陳 浩，韓志偉，郭光耀，譚曉蒙，孫云飛

（1.內(nèi)蒙古電力科學研究院，呼和浩特 010020；2.巴彥淖爾電業(yè)局，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015000）

0 引言

混凝土電桿拉線塔因自身質量小、塔材用量少、施工方便等優(yōu)勢，在電力輸電線路中被廣泛應用。拉線棒作為拉線塔的重要組成部分，起著支撐桿塔和抵抗風壓的作用，對輸電線路的安全穩(wěn)定運行至關重要[1]。拉線棒底端與拉線盤相連埋在土壤中，受多種因素的綜合影響，化學腐蝕與電化學腐蝕不可避免。一旦拉線棒發(fā)生腐蝕，其有效截面積減小，承載力下降，當遇到大風暴雪等極端天氣時，易發(fā)生斷線、倒塔以及大面積停電等事故，嚴重危害電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

某供電公司輸電檢修人員在巡檢過程中，發(fā)現(xiàn)某110 kV輸電線路部分預應力混凝土電桿拉線棒腐蝕銹蝕嚴重，存在斷裂隱患。該條輸電線路位于牧區(qū)，周圍無工業(yè)污染，腐蝕的拉線棒直徑為18 mm，材質為Q235B，表面采用熱鍍鋅防腐工藝處理。本文對其進行檢驗分析，找出拉線棒腐蝕損傷原因，以避免同類失效再次發(fā)生。

1 理化檢驗

1.1 宏觀檢驗

對腐蝕損傷的混凝土電桿拉線棒進行宏觀形貌觀察，發(fā)現(xiàn)黑褐色的腐蝕產(chǎn)物呈片層狀分布在電桿拉線棒表面，拉線棒埋地部分存在不同程度的腐蝕，腐蝕嚴重部位截面積已減小至原截面積的20%；拉線棒表面鍍鋅層已完全脫落，銹層較厚且嚴重酥化，部分腐蝕產(chǎn)物已脫落，未見明顯機械損傷及塑性變形（如圖1所示）。

圖1 腐蝕損傷的混凝土電桿拉線棒宏觀形貌Fig.1 Macro morphology of corroded concrete guyed rods

1.2 硬度檢測

對腐蝕損傷的混凝土電桿拉線棒取樣進行硬度測試，結果表明，拉線棒HV硬度值在130～160。GB/T 700—2006《碳素結構鋼》中對Q235材料無硬度要求[2]，一般來說，該硬度范圍基本符合使用要求。

1.3 化學成分分析

從腐蝕損傷的混凝土電桿拉線棒取樣進行化學成分檢測，結果見表1。拉線棒各化學成分質量分數(shù)滿足GB/T 700—2006對Q235B鋼的要求[2]。

表1 腐蝕損傷的拉線棒各化學成分質量分數(shù)Tab.1 Mass fraction of chemical component of corroded guyed rod %

1.4 金相組織

對腐蝕損傷的混凝土電桿拉線棒取樣進行金相顯微組織分析，可以看出，拉線棒的基體組織為等軸狀分布珠光體+鐵素體，未見明顯異常。拉線棒表面鍍鋅層已消耗殆盡，且銹蝕較嚴重，存在深淺不一的腐蝕凹坑及少量的腐蝕孔洞（如圖2所示）。

圖2 腐蝕損傷的混凝土電桿拉線棒金相組織Fig.2 Metallographic structure of the corroded concrete guyed rods

1.5 土壤理化性能

利用ICP-600型離子色譜儀、METTLER TOLE?DO pH值測試儀、DDS-11A電導率儀等儀器對混凝土電桿附近的土壤樣品進行了理化性能及離子含量檢測（Cl-采用離子色譜法測試，S采用ICP法測試），檢測結果見表2?？梢钥闯?，混凝土電桿附近土壤屬于堿性高鹽土。

表2 土壤樣品理化性能及離子含量檢測結果Tab.2 Test result of physicochemical property and ion content for soil sample

1.6 腐蝕產(chǎn)物形貌及能譜分析

利用掃描電子顯微鏡（SEM）對腐蝕損傷的混凝土電桿拉線棒腐蝕產(chǎn)物微觀形貌進行檢測，結果如圖3所示?？梢钥闯?，拉線棒表面腐蝕產(chǎn)物較致密，呈片層狀，并伴有大量團簇狀顆粒。

圖3 腐蝕產(chǎn)物的SEM形貌Fig.3 SEM morphology of corrosion products

利用能譜分析儀（EDS）對圖4所示的混凝土電桿拉線棒腐蝕產(chǎn)物進行成分分析，檢測結果見圖5?？梢钥闯?，拉線棒腐蝕產(chǎn)物主要含F(xiàn)e和O，二者質量分數(shù)分別為77.01%和22.99%，未見其他腐蝕性元素。

圖4 能譜分析區(qū)域Fig.4 Region for energy spectrum analysis

圖5 腐蝕產(chǎn)物能譜圖Fig.5 Energy spectrum analysis chart for corrosion products

2 原因分析

經(jīng)檢測，混凝土電桿拉線棒材質與設計材質相符，因此排除了材質錯用的可能。該110 kV混凝土電桿處于地勢平坦的牧區(qū)，無工業(yè)污染源，周圍土壤中硫酸鹽和氯鹽等鹽分含量較高，屬于堿性高鹽土壤。但該地區(qū)氣候干燥、降雨較少且晝夜溫差大，導致土壤中含水量較低，無法形成電解質溶液，因此土壤中鹽分對拉線棒的腐蝕作用較弱。

拉線棒腐蝕產(chǎn)物中僅含有Fe和O，未發(fā)現(xiàn)其他腐蝕性元素，因此判斷拉線棒的腐蝕損傷應為氧腐蝕所致。電桿拉線棒常年埋設于土壤中，由于組分、空隙度、含水量的不均勻性，使得土壤各點理化性質具有顯著差異，造成拉線棒不同部位的電位差不相同[2]，形成腐蝕原電池而不斷腐蝕。在中性或堿性土壤中，拉線棒的電化學腐蝕分為陰極腐蝕和陽極腐蝕。Fe作為陽極不斷溶解，陰極附近的O2則發(fā)生去極化反應[3-6]，具體反應如下。

當陽極附近O2濃度較高時，F(xiàn)e（OH）2與O2、H2O反應生成Fe（OH）3，反應方程式如下：

Fe（OH）3的結構非常不穩(wěn)定，將進一步轉化為更穩(wěn)定的FeOOH或Fe2O3。具體轉化過程如下：

土壤是由土粒、水、氣體等多種組分構成的極其復雜的不均勻多相體系。研究表明，不同深度土壤的空隙度和濕度存在明顯差異，表層土壤中的水分容易蒸發(fā)，使得其干燥疏松，氧氣更容易滲入，所以含氧量較高；而隨著土壤深度的增加，土壤的濕度和致密度較表層土壤高，氧氣通過困難，故含氧量較低。這樣，在含氧量懸殊的土壤中，拉線棒埋設于土壤中的部分形成氧濃差腐蝕電池，與含氧量較高土壤的接觸部分成為宏觀腐蝕電池陰極區(qū)，含氧量較低的深層土壤的接觸部分成為腐蝕陽極區(qū)，腐蝕過程按上述反應進行[7-10]。隨著氧濃差腐蝕的進行，埋設位置較深的拉線棒截面積不斷減小，承載力大幅度下降，在拉應力的作用下，拉線棒極易發(fā)生斷裂。

3 結論與建議

110 kV混凝土電桿拉線棒腐蝕損傷主要是因為土壤中氧濃度分布的不均勻性，造成拉線棒埋地部分不同部位的電極電位明顯不同而發(fā)生氧濃差腐蝕損傷，致使拉線棒截面積不斷減小，承載能力嚴重下降，給輸電線路的安全穩(wěn)定運行帶來了極大風險。針對以上原因提出如下建議：

（1）應加強對在役輸電線路混凝土電桿拉線棒的巡視力度，腐蝕損傷嚴重或斷裂后應及時更換。

（2）新更換的拉線棒表面應采用熱浸鍍鋅防腐，鍍鋅層最小厚度不低于85μm，拉線棒直徑不應小于16mm，以保證其耐蝕性及強度。

（3）在條件允許的情況下，采用混凝土加固灌注技術解決輸電鐵塔拉線棒的腐蝕問題，以免再次出現(xiàn)類似腐蝕失效[11]。

（4）因拉線棒埋設地下而具有一定的隱蔽性，采用常規(guī)手段確定其實際腐蝕情況十分困難，近年來導波檢測技術及電磁超聲檢測技術在接地網(wǎng)及地腳螺栓的腐蝕檢測方面取得了較大突破，可以引入這些無損檢測新技術來代替開挖檢查，實現(xiàn)拉線棒腐蝕銹蝕程度的不開挖檢測。