馮愛軍， 金 榕

(上海中天鋁線有限公司，上海201108)

0 引言

進入21世紀之后，隨著我國經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，電力的需求急劇增長，成為國民經(jīng)濟發(fā)展和人民日常生活的基本要素，輸變電線路則是國民經(jīng)濟的主動脈，而架空導線正是輸電線路的主體。目前，國內(nèi)高壓輸配電網(wǎng)架空導線的儲存及運行環(huán)境各有不同，包括工業(yè)污染區(qū)、沿海地區(qū)及沿海工業(yè)污染區(qū)等強腐蝕性環(huán)境。若導線在儲存過程中受到腐蝕，將給工期帶來影響。

1 鋁腐蝕機理

鋁腐蝕是鋁金屬在環(huán)境的作用與影響下發(fā)生化學或電化學反應，金屬由單質(zhì)變?yōu)榛衔锏倪^程。鋁在許多介質(zhì)中，能在表面形成一層致密的連續(xù)的氧化膜，具有相當高的穩(wěn)定性。根據(jù)資料介紹，鋁的腐蝕受到環(huán)境的影響，包括大氣(污染物、濕度)、水、土壤、溫度等。腐蝕的基本類型有:點腐蝕、接觸腐蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕、剝落腐蝕、疲勞腐蝕等。

架空電力線路上的各種導線，特別是架設在沿海和工業(yè)地區(qū)的導線，長期經(jīng)受大氣、風雨和鹽霧的侵蝕，很容易受到腐蝕。在沿海地區(qū)，海洋大氣含有大量的鹽分，由于海浪及大風將海水帶入大氣，水分經(jīng)過蒸發(fā)，并由季風及臺風吹到遠方，使低空大氣的含鹽量增加，并且含鹽量與海岸距離有很大關系?？亢Ｔ浇?，海霧中的氯化物含量越高，在該環(huán)境中的鋁導體的腐蝕也越嚴重。氯化物可加速鋁的點蝕、應力腐蝕、晶間腐蝕和縫隙腐蝕。這是由于大氣中的氯離子半徑很小，能自由地穿透金屬表面的水膜和鈍化膜(金屬化合物，結(jié)構緊密，覆蓋在金屬表面)，排擠氧離子并取而代之，成為可溶性氯化物，使金屬加速腐蝕。同時，大氣中的SO2、H2S、NH3和NO2以及其他懸浮粒子和灰塵也都能促進金屬的腐蝕，使其抗疲勞能力下降，從而大大降低了導線的使用壽命。

2 導線表面腐蝕實例

2009年某沿海地區(qū)500 kV雙回線路工程中，型號規(guī)格為JL/LB1A-400/35-48/7的鋁包鋼鋁絞線，6月發(fā)至項目部施工倉庫。經(jīng)一個多月的現(xiàn)場露天儲存后，7月底，在起吊過程中發(fā)現(xiàn)，有多盤導線出現(xiàn)批量性腐蝕損傷情況，腐蝕現(xiàn)象集中在導線外層。

通過對腐蝕表面進一步觀察，腐蝕區(qū)域成片狀分布，均集中在與地面泥土接觸部分。腐蝕面呈銀白色，并帶有部分淡黃色斑點，用手觸摸，有少許腐蝕粉末掉落，嚴重的地方有明顯的腐蝕凹坑，如圖1、圖2所示。

圖1 導線儲存現(xiàn)場

圖2 導線腐蝕表面

3 導線表面腐蝕現(xiàn)象的分析

將廠區(qū)同期生產(chǎn)未發(fā)貨的導線打開包裝檢查，未發(fā)現(xiàn)有腐蝕現(xiàn)象。根據(jù)腐蝕現(xiàn)象均集中在與地面接觸的地方這一明顯特征，初步判斷問題出在儲存環(huán)境上。該施工現(xiàn)場處于沿海地區(qū)，按國家規(guī)定距海岸7～10 km即為鹽霧區(qū)，初步認定本次導線被腐蝕的主要原因是雨水和當?shù)貕A性土壤混合后與導線接觸而產(chǎn)生腐蝕。

為驗證上述結(jié)論，對現(xiàn)場土壤、水、中度和輕度腐蝕導線、未腐蝕鋁線及導線腐蝕產(chǎn)物進行了取樣和記錄，送到相關有資質(zhì)的權威機構檢測。

3.1 未腐蝕鋁線成分分析

GB/T 17048—2009《架空絞線用硬鋁線》規(guī)定:“硬鋁線應由要求純度的鋁制成，以達到規(guī)定的機械性能和電氣性能，鋁的含量應不小于99.5%”。所以委托“國家有色金屬質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心”檢測鋁線化學成分是否合格，根據(jù)其出示的檢驗報告(見表1)，說明導線產(chǎn)品化學成分符合國家相關標準要求。

3.2 腐蝕物分析

對從導線上刮取的鹽狀結(jié)晶物和鋁線上腐蝕部分用SEM掃描電鏡，依據(jù)GB/T 17359—1998《電子探針和掃描電鏡X-射線能譜定量分析通則》，委托“國家有色金屬及電子材料分析測試中心”測定腐蝕物成分和結(jié)構。

根據(jù)其出示的分析測試報告:“根據(jù)送樣單位提供的情況，該鋁質(zhì)電纜線存放時與地面土壤直接接觸。表面腐蝕區(qū)刮下的粉末成分為:Al 51.2%，S 20.9%，Cl 28.0%。從以上分析數(shù)據(jù)可以看到，表面腐蝕區(qū)，無論刮下的腐蝕產(chǎn)物還是在鋁線表面直接分析，其腐蝕產(chǎn)物中均含有Cl和S。這兩種元素都是腐蝕性元素，在潮濕的氛圍下，極易對鋁表面產(chǎn)生腐蝕。而土壤中成分很復雜，可能有殘留的農(nóng)藥、化肥，也不能排除外來的污染物隨雨水等進入土壤，其中都可能包含Cl和S，繼而對鋁表面產(chǎn)生腐蝕，而鋁表面的氧化鋁薄膜一旦被破壞，腐蝕就不斷往縱深發(fā)展，腐蝕產(chǎn)物疏松而且極易剝落。腐蝕產(chǎn)物經(jīng)X射線分析發(fā)現(xiàn)其為非晶態(tài)，未見有任何衍射峰?！盭射線能譜圖見圖3。

表1 導線化學成分檢驗結(jié)果

圖3 X射線能譜圖

3.3 土壤和水分析

委托“中國農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院”對土壤和水進行分析，報告結(jié)論為:“送檢土壤樣品和水樣酸堿度均為偏堿性，土壤電導率為1.06 mS/cm，水樣電導率遠遠高于土壤樣品，為5.66 mS/cm，是土壤樣品的5.36倍，說明水樣含鹽量較高?！?/p>

說明此次導線腐蝕的原因主要是，鋁導線存放時放置于低洼地與該地區(qū)的鹽堿地長時間接觸，加上雨水等的浸泡，使得土壤和水中的鹽分與鋁導線發(fā)生電化學反應。因為當鋁導線生產(chǎn)出來時，在極其短的時間內(nèi)就會在表面形成一層很薄的Al2O3的鈍化膜，保護鋁本身，使其化學性質(zhì)不活潑，因此鋁在中性和近中性(pH為4～8)的水及大氣中耐蝕較好，但當介質(zhì)中含Cl－(氯離子)時，且其含量達到一定程度時，將加速氧化膜的破壞，最終導致鋁及鋁合金的侵蝕，形成點蝕。隨著時間的加長，點蝕的部位與土壤和水中的堿性成分進一步發(fā)生反應，整個腐蝕過程存在以下幾個步驟:

(1)Cl－在氧化膜表面吸附，且優(yōu)先在氧化膜表面的缺陷(微裂紋、裂隙等)處吸附:

Cl－(介質(zhì)中)→Cl－(吸附在氧化膜上)

(2)Cl－與氧化膜發(fā)生反應

1)氧化膜中的Al3+快速水解

Al3++H2O→H++Al(OH)2+

2)水解產(chǎn)物Al(OH)2+與Cl－反應

Al(OH)2++Cl－→Al(OH)Cl+

3)Al(OH)Cl+繼續(xù)發(fā)生如下反應

Al(OH)Cl++H2O→Al(OH)2Cl+H+

或者Al(OH)Cl++Cl→Al(OH)Cl2

所形成的Al(OH)2Cl、Al(OH)Cl2從反應界面向介質(zhì)中擴散，導致氧化膜局部變薄。

(3)氧化膜被穿透，金屬Al基體暴露在溶液中，Cl－對基體造成腐蝕，形成腐蝕麻點。此反應即使在室溫下也很容易進行，因此在現(xiàn)場留下了白色結(jié)晶狀物質(zhì)，并且腐蝕部分外圍成淡黃色為Cl－(氯離子)的顏色。

4 對策及解決措施

(1)改進產(chǎn)品包裝。行業(yè)間普遍采用內(nèi)包為竹篾，外包為竹片的包裝方法。為防止或減少雨水與導線接觸，可考慮采取導線盤的芯板和最外層導線上面包覆防水的聚乙烯薄膜。包裝時注意幾點:聚乙烯薄膜禁止刮傷、刮壞;在裁斷內(nèi)包材料時，保證端面齊平，接頭交叉重疊部分不超過10 cm，用膠布橫向密封保證雨水不進入內(nèi)包中(見圖4)，將封口一律放至盤具底側(cè)，使雨水淋不到封口;嚴禁在淋雨情況下包裝。

(2)在施工現(xiàn)場，導線嚴禁儲存在化工廠區(qū)等類似污染的環(huán)境之中，同時應避開低洼地及積水地區(qū)，以免長期放置后，導線被腐蝕，影響使用;應采取防雨措施，盡可能保持存放地點清潔和干燥，避免雨淋和暴曬造成盤具松散，以及導線表面出現(xiàn)無規(guī)律不均勻的黑膜和斑點。

(3)縮短施工現(xiàn)場的儲存時間，對導線的表面質(zhì)量和后期施工比較有利。

圖4 聚乙烯薄膜密封包裝

(4)在線路設計時應考慮當?shù)貧夂蚺c環(huán)境質(zhì)量對導線的影響。針對鹽霧區(qū)或者工業(yè)排放物較為嚴重的地區(qū)，可選用防腐型導線，提高導線的可靠性和使用壽命，這也是防止導線腐蝕的直接辦法。

5 結(jié)束語

在沿海鹽霧區(qū)等強腐蝕性環(huán)境，由于雨水和當?shù)貕A性土壤混合后與導線直接接觸會產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象，腐蝕區(qū)域片狀分布，顏色呈現(xiàn)銀白色，并帶有淡黃色斑點。

導線表面腐蝕不同于常見的表面發(fā)黑現(xiàn)象，發(fā)黑現(xiàn)象“不影響使用，僅影響外觀”，而腐蝕現(xiàn)象會使導線強度大大降低，并可能會造成導線斷線或斷股。為避免腐蝕可以從產(chǎn)品包裝、儲存條件、儲存時間和導線設計選用等方面著手，防止導線與雨水、鹽堿土壤等腐蝕介質(zhì)接觸?，F(xiàn)在輸電線路腐蝕破壞已受到各個國家的關注和重視，關于輸電線路的腐蝕機理、腐蝕評估、腐蝕控制和防護都在進一步研究，從而指導導線的制造與應用。

［1］田榮璋，王祝堂.鋁合金及其加工手冊(第二版)［M］.長沙:中南大學出版社，2000.

［2］黃崇祺.金屬導體及其應用［M］.上海:上海電纜研究所，2007.

［3］張建堃，陳國宏，等.干/濕NaCl鹽霧條件下鋼芯鋁絞(ACSR)導線腐蝕層結(jié)構及腐蝕機理［J］.腐蝕與防護，2010(8):581-586.

［4］陳國宏，王家慶，等.高壓架空鋼絞Al導線的腐蝕與防護［J］.中國材料科技與設備，2009(6):21-24.

［5］于 萍.鋼芯鋁絞線表面斑狀污黑現(xiàn)象分析［J］.中國表面工程，2003(3):46-48.

［6］于 萍，魏云鶴，等.表面不均勻性黑膜的鋼芯鋁絞線耐蝕性能對比及可用性研究［J］.電線電纜，2004(2):10-13.

［7］於國良.鋼芯鋁絞線表面發(fā)黑的產(chǎn)生因素及對策［J］.電線電纜，2007(6):22-25.

［8］陳傳生.輸配電線路防鹽霧腐蝕的探討［J］.農(nóng)村電氣化，2004(4):31-32.