接地网阴极保护数学模型及辅助阳极优化研究

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1、西安科技大学硕士学位论文接地网阴极保护数学模型及辅助阳极优化研究专业名称：控制工程作者姓名：韩娟指导教师：杜京义论文题目：接地网阴极保护数学模型及辅助阳极优化研究工程领域：控制工程硕士生：韩娟（签名）指导教师：杜京义（签名）摘要变电站接地网是用于工作接地、防雷接地和保护接地的重要设施，是维护电力系统安全运行的重要环节。接地网的接地体常年埋于地下，其腐蚀的隐蔽性和不易检测性使电力系统存在潜在不安全隐患。在众多防腐措施中，阴极保护是一种有效的保护方式。本文针对接地网阴极保护数学模型及辅助阳极优化展开以下研究：首先

2、，建立接地网阴极保护数学模型。结合接地网阴极保护体系的特点，提出了合理的假设条件，得出腐蚀场中电位应满足的描述方程及边界条件；分析和比较各种求解有限元求解法，采用数值方法求解模型。其次，建立接地网辅助阳极与接地网电位分布工况的模型。本文搭建电位测量试验台，分别按照口字形、X形、□×形、米字形以及蛇形安装辅助阳极，研究了阳极的各种安装方式与接地网表面电位的关系，得出各种安装方式的阴极、阳极的最佳接入点；采用阴极保护数学模型探究了接地网面积和辅助阳极位置、电压、数量等参数与接地网电位和电流密度均匀分布的关系；提出了一种

3、基于向量相似度与支持向量回归机（S-SVR）的综合预测方法应用于与接地网表面电位分布工况模型中。然后，设计辅助阳极优化方案。以电位和电流分布的数值计算为基础，借助ANSOFT、MATLAB等软件包，在上述建立的辅助阳极与接地网表面电位分布模型数学模型的基础上，将保护电位均匀分布为优化目标，建立辅助阳极优化方案；选用经典遗传算法求解，得出了已知规格的接地网的最佳保护方案。最后，模拟接地网阴极保护的实验效果与分析工程实例。搭建实验平台验证阴极保护体系的可靠性；在渭南某两变电站验证工程中的实际保护情况。结果表明，本文所设

4、计的阴极保护模型与辅助阳极优化为接地网设计、日常维护和管理提供理论参考及设计指导。关键词：接地网防腐；阴极保护模型；有限元分析；辅助阳极优化；电位分布预测；研究类型：应用研究Subject:TheStudyofCathodeProtectionMathematicsModelandAuxiliaryAnodeOptimizationonGroundingGridsSpecialty:ControlEngineeringName:HanJuan（Signature）Instructor:DuJingyi（Signat

5、ure）ABSTRACTThesubstationgroundinggridsisanimportantequipmentingroundworking,lightningandprotecting,itisalsoanimportantparttomaintainthesafeoperationofthepowersystem.Thegroundingbodyisalwaysburiedintheground,itssubterraneananduneasytodetectofcorrosionmakehidde

6、ndangerofpowersystem.Cathodeprotectionisaneffectivewayamongsomanyantisepticmeasurestoprotectgroundinggrid.Thispaperwillresearchthegroundinggridanodecathodeprotectionmathematicsmodelandoptimizationasfollow:Firstofall,establishthecathodeprotectionmathematicsmode

7、l.Combinedwiththecharacteristicsofgroundinggridsincathodeprotectionsystem,putforwardreasonableassumptions,theequationsdescribingthecorrosionpotentialinthefieldshouldbesatisfiedandtheboundaryconditions;methodgridpotentialdistributionanalyticsolutionandnumerical

8、solutionwerecomparedandanalyzed,andthefiniteelementnumericalmethodforsolvingthemodel.Secondly,establishtheauxiliaryanodeandthepotentialdistributionofgroundingsystemperformancemodel