輸電鐵塔塔基腐蝕原因分析

季 坤，陳慶濤，陳安生，晏嘉陵

1.安徽省電力公司生產技術部，安徽合肥，230022；2.安徽省電力科學研究院，安徽合肥，230601

某供電公司巡線工作人員巡查時發(fā)現某220 kV輸電線路部分拉線門型輸電鐵塔塔基存在不同程度腐蝕，對輸電線路安全運行構成了威脅。

1 檢查情況

拉門塔外形拉線門型直線塔左腿右后側主材及螺栓腐蝕嚴重，左腿右前側主材及兩側拉線錨桿輕微腐蝕，其余部分拉線門型直線塔后方右側拉線錨桿腐蝕嚴重。本文以塔基主材腐蝕嚴重的拉門塔為研究對象，進行超聲波測厚、金相組織檢驗和應力分析。

2 試驗分析

2.1 超聲測厚檢測

利用26MG型超聲波測厚儀對該鐵塔進行了測厚檢測。檢測結果顯示，主材和斜材厚度符合要求，但右后側主材腐蝕嚴重，減薄明顯，形成了長約為45 mm、最大寬度約為12 mm的腐蝕穿透區(qū)域，嚴重削弱了主材承載能力。

2.2 有限元應力計算

為了對比拉門塔左腿右后側塔腿主材腐蝕前后應力變化，對塔腿主材進行有限元簡化分析計算。

拉線門型直線塔是由塔頭、主柱、拉線組成。塔頭和主柱一般由角鋼組成的空間桁架構成，有較好的整體穩(wěn)定性，能承受較大的軸向壓力。拉線一般用高強度鋼絞線，能承受較大的拉力。主柱在軸向壓力與橫向載荷共同作用下工作[1-3]。

由上分析可知：塔腿主要承受豎直方向的垂直載荷(主要包括鐵塔、導線和覆冰等自重)以及橫向載荷(主要是指不平衡導線張力、風載荷等)所引起的彎矩。由于拉線和門型構架分別由拉線張力的橫向分量和橫擔與主柱連接點抗彎共同提供側向抗力，所以建立模型只考慮垂直重力載荷，并假設加載在主材的垂直載荷為G，主柱的風載荷為P，主材根部固定于塔基上。由于該線路使用年限較長，設計圖紙缺失，故本計算只作近似計算，以說明在相同載荷條件下，塔腿腐蝕和未腐蝕兩種情況下塔腿處應力分布情況。具體模型角鋼尺寸現場測量為小于60 mm×60 mm×6 mm。

通過對比計算塔腿主材腐蝕前后的等效應力變化發(fā)現：未腐蝕時應力最大位置是根部背彎面，腐蝕時應力最大位置在腐蝕區(qū)前部。在一定垂直載荷和橫向載荷作用下(此處載荷僅考慮自重和風載)，腐蝕后主材根部出現應力集中，其等效應力為296.3 MPa(接近Q345屈服強度)，是未腐蝕時根部等效應力(約為41.4 MPa)的7倍多。這是因為腐蝕形成的穿透造成主材承載有效面積減少，形成應力集中，是結構中的薄弱點，易導致整基鐵塔失穩(wěn)。在極端載荷條件(覆冰或斷線或大風氣候等一種或幾種工況組合情況)下，主柱塔腿將承受更大的彎矩作用，主材根部承載的荷載更大。

2.3 金相組織分析

為了更清楚地了解鐵塔金屬部件銹蝕后組織變化情況，對塔腿存在腐蝕的加勁板進行了金相檢驗。

該塔腿加勁板顯微組織為“鐵素體+珠光體”，晶粒度為7～8級，顯微組織正常，金相檢測面顯示表面腐蝕形態(tài)為點狀腐蝕(麻坑腐蝕)，腐蝕形式以梳狀向基體擴展，磨去表層腐蝕產物后腐蝕坑彼此未連接成片，且腐蝕深度較淺，不會對基體強度產生大幅度的影響。

3 結 論

(1)通過檢查發(fā)現：塔基腐蝕主要存在于界面部位，如塔基與水泥基座、錨桿與泥土等。其形成原因是氧濃度差導致的電化學腐蝕。由現場檢查的情況看，塔基銹蝕主要是因為排澇不及時，金屬構件浸于雨水或泥土中，在土壤出土端或水面由于氧濃度差形成濃差電池，陽極溶解速度明顯大于其余表面陰極溶解速度，因而發(fā)生腐蝕，從而導致部分塔基銹蝕(特別是主材、連接螺母)，嚴重威脅線路安全運行。從金相檢查結果看，未腐蝕基體強度無明顯影響，如基體強度滿足設計條件，只需對腐蝕部分進行清理，并采取防腐處理。

(2)對于銹蝕嚴重的拉門塔左腿右后側主材，建議更換主材(如時間不允許可考慮臨時可靠加固)及連接螺栓，并應做好防腐措施，防止銹蝕進一步加劇。補強方法可考慮碳纖維纏繞補強(有時效性，后期還需處理)或進行等截面補強。如條件允許，宜按原設計圖紙進行更換。

(3)對塔基進行排澇處理，特別是對位于塔腿根部與基座的交界面，應修建排水系統，防止雨水或泥土聚集形成氧濃差電池而產生腐蝕，削弱輸電鐵塔塔基承載能力，威脅鐵塔安全運行。

參考文獻：

[1]東北電力設計院.電力工程高壓送電線路設計手冊[M].北京:中國水利電力出版社，1991

[2]劉樹堂.輸電桿塔結構及其基礎設計[M].北京:中國水利電力出版社，2005

[3]劉樹堂.橫向垂直載荷共同作用下拉門塔的工作特性和設計計算[J].中國電力.1999，8(32)：28-31