唐 政，李碧君

（1.重慶市電力公司超高壓局輸電運維中心，重慶400039;2.重慶市電力公司楊家坪供電局線檢中心，重慶 400015）

超高壓輸電線路桿塔接地裝置腐蝕分析

唐 政1，李碧君2

（1.重慶市電力公司超高壓局輸電運維中心，重慶400039;2.重慶市電力公司楊家坪供電局線檢中心，重慶 400015）

針對接地引下線和接地網(wǎng)的不同腐蝕環(huán)境，分析金屬腐蝕的機(jī)理和影響因素，分別給出大氣腐蝕和土壤腐蝕的防護(hù)措施。并結(jié)合輸電運維中心的實際情況，探討接地網(wǎng)斷點和腐蝕的檢測與診斷、直升機(jī)巡視腐蝕缺陷的識別以及特高壓直流輸電線路對鄰近500kV線路接地裝置的影響。

輸電線路，接地，腐蝕

0 引言

接地是保障設(shè)備安全穩(wěn)定運行的重大安全技術(shù)之一，輸電線路桿塔接地裝置是輸電線路的重要組成部分，其作用是確保雷電流可靠泄入大地，保護(hù)線路設(shè)備絕緣，減少線路雷擊跳閘率，提高線路運行可靠性。輸電線路桿塔接地裝置對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要，其主要由接地通道和接地網(wǎng)組成，如圖1所示。超高壓輸電線路長期運行在野外，受到各種惡劣環(huán)境的侵蝕，使得輸電線路桿塔接地裝置極易受到嚴(yán)重的腐蝕破壞。因此，如何對輸電線路桿塔接地裝置進(jìn)行規(guī)范管理和維護(hù)，確保接地裝置的完整性并采取充分的防腐措施，成為超高壓輸電線路運行維護(hù)單位的重要課題。

圖1 輸電線路桿塔接地裝置示意圖

近年來，重慶市電力公司超高壓局輸電運維中心對所轄市公司第一條500kV輸電線路洪板一線（由原1996年建設(shè)的洪陳一線，經(jīng)板橋變電站π接后投入運行）進(jìn)行接地裝置定期開挖檢查時，發(fā)現(xiàn)接地網(wǎng)腐蝕嚴(yán)重，部分桿塔接地網(wǎng)甚至銹斷。

1 接地裝置腐蝕情況

為了了解洪板一線接地裝置的腐蝕情況，對其接地裝置進(jìn)行了定期開挖檢查。

洪板一線設(shè)計施工時接地引下線采用厚5mm的扁鋼，接地網(wǎng)采用直徑10mm的圓鋼。洪板一線142#、229#，接地網(wǎng)腐蝕嚴(yán)重，有的已經(jīng)腐蝕斷開，有的腐蝕后圓鋼直徑只有3mm，大部分鋼筋腐蝕后，直徑不足6mm，幾乎導(dǎo)致地網(wǎng)失去作用，為此，巡視人員采取了對接地網(wǎng)斷開的部分采用夾板臨時固定的方法，后期再進(jìn)行焊接處理。

根據(jù)巡視人員現(xiàn)場觀察和中心技術(shù)人員的分析，洪板一線的腐蝕存在以下特點:

（1）接地裝置的圓鋼在土壤中的腐蝕以銹層形式發(fā)展。成層狀、樹皮狀，使圓鋼層狀分離，即剝蝕。嚴(yán)重時大塊大塊的完全連續(xù)的銹層脫離圓鋼本體。清除銹皮后，可以看到圓鋼表面?zhèn)€別的或小區(qū)域內(nèi)有深坑和麻面，出現(xiàn)小孔狀腐蝕坑，呈點狀彌散分布，即形成點腐蝕或點蝕。

（2）由于當(dāng)時技術(shù)水平的限制，沒有選擇合適的防腐措施，造成了有效地網(wǎng)面積隨著時間的推移逐漸減小，雷電流沖擊時，使地網(wǎng)斷裂或失去原有的泄流作用，易引發(fā)設(shè)備事故和人身事故。

上述這些接地網(wǎng)腐蝕問題直接關(guān)系輸電線路的防雷效果。因此，必須引起高度重視，全面分析接地網(wǎng)腐蝕的成因，采取相應(yīng)的預(yù)防和防護(hù)及改造措施，防患于未然。

2 接地裝置的腐蝕和影響因素

2.1 接地裝置的腐蝕環(huán)境

接地裝置的腐蝕環(huán)境主要有兩種，即大氣腐蝕和土壤腐蝕。

金屬材料的大氣腐蝕主要是材料受大氣中所含的水分、氧氣和腐蝕性介質(zhì)（包括 NaCl、CO2、SO2、煙塵、表面沉積物）的聯(lián)合作用而引起的破壞。

而土壤腐蝕是指土壤的不同組成部分和性質(zhì)對材料的腐蝕。由于土壤是一個由氣、液、固三相物質(zhì)構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)，其中還存在著若干數(shù)量不等的土壤微生物，其新陳代謝也會對材料產(chǎn)生腐蝕。如果把氣候、地區(qū)分布考慮進(jìn)去，那么，即使是同一種土壤，腐蝕性大小也是不同的。由此可見，土壤腐蝕性的研究是一個非常復(fù)雜的問題。

接地裝置中，接地引下線的腐蝕主要是大氣腐蝕，而接地網(wǎng)的腐蝕主要是土壤腐蝕。而接地引下線進(jìn)入土壤的部分，既有大氣腐蝕的環(huán)境，又有土壤腐蝕的環(huán)境。

2.2 大氣腐蝕的機(jī)理

溫度和相對濕度是引起金屬在大氣中腐蝕的重要原因。當(dāng)金屬與比其表面溫度高的空氣接觸時，空氣中的水蒸汽可在金屬表面凝結(jié)，即結(jié)露，這是金屬發(fā)生潮的大氣腐蝕的基本原因。當(dāng)空氣中相對濕度到達(dá)某一臨界值時，水分子金屬表面形成水膜，從而促進(jìn)了電化學(xué)過程的發(fā)展，表現(xiàn)出腐蝕速度迅速增加，此時的相對濕度即為金屬腐蝕臨界相對濕度。金屬表面如有微細(xì)的縫隙、氧化物、小孔、吸潮的鹽類及灰塵等存在，由于毛細(xì)管的凝聚作用，其結(jié)露的臨界濕度降低，這就是經(jīng)常見到的鋼鐵構(gòu)件的狹縫中，蓋有灰塵的表面或有銹層處，特別容易生銹的原因。

2.3 土壤腐蝕的機(jī)理

土壤腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕，它和其它介質(zhì)中的電化學(xué)腐蝕過程一樣，因金屬和介質(zhì)的電化學(xué)不均一性形成腐蝕原電池，這是腐蝕發(fā)生的根本原因。實質(zhì)上土壤腐蝕是水溶液腐蝕的一種特例。它受土壤的pH值、雜散電流、化學(xué)反應(yīng)、電阻率和微生物作用的影響極大。氧和水是土壤腐蝕的關(guān)鍵因素。但因土壤介質(zhì)具有多相性，不均勻性等特點，所以除了有可能生成和金屬組織的不均一性有關(guān)的腐蝕微電池外，由土壤介質(zhì)的宏觀不均一性所引起的腐蝕宏電池，在土壤腐蝕中往往起著更大的作用。

與接地網(wǎng)腐蝕有關(guān)的土壤性質(zhì)主要有:孔隙度（透氣性）、含水量、電阻率等。而這些影響因素又是相互聯(lián)系、共同作用的。

透氣性較好的石渣土、風(fēng)化石等粗粒無粘性土壤中的接地網(wǎng)腐蝕程度較輕。而在密不透氣的粘土中，地網(wǎng)容易發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕，粘性越大，腐蝕越嚴(yán)重。這是因為在氧濃差電池的作用下，透氣性差的區(qū)域?qū)⒊蔀殛枠O而發(fā)生嚴(yán)重腐蝕。而在透氣性良好的土壤中也更容易生成具有保護(hù)能力的腐蝕產(chǎn)物層，阻礙金屬的陽極溶解，使圓鋼腐蝕速度減緩。

土壤中含水量對腐蝕的影響很大，土壤中的水份對于金屬溶解的離子化過程及土壤電解質(zhì)的離子化都是必要的。有資料表明，當(dāng)土壤含水量很高時，飽和度大于95%，氧的擴(kuò)散滲透受到阻礙，腐蝕減輕。當(dāng)濕度降到10%以下，由于水份的短缺，陽極極化和土壤電阻加大，腐蝕速度又急速降低

土壤電阻率越小，土壤腐蝕也越嚴(yán)重。粘性土電阻率較低，地網(wǎng)處于此種土質(zhì)中腐蝕較大，而石渣土等土質(zhì)的電阻率較大，腐蝕較輕。

3 接地裝置腐蝕的防護(hù)措施

3.1 大氣腐蝕的防護(hù)措施

對于大氣腐蝕，目前采取的防護(hù)措施主要有以下兩個方面:

出廠安裝前對表面進(jìn)行熱鍍鋅處理。熱鍍鋅處理可使接地引下線獲得較長的室外暴露使用壽命。熱鍍鋅時，鋅與鋼鐵之間發(fā)生擴(kuò)散形成鋅鐵合金層，鋅鐵之間為冶金結(jié)合，比一般涂料結(jié)合更牢固，暴露在大氣環(huán)境中的鋅層數(shù)多年不會脫落。鍍鋅層有小的裂紋或損壞時，鋅將以犧牲陽極的形式繼續(xù)防止裂紋或損壞處的鋼鐵生銹，這是鍍鋅層比其他涂鍍層優(yōu)越的主要特點。大氣中的主要污染物是SO2和NOX。試驗研究表明，NOX對鍍鋅層的腐蝕不明顯，SO2對鍍鋅層的腐蝕是主要的，其腐蝕過程主要是SO2濕沉降鍍鋅層下的電化學(xué)腐蝕過程。不同地點、不同時間進(jìn)行的暴露試驗研究表明，環(huán)境溫度、濕度與SO2共同對鋅腐蝕起作用，SO2污染是控制鋅腐蝕的主要因素。工業(yè)城市大氣以SO2污染為主，沿海地區(qū)海鹽粒子（氯化物濕沉）是主要污染因素，森林和熱帶雨林地區(qū)空氣較潔凈，鋅腐蝕屬于潮濕的大氣腐蝕。

現(xiàn)場運行一定年限后表面噴涂漆類防腐涂料，或去除原防腐鍍鋅而再次進(jìn)行冷鍍鋅防腐處理。涂料防腐蝕已有很久的歷史，以各種方法將耐腐蝕的材料覆蓋在被保護(hù)的材料上使其不與腐蝕介質(zhì)直接接觸而免遭腐蝕的方法，結(jié)合金屬的電化學(xué)腐蝕理論，涂料的防腐蝕作用主要有屏蔽作用、漆膜電阻效應(yīng)、顏料的緩蝕作用和鈍化作用、陰極保護(hù)作用。但在實際防腐工程中應(yīng)根據(jù)防腐金屬構(gòu)件的性質(zhì)和要求選擇涂料的種類、品質(zhì)和合理的材料及配比，以突出金屬構(gòu)件工作的特殊要求，避免涂覆材料本身及老化產(chǎn)物給設(shè)備安全運行帶來不利的影響，以達(dá)到最好的使用及防腐效果。

3.2 土壤腐蝕的防護(hù)措施

對于土壤腐蝕，目前采取的防護(hù)措施主要有以下幾個方面:

設(shè)計和基建時嚴(yán)格把關(guān)，接地裝置的埋設(shè)地點應(yīng)盡量避開腐蝕性強、嚴(yán)重污染的場所，且應(yīng)盡量避開透氣性較強的風(fēng)化石和沙石地帶，如確實無法避開，則應(yīng)設(shè)法改良接地裝置周圍的土壤;

采用耐腐蝕金屬材料和金屬鍍層。接地裝置可采用某些合金鋼和有色金屬，以防止腐蝕，但由于費用增加較大，很少采用此種方法。接地裝置也可采用鋼材鍍鋅層來減緩腐蝕進(jìn)度，目前在電力系統(tǒng)使用較為普遍;

對土壤腐蝕性較強或防腐要求嚴(yán)格的場所，接地裝置可采取在其周圍施加高效降阻防腐劑的方法進(jìn)行防護(hù)。高效降阻防腐劑具有穩(wěn)定降阻、良好防腐等優(yōu)點;

采取陰極保護(hù)法，使金屬構(gòu)件做陰極，通過陰極極化來消除該金屬表面的電化學(xué)不均勻性，從而達(dá)到保護(hù)目的。陰極保護(hù)是目前防止地下接地裝置腐蝕的最有效方法之一，能夠積極干預(yù)腐蝕反應(yīng)，從根本上抑制電化學(xué)腐蝕的發(fā)生，從而徹底保護(hù)接地裝置。

4 腐蝕問題的前沿課題

4.1 接地網(wǎng)斷點和腐蝕的檢測和診斷

接地網(wǎng)斷點和腐蝕狀態(tài)的診斷一直是電力行業(yè)面臨的難題，由于接地網(wǎng)埋設(shè)在地下，以往工程上一般通過大面積開挖檢查接地網(wǎng)的腐蝕情況。這種方法帶有盲目性，工作量極大，影響電力系統(tǒng)的運行。一些專家學(xué)者對接地網(wǎng)的腐蝕診斷在理論上已有所研究，期望在無需進(jìn)行開挖的情況下，獲得金屬腐蝕速度和腐蝕狀態(tài)的信息，但診斷方法用于實際工程的一些技術(shù)問題還沒有得到完善的解決。

4.2 直升機(jī)巡視中腐蝕缺陷的識別

重慶超高壓局已經(jīng)于2009年5月進(jìn)行了首次直升機(jī)線路巡視。直升機(jī)巡檢記錄紅外圖像和可見光圖像，分別對應(yīng)熱像巡視和可見光巡視。紅外攝像設(shè)備的圖像為紅外圖像，利用機(jī)載的熱成像巡線設(shè)備，可以很容易的發(fā)現(xiàn)輸電線路上發(fā)熱類型的缺陷，如導(dǎo)線斷股、接頭接觸不良等。同時可見光圖像可以對此類發(fā)熱缺陷起到輔助的定位作用。而對于非發(fā)熱缺陷，則采用目視結(jié)合可見光圖像采集等方式。

理論上，對于桿塔及金具銹蝕檢查可以采用圖像識別的技術(shù)，但對于輸電線路銹蝕缺陷的研究識別，仍是現(xiàn)今圖像處理中研究的難點。有關(guān)輸電線路銹蝕缺陷識別的文章很少。而對于接地裝置，只有接地引下線的外露部分的銹蝕檢查具有可行性，但是輸電線路在直升機(jī)的下方，所以航拍的輸電線路缺陷圖片，多為帶有復(fù)雜背景的圖片，且背景不固定。從圖像處理的領(lǐng)域看，不固定復(fù)雜背景下的圖像識別，難度更大。

4.3 特高壓直流輸電線路的影響

特高壓直流輸電是當(dāng)前我國電力系統(tǒng)的熱點問題，它有大容量、遠(yuǎn)距離輸電的優(yōu)點，但也會帶來一些問題，比如對中性點接地變壓器的影響、對金屬管道和接地網(wǎng)腐蝕的影響，國內(nèi)外對此已經(jīng)有一些初步的研究。

±800kV特高壓直流復(fù)奉線已于2009年12月24日成功帶電，并將在今年4月商業(yè)運行，6月實現(xiàn)雙極投運。輸電運維中心負(fù)責(zé)巡視鐵塔241基，在這部分區(qū)段內(nèi)，有多處特高壓直流與500kV走廊并行或跨越的情況。如494#～495#跨越了500kV隆泉一線16#～17#及隆泉二線17#～18#;±800kV直流復(fù)奉線494#和隆泉二線19#距離只有100m，距離在200m～300m的約有6基。這部分地區(qū)的500kV線路的接地裝置則肯定會受到±800kV特高壓直流線路的影響，其受影響的程度則有待實測和探討。

［1］ 趙麥群，雷阿麗.金屬的腐蝕與防護(hù)［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2002.

［2］ 吳向東.500kV輸電線路接地網(wǎng)腐蝕分析及防護(hù)措施［J］.腐蝕與防護(hù)，2002，（12）.

［3］ 王琨，胡學(xué)文，許崇武，等.接地網(wǎng)電化學(xué)防腐技術(shù)的應(yīng)用研究［J］.武漢大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2003，（4）.

［4］ 張秀麗，駱平，莫逆，等.接地網(wǎng)腐蝕狀態(tài)電化學(xué)檢測系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報，2008，（19）.

［5］ 張波，趙杰，曾嶸，等.直流大地運行時交流系統(tǒng)直流電流分布的預(yù)測方法［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報，2006，（13）.

The Corrosion Analysis of The Earthing Device of The UHV Transmission Tower

TANG Zheng，LI Bi-jun
（1.Transmission Operation and Maintenance Center of UHV Power Supply Bureau of Chongqing Electric Power Corporation，Chongqing 400039，China;2.Line Maintenance Center of Yangjiaping Power Supply Bureau of Chongqing Electric Power Corporation，Chongqing 400015，China）

Based on different corrosion environment of grounding down wires and grounding grids，this essay analyzes the mechanism and influencing factors of metallic corrosion as well as giving protective measures for atmospheric and soil corrosions.Moreover，this essay also discusses about the detection and diagnosis of grounding grid breakpoints and corrosions，helicopter corrosion recognition and the influence of the UHVDC transmission line on adjacent 500kV grounding device.

power transmission line;grounding;corrosion

TM726;TM862

B

1008-8032（2011）01-0072-03

2010-06-13

唐 政（1970－），工程師，研究方向:電力工程。