。

技术领域

本发明属于电力系统接地技术领域，尤其涉及一种基于电化学极化曲线测试的接地极动态腐蚀过程仿真方法。

背景技术

电力系统中，接地一直是直接关系到人身和设备安全的重要问题。接地装置的主要组成部分便是接地极，用于泄流以保障电力系统的安全运行。而影响接地系统的安全运行的主要因素是接地极材料的溶解—腐蚀问题。若接地极发生腐蚀后，会减小接地极材料的有效面积，影响接地体的散流效果，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。当接地体严重腐蚀时甚至会发生断裂，丧失接地极功能。因此，为了保证电力系统的安全稳定运行，对接地极的腐蚀问题研究具有重要意义。

E.B.Muehlenkamp等人^[1]提出了一种钢筋阴极保护的仿真模型，其钢筋表面的反应动力学采用铁材料的阴阳极塔菲尔方程，其参数采用阴阳极平衡电位、交换电流密度及塔菲尔斜率，反应条件固定。曹庆洲^[2]进行了接地极电流溢散特性及对接地极腐蚀的影响研究，其选用铁制材料接地极的固定腐蚀参数。但现实工程中接地极材料选取较为丰富，并不是单一的铁制材料。且接地系统一般选址都在偏远地区，周边环境复杂，同一接地网的接地极由于工作环境不同，腐蚀情况也不同，某一具体接地极的腐蚀情况不能用来推断整体情况。故而对于接地极的腐蚀情况的测试仿真方法，尤其是动态腐蚀过程中的测量仿真，现在来说还缺乏一个同时满足简便性和精度要求的仿真方法。

文中涉及如下参考文献：

[1]E.B.Muehlenkamp,M.D.Koretsky,J.C.Westall.Effect of Moisture on theSpatial Uniformity of Cathodic Protection of Steel in Reinforced Concrete[J],Corrosion,2012,61(6):519–533.

[2]曹庆洲.接地极电流溢散特性及对接地极腐蚀的影响研究[D]，重庆大学，2016,42-43.

发明内容

本发明的目的是提供一种同时满足简便性和精度要求的、基于电化学极化曲线测试的接地极动态腐蚀过程仿真方法。

本发明技术方案如下：

一种基于电化学极化曲线测试的接地极动态腐蚀过程仿真方法，包括：

S100构建接地极材料的电极化曲线数据库，本步骤进一步包括子步骤：

S110收集不同接地极材料，并将接地极材料制作成试验电极片；

S120根据实际土壤的pH值，采用酸溶液和碱溶液配制不同pH值的土壤模拟溶液；

S130以试验电极片作为工作电极，以土壤模拟溶液为电解质，采用三电极体系测试不同试验电极片在不同pH值的土壤模拟溶液中的电极化曲线数据，从而构建电极化曲线数据库；

S200对试验电极片的动态腐蚀过程进行仿真，本步骤进一步包括子步骤：

S210以电位为自变量，电流为因变量，将各电极化曲线数据中的电位值和电流值输入到插值函数，获得各电极化曲线数据的插值函数；