陳 浩，劉家鵬，劉樹(shù)軍，房文軒，喬 欣

（內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院，呼和浩特 010020；2.錫林郭勒電業(yè)局，內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000）

0 引言

隨著電力系統(tǒng)容量的增大和電壓等級(jí)的升高，接地網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性對(duì)輸電線路的安全運(yùn)行尤為重要。由于接地裝置長(zhǎng)期處于地下惡劣的運(yùn)行環(huán)境中，土壤的化學(xué)與電化學(xué)腐蝕不可避免，同時(shí)還要承受地網(wǎng)雜散電流的腐蝕。一旦接地裝置發(fā)生腐蝕失效，會(huì)導(dǎo)致接地體的有效面積減小，造成其導(dǎo)電性能下降，同時(shí)電阻增大，使接地網(wǎng)無(wú)法正常排流，在遭受雷擊或短路時(shí)，極易引發(fā)線路跳閘，造成大面積停電事故[1-2]。因此，為了保障輸電線路的安全運(yùn)行，接地裝置的腐蝕問(wèn)題近年來(lái)得到越來(lái)越多的關(guān)注。

某供電局巡視人員在巡檢過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)110 kV輸電線路接地扁鋼存在嚴(yán)重腐蝕問(wèn)題，其中一根塔腿的接地引下線由于腐蝕較嚴(yán)重已斷開(kāi)，腐蝕部位在接地扁鋼與土壤交界處。通過(guò)對(duì)部分桿塔開(kāi)挖檢查，發(fā)現(xiàn)全線接地扁鋼普遍存在不同程度腐蝕現(xiàn)象，5處接地扁鋼已完全斷開(kāi)，大部分接地扁鋼銹蝕嚴(yán)重，存在斷裂隱患。為找出接地扁鋼腐蝕原因，避免同類失效再次發(fā)生，對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)分析。

1 理化檢驗(yàn)

1.1 宏觀檢驗(yàn)

對(duì)腐蝕損傷的輸電鐵塔接地扁鋼進(jìn)行宏觀形貌觀察，發(fā)現(xiàn)鐵塔接地扁鋼埋地部分表面鍍鋅層已完全脫落并有明顯腐蝕減薄情況，部分區(qū)域接地扁鋼已嚴(yán)重酥化、穿孔，接近完全斷裂狀態(tài)。黃褐色的腐蝕產(chǎn)物呈層片狀，分布在接地體表面，部分腐蝕產(chǎn)物已脫落，未見(jiàn)明顯機(jī)械損傷及塑性變形。接地扁鋼地上部分鍍鋅層保存相對(duì)較好，表面均勻光滑，呈銀白色且具有金屬光澤，與冷鍍鋅工藝的鍍層特點(diǎn)相符，如圖1所示。

圖1 腐蝕損傷的輸電鐵塔橫接地扁鋼宏觀形貌

1.2 鍍鋅層檢測(cè)與分析

為準(zhǔn)確評(píng)估腐蝕損傷的接地扁鋼鍍鋅層質(zhì)量，利用MiniTset 740鍍鋅層測(cè)厚儀對(duì)輸電鐵塔地上部分接地扁鋼表層鍍鋅層厚度進(jìn)行測(cè)量?？梢?jiàn)地上部分接地扁鋼鍍鋅層厚度在2.3~13.2μm，遠(yuǎn)低于DL/T 1342—2014《電氣接地工程用材料及連接件》要求[（3]鍍鋅層最小厚度≥70μm，平均厚度≥85μm）。

1.3 金相分析

對(duì)腐蝕損傷的輸電鐵塔接地扁鋼取樣進(jìn)行金相顯微組織分析（見(jiàn)圖2）?？梢?jiàn)腐蝕的接地扁鋼的基體組織為少量帶狀珠光體+塊狀鐵素體+沿晶分布的三次滲碳體，接地體表面存在深淺不一的腐蝕凹坑，部分腐蝕孔洞已貫穿整個(gè)接地扁鋼，接地扁鋼表面大部分區(qū)域鍍鋅層已脫落，未脫落部分鍍鋅層最大厚度僅12μm，遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)要求的70μm。

圖2 腐蝕損傷的輸電鐵塔接地扁鋼金相組織

1.4 化學(xué)成分分析

從腐蝕損傷的輸電鐵塔接地扁鋼取樣進(jìn)行化學(xué)成分檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。結(jié)果表明，接地扁鋼化學(xué)成分中各元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)滿足GB/T 700—2006《碳素結(jié)構(gòu)鋼》對(duì)Q235B鋼的要求[4]。

表1 腐蝕損傷的接地扁鋼各元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)檢測(cè)結(jié)果 %

1.5 土壤理化性能分析

對(duì)腐蝕損傷的輸電鐵塔接地體附近土壤樣品進(jìn)行理化性能及離子含量檢測(cè)?？梢园l(fā)現(xiàn)，鐵塔接地體附近土壤中Cl-質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)3.93×10-3，S質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)1.32×10-3，電導(dǎo)率為4320μS/cm，pH值為8.57，屬于堿性高鹽土壤。

1.6 腐蝕產(chǎn)物形貌及能譜分析

利用掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)腐蝕損傷的輸電鐵塔接地扁鋼腐蝕產(chǎn)物微觀形貌進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如圖3所示?？梢钥闯?，接地體表面腐蝕產(chǎn)物較致密，呈溝槽狀，并伴有大小不一的塊狀顆粒。

圖3 腐蝕損傷的接地扁鋼腐蝕產(chǎn)物SEM形貌

利用能譜分析儀（EDS）對(duì)腐蝕損傷的輸電鐵塔接地扁鋼腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行成分分析，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖4及表2?？梢?jiàn)扁鋼腐蝕產(chǎn)物主要為Fe的氧化物、氯化物及硫酸鹽；扁鋼表面的Si主要以SiO2形式存在，應(yīng)為砂石吸附在拉線棒表面所致；腐蝕產(chǎn)物中的Cr應(yīng)為接地扁鋼母材混入腐蝕產(chǎn)物所致。

圖4 接地扁鋼腐蝕產(chǎn)物EDS分析譜圖

表2 腐蝕產(chǎn)物能譜分析結(jié)果中各元素質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

2 腐蝕損傷原因分析

腐蝕損傷的輸電鐵塔接地扁鋼化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求，無(wú)錯(cuò)用材質(zhì)現(xiàn)象。從宏觀形貌及鍍鋅層厚度測(cè)試結(jié)果可以看出，接地扁鋼防腐工藝為冷鍍鋅工藝，鍍鋅層厚度遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)要求，耐腐蝕能力嚴(yán)重不足。

此外，輸電線路位于黃灌區(qū)，周圍為黃河水灌溉耕地，屬于堿性高鹽土壤。經(jīng)測(cè)試，土壤中硫酸鹽和氯鹽等含量較高，二者均溶于水可分解為Cl-和SO42-，對(duì)土壤腐蝕有促進(jìn)作用，其含量越高，腐蝕性越強(qiáng)[5-6]。主要體現(xiàn)在以下方面：

（1）破壞鈍化膜。Cl-因半徑較小，對(duì)鍍鋅層表面形成的鈍化膜穿透力極強(qiáng)，且容易被金屬表面吸附，對(duì)鈍化膜的破壞作用極大。

（2）陽(yáng)極去極化作用。如果生成的Fe2+不能及時(shí)擴(kuò)散到土壤中而積累于陽(yáng)極表面，陽(yáng)極反應(yīng)就會(huì)因此受阻。Cl-與Fe2+反應(yīng)生成FeCl2，游離態(tài)的Cl-會(huì)反復(fù)作用生成新的Fe2+，并能透過(guò)金屬腐蝕層與碳鋼生成可溶性產(chǎn)物，加快金屬腐蝕的陽(yáng)極過(guò)程。

（3）點(diǎn)蝕促進(jìn)劑。Cl-可優(yōu)先吸附在氧化膜上，將O原子排擠掉，然后和氧化膜中的陽(yáng)離子結(jié)合生成可溶性氯化物，在接地體基體上形成孔徑為20~30μm的小腐蝕坑（孔蝕核），并在Cl-的催化作用下，點(diǎn)蝕電位下降，腐蝕坑不斷擴(kuò)大、加深。

（4）在硫酸鹽含量較高的土壤中，鍍鋅層極易被腐蝕生成ZnSO4，ZnSO4具有可溶性，造成熱鍍鋅層快速消耗，最終失效。

（5）導(dǎo)電作用。腐蝕電池的要素之一是要有離子通路，土壤中的Cl-和SO42+強(qiáng)化了離子通路，降低了陰陽(yáng)極之間的電阻，提高了腐蝕電流的效率，從而加速電化學(xué)腐蝕過(guò)程[7-11]。

綜上分析，本次輸電鐵塔接地扁鋼腐蝕損傷的主要原因?yàn)椴捎美溴冧\防腐工藝的接地扁鋼耐蝕性不足造成鍍鋅防護(hù)層提前失效，失去保護(hù)的接地扁鋼在堿性高鹽土壤中快速腐蝕，出現(xiàn)大面積點(diǎn)蝕，并不斷減薄直至斷裂。此外，沿晶分布的三次滲碳體導(dǎo)致接地體母材塑性嚴(yán)重下降，在剪切力的作用下存在較大的脆性斷裂風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)論和建議

110 kV輸電鐵塔接地扁鋼腐蝕損傷主要是因接地扁鋼采用冷鍍鋅防腐工藝，耐腐蝕性能嚴(yán)重不足；其次，輸電線路架設(shè)在黃灌區(qū)，接地扁鋼長(zhǎng)期處在Cl-和SO42+含量較高的堿性高鹽土壤中，在化學(xué)、電化學(xué)腐蝕及雜散電流腐蝕的綜合作用下，發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕減薄。針對(duì)以上原因，提出以下建議。

（1）因冷鍍鋅層耐腐蝕性能較差，因此電網(wǎng)設(shè)備中不宜使用冷鍍鋅的接地扁鋼；

（2）應(yīng)加強(qiáng)對(duì)黃灌區(qū)輸電鐵塔接地扁鋼的檢查力度，及時(shí)更換腐蝕減薄或斷裂的接地扁鋼；

（3）接地扁鋼安裝前應(yīng)加強(qiáng)對(duì)鍍鋅層質(zhì)量的檢測(cè)和控制，避免鍍鋅層不合格的接地扁鋼流入并使用到輸電鐵塔上。

（4）鑒于輸電鐵塔接地體長(zhǎng)期在堿性高鹽土壤中運(yùn)行，可適當(dāng)加大接地體橫截面積或?qū)⑵洳馁|(zhì)更換為銅/銅覆鋼，提高接地體的耐蝕性，避免再次發(fā)生類似腐蝕失效。