一種預(yù)測(cè)變電站接地網(wǎng)土壤腐蝕速率的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種預(yù)測(cè)變電站接地網(wǎng)土壤腐蝕速率的方法。目前的一種參數(shù)分析法尚未能很好地解決接地網(wǎng)腐蝕速率預(yù)測(cè)問(wèn)題。本發(fā)明在所選區(qū)域內(nèi)合理布局取樣點(diǎn)；在取樣點(diǎn)測(cè)定土壤參數(shù)，所述的土壤參數(shù)包括電阻率、含水率、氧化還原電位、pH值和容重，并采取土樣回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行含鹽量和氯離子理化性質(zhì)的測(cè)定，同時(shí)利用電化學(xué)方法測(cè)定金屬材料在土壤中的腐蝕速率；以電阻率、含水率、氧化還原電位、pH值、容重、含鹽量和氯離子7個(gè)指標(biāo)組建模型，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)測(cè)得數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練。本發(fā)明快速有效、預(yù)測(cè)準(zhǔn)確，為變電站接地網(wǎng)土壤腐蝕預(yù)測(cè)提供可靠依據(jù)。
【專利說(shuō)明】一種預(yù)測(cè)變電站接地網(wǎng)土壤腐蝕速率的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及土壤的腐蝕預(yù)測(cè)技術(shù)，具體地說(shuō)是一種預(yù)測(cè)土壤腐蝕速率的方法，主 要應(yīng)用于區(qū)域性變電站接地網(wǎng)土壤腐蝕性預(yù)測(cè)研究。

【背景技術(shù)】
[0002] 接地網(wǎng)是為了防止接地短路電流危及人身及設(shè)備安全而埋設(shè)的電氣設(shè)施，它對(duì)雷 電、靜電和故障電流起著泄流和均壓的作用，是電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行、電氣設(shè)備和人身安 全的有力保障。但是由于接地裝置長(zhǎng)期在地下運(yùn)行，運(yùn)行環(huán)境惡劣，容易發(fā)生腐蝕。近年來(lái)， 接地網(wǎng)暴露的問(wèn)題越來(lái)越突出，據(jù)廣東、山東、江蘇、安徽等地調(diào)查，一般接地網(wǎng)10年腐爛， 快的4年就已經(jīng)腐爛。如廣東省進(jìn)行接地網(wǎng)開(kāi)挖檢查，發(fā)現(xiàn)運(yùn)行20年以上的變電所接地網(wǎng) 腐蝕嚴(yán)重；廣西省對(duì)運(yùn)行10年以上的35?220kV變電站接地網(wǎng)開(kāi)挖后，發(fā)現(xiàn)均存在不同程 度的腐蝕；湖北省發(fā)現(xiàn)運(yùn)行5年的接地網(wǎng)已經(jīng)存在腐蝕，而運(yùn)行30年的接地網(wǎng)腐蝕非常嚴(yán) 重。同時(shí)還有江西、江蘇、安徽等省均進(jìn)行過(guò)開(kāi)挖檢查，也發(fā)現(xiàn)了類似的腐蝕現(xiàn)象。
[0003] 目前，國(guó)內(nèi)在進(jìn)行變電站接地網(wǎng)設(shè)計(jì)建設(shè)時(shí)，一般先查閱相關(guān)的腐蝕數(shù)據(jù)手冊(cè)，根 據(jù)設(shè)計(jì)使用壽命要求計(jì)算接地網(wǎng)材料的尺寸和數(shù)量。以上手冊(cè)數(shù)據(jù)均來(lái)源于試樣填埋的特 定地區(qū)，由于不同區(qū)域具有不同的氣候條件，而且土壤的理化性質(zhì)一般也具有較大的差異 性，故所查數(shù)據(jù)對(duì)各個(gè)特定的變電站并沒(méi)有很好的指導(dǎo)作用。因此，根據(jù)不同區(qū)域土壤性質(zhì) 而進(jìn)行的土壤腐蝕調(diào)查和腐蝕預(yù)測(cè)就顯的很有必要。國(guó)內(nèi)有研究者提出了一種預(yù)測(cè)金屬材 料土壤腐蝕的方法，該方法在需要預(yù)測(cè)地區(qū)選擇試驗(yàn)點(diǎn)，進(jìn)行埋片試驗(yàn)，同時(shí)檢測(cè)各試驗(yàn)點(diǎn) 的土壤化學(xué)成分，試驗(yàn)周期為一年至兩年。試驗(yàn)結(jié)束后，將試驗(yàn)材料取回，通過(guò)失重法計(jì)算 腐蝕速率，采用逐步回歸分析的統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行回歸分析，建立回歸方程進(jìn)行腐蝕速率的預(yù) 測(cè)。由于采用埋片試驗(yàn)，試驗(yàn)周期需一年至兩年，試驗(yàn)周期較長(zhǎng)。而回歸分析的動(dòng)機(jī)是企望 求出一個(gè)函數(shù)代替數(shù)據(jù)集合，但它是假設(shè)數(shù)據(jù)集合的變量有因果關(guān)系，一般需要給定一個(gè) 數(shù)學(xué)待定的基函數(shù)，根據(jù)數(shù)據(jù)集合中變量的因果關(guān)系，計(jì)算這個(gè)數(shù)學(xué)基函數(shù)待定的參數(shù)。這 種事先假定數(shù)據(jù)服從某種分布的方法，對(duì)某些未知世界的解釋是不合理的，因?yàn)檫@個(gè)假設(shè) 可能是錯(cuò)誤的。因此，參數(shù)分析法尚未能很好地解決接地網(wǎng)腐蝕速率預(yù)測(cè)問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種預(yù)測(cè)變電站接地網(wǎng)土壤 腐蝕速率的方法，該方法快速有效、預(yù)測(cè)準(zhǔn)確，為變電站接地網(wǎng)土壤腐蝕預(yù)測(cè)提供可靠依 據(jù)。
[0005] 為此，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種預(yù)測(cè)變電站接地網(wǎng)土壤腐蝕速率的方法，其 步驟如下：
[0006] 1)選定研究區(qū)域，在所選區(qū)域內(nèi)合理布局取樣點(diǎn)；
[0007] 2)在取樣點(diǎn)測(cè)定土壤參數(shù)，所述的土壤參數(shù)包括電阻率、含水率、氧化還原電位、 pH值和容重，并采取土樣回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行含鹽量和氯離子理化性質(zhì)的測(cè)定，同時(shí)利用電化學(xué) 方法測(cè)定金屬材料在土壤中的腐蝕速率；
[0008] 3)以電阻率、含水率、氧化還原電位、pH值、容重、含鹽量和氯離子7個(gè)指標(biāo)組建模 型，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)測(cè)得數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練。
[0009] 作為對(duì)上述技術(shù)方案的進(jìn)一步完善和補(bǔ)充，本發(fā)明采取以下技術(shù)措施：
[0010] 取樣點(diǎn)土壤要求無(wú)污染、無(wú)雜散電流，取樣深度為〇. 8-1. 0米（標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定大于 0· 6m)。
[0011] 所述的金屬材料為變電站接地網(wǎng)所用碳鋼。
[0012] 采用CAPCIS Concerto MK2 CIS4K-1電化學(xué)噪聲腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的LPR測(cè)試功能實(shí) 現(xiàn)對(duì)金屬材料在土壤中的腐蝕速率的快速測(cè)定。
[0013] 為平衡模型中的各指標(biāo)對(duì)土壤腐蝕速率的影響，對(duì)每個(gè)指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，即 相應(yīng)的指標(biāo)數(shù)值除以該指標(biāo)最大的范圍值。在此作用下，所有的數(shù)據(jù)均在0到1的范圍內(nèi)。
[0014] 對(duì)上述試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練時(shí)，為了提高BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性，BP神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)采用區(qū)間預(yù)測(cè)的模式。由于預(yù)測(cè)的土壤腐蝕速率在0到0. 2之間，將區(qū)間分為8個(gè)子 區(qū)間，分別是：[0, 0· 025)，[0· 025, 0· 030)，[0· 030, 0· 035)，[0· 035, 0· 040)，[0· 040, 0· 060) ，[0· 060, 0· 100)，[0· 100, 0· 140)，[0· 140, 0· 200)。
[0015] 進(jìn)行BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，在其輸入層中，由于所考慮的數(shù)據(jù)共有7個(gè)指標(biāo)，因 此相應(yīng)的輸入層的節(jié)點(diǎn)數(shù)為7,即每個(gè)輸入層的節(jié)點(diǎn)表示數(shù)據(jù)中的某一指標(biāo)；其中間層采 用兩個(gè)子層，且每個(gè)子層的節(jié)點(diǎn)數(shù)為8 ;由于將土壤腐蝕速率0到0. 2之間分成8個(gè)子區(qū)間， 故輸出層的節(jié)點(diǎn)數(shù)為8,以土壤的腐蝕速率作為輸出。
[0016] 在BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練過(guò)程中，采用了數(shù)據(jù)的批處理模式，在該模式中，網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練所 用的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行一次性的輸入，然后再調(diào)整網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)間的連接權(quán)量值與閾值，同時(shí)梯度 的計(jì)算也要由所有的樣本數(shù)據(jù)參與。
[0017] 本發(fā)明具有的有益效果如下：
[0018] 1、可以在新變電站選址時(shí)通過(guò)已知的土壤參數(shù)對(duì)土壤腐蝕速率進(jìn)行預(yù)測(cè)，確定將 接地網(wǎng)腐蝕等級(jí)，以正確設(shè)計(jì)選用合適的鋼材截面及因地制宜地采用合適的防腐措施。
[0019] 2、通過(guò)取樣回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，可以在較短時(shí)間內(nèi)取得大量科學(xué)合理的數(shù) 據(jù)，大大縮短了預(yù)測(cè)所需時(shí)間，使用操作便捷，預(yù)測(cè)準(zhǔn)確。
[0020] 3、本發(fā)明不僅可以用于預(yù)測(cè)變電站接地網(wǎng)土壤腐蝕速率，還可用在其他行業(yè)埋地 鋼材的腐蝕預(yù)測(cè)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例訓(xùn)練方案一中BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的誤差圖。
[0022] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例訓(xùn)練方案一中BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)梯度圖。
[0023] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例訓(xùn)練方案一中BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的回歸系數(shù)圖。
[0024] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例訓(xùn)練方案二中BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的誤差圖。
[0025] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例訓(xùn)練方案二中BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)梯度圖。
[0026] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例訓(xùn)練方案二中BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的回歸系數(shù)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027] 實(shí)施例
[0028] 2013年3月?2013年8月，在浙江省地區(qū)進(jìn)行了變電站接地網(wǎng)土壤腐蝕性調(diào)查。 以浙江省變電站接地網(wǎng)所在區(qū)域土壤為研究對(duì)象，在全省范圍內(nèi)選取80個(gè)取樣點(diǎn)，取樣點(diǎn) 遍布全省各個(gè)地市，選擇ll〇kv及以上變電站，500kv變電站全覆蓋。
[0029] 在各取樣點(diǎn)進(jìn)行取樣及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。
[0030] 每個(gè)取樣點(diǎn)均采用"多點(diǎn)混合"的取樣方法，以提高樣品的代表性，一個(gè)取樣點(diǎn)的 混合樣由15-20個(gè)樣點(diǎn)組成。一般采用"S"形布點(diǎn)采樣。取樣點(diǎn)土壤無(wú)污染，無(wú)雜散電流， 同時(shí)應(yīng)避免在堆過(guò)肥料的地方和田埂、溝邊及特殊地形部位采樣。取樣深度為0. 8-米1米， 每個(gè)采樣點(diǎn)的取土深度及采樣量應(yīng)均勻一致。采樣器應(yīng)垂直于地面，入土至規(guī)定的深度。一 個(gè)混合土樣以取5-10kg為宜，如果采集的樣品數(shù)量太多，可用四分法將多余的土壤棄去。
[0031] 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試以下參數(shù)：電阻率、含水率、氧化還原電位、pH、容重等，測(cè)試方法依據(jù)全 國(guó)土壤腐蝕試驗(yàn)網(wǎng)站編寫(xiě)的《材料土壤腐蝕試驗(yàn)方法》進(jìn)行。
[0032] 采樣回實(shí)驗(yàn)室后立即進(jìn)行腐蝕速率測(cè)定。
[0033] 試驗(yàn)采用CAPCIS Concerto MK2 CIS4K-1電化學(xué)噪聲腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由LPR 測(cè)試設(shè)備和EN測(cè)試設(shè)備組成，能使用相同的探針進(jìn)行線性極化（LPR)與電化學(xué)噪聲（EN) 兩種測(cè)量。線性極化技術(shù)通過(guò)運(yùn)用高頻讀數(shù)和溶液電阻修正，能夠保證在操作環(huán)境中對(duì)土 壤腐蝕情況進(jìn)行精確的測(cè)量。本實(shí)驗(yàn)采用LPR測(cè)定土樣的腐蝕速率。探針采用碳鋼電極， 化學(xué)成分見(jiàn)表1。使用前將工作電極依次經(jīng)400-1000#水砂紙打磨，用丙酮和去離子水除 油、清洗，熱風(fēng)干燥后備用。
[0034] 表1 :電極的化學(xué)成分（wt. % )
[0035]

【權(quán)利要求】
1. 一種預(yù)測(cè)變電站接地網(wǎng)土壤腐蝕速率的方法，其步驟如下： 1) 選定研究區(qū)域，在所選區(qū)域內(nèi)合理布局取樣點(diǎn)； 2) 在取樣點(diǎn)測(cè)定土壤參數(shù)，所述的土壤參數(shù)包括電阻率、含水率、氧化還原電位、pH值 和容重，并采取土樣回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行含鹽量和氯離子理化性質(zhì)的測(cè)定，同時(shí)利用電化學(xué)方法 測(cè)定金屬材料在土壤中的腐蝕速率； 3) 以電阻率、含水率、氧化還原電位、pH值、容重、含鹽量和氯離子7個(gè)指標(biāo)組建模型， 采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)測(cè)得數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測(cè)變電站接地網(wǎng)土壤腐蝕速率的方法，其特征在于，取樣 點(diǎn)土壤要求無(wú)污染、無(wú)雜散電流，取樣深度為0. 8-1. 0米。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測(cè)變電站接地網(wǎng)土壤腐蝕速率的方法，其特征在于，所述 的金屬材料為變電站接地網(wǎng)所用碳鋼。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測(cè)變電站接地網(wǎng)土壤腐蝕速率的方法，其特征在于，采用 CAPCIS Concerto MK2 CIS4K-1電化學(xué)噪聲腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的LPR測(cè)試功能實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬材料 在土壤中的腐蝕速率的快速測(cè)定。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測(cè)變電站接地網(wǎng)土壤腐蝕速率的方法，其特征在于，為平 衡模型中的各指標(biāo)對(duì)土壤腐蝕速率的影響，對(duì)每個(gè)指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，即相應(yīng)的指標(biāo)數(shù) 值除以該指標(biāo)最大的范圍值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測(cè)變電站接地網(wǎng)土壤腐蝕速率的方法，其特征在于，對(duì)上 述試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練時(shí)，為了提高BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用區(qū)間 預(yù)測(cè)的模式。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的預(yù)測(cè)變電站接地網(wǎng)土壤腐蝕速率的方法，其特征在于，由于 預(yù)測(cè)的土壤腐蝕速率在0到0. 2之間，將區(qū)間分為8個(gè)子區(qū)間，分別是：[0, 0. 025)，[0. 025 ,0. 030), [0. 030, 0. 035), [0. 035, 0. 040), [0. 040, 0. 060), [0. 060, 0. 100), [0. 100, 0. 140) ，[0· 140, 0· 200)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的預(yù)測(cè)變電站接地網(wǎng)土壤腐蝕速率的方法，其特征在于，進(jìn)行 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，在其輸入層中，由于所考慮的數(shù)據(jù)共有7個(gè)指標(biāo)，因此相應(yīng)的輸入 層的節(jié)點(diǎn)數(shù)為7,即每個(gè)輸入層的節(jié)點(diǎn)表示數(shù)據(jù)中的某一指標(biāo)；其中間層采用兩個(gè)子層，且 每個(gè)子層的節(jié)點(diǎn)數(shù)為8 ;由于將土壤腐蝕速率0到0. 2之間分成8個(gè)子區(qū)間，故輸出層的節(jié) 點(diǎn)數(shù)為8,以土壤的腐蝕速率作為輸出。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的預(yù)測(cè)變電站接地網(wǎng)土壤腐蝕速率的方法，其特征在于，在BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練過(guò)程中，為提高網(wǎng)絡(luò)處理數(shù)據(jù)的效率，采用了數(shù)據(jù)的批處理模式，在該模式 中，網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練所用的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行一次性的輸入，然后再調(diào)整網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)間的連接權(quán)量值與 閾值，同時(shí)梯度的計(jì)算也要由所有的樣本數(shù)據(jù)參與。
【文檔編號(hào)】G06N3/02GK104299032SQ201410421279
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年8月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月25日
【發(fā)明者】錢(qián)洲亥, 祝酈偉, 沈曉明, 周海飛, 陳建偉, 劉敏, 明菊蘭 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院, 浙江電力化學(xué)技術(shù)有限公司