服役時(shí)間對(duì)輸電導(dǎo)線耐腐蝕性能的影響分析

馬 崇，陳韶瑜，程 明

( 國(guó)網(wǎng)天津市電力公司電力科學(xué)研究院，天津300384)

0 引言

目前，國(guó)內(nèi)高壓輸配電網(wǎng)架空導(dǎo)線的儲(chǔ)存及運(yùn)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(qiáng)腐蝕性環(huán)境。若導(dǎo)線在儲(chǔ)存過程中受到腐蝕，將給工期帶來影響[1]。而導(dǎo)線腐蝕是導(dǎo)線金屬在環(huán)境的作用下發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，金屬由單質(zhì)變?yōu)檠鹾衔锏倪^程。在導(dǎo)線的金屬表面形成一層致密連續(xù)的氧化膜，這層氧化膜能有效阻止基體材料進(jìn)一步被腐蝕。導(dǎo)線腐蝕的基本類型有：點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕開裂、剝落腐蝕、疲勞腐蝕等[2]。架空電力線路上的各種導(dǎo)線，長(zhǎng)期經(jīng)受大氣、風(fēng)雨和鹽霧的侵蝕，很容易受到腐蝕。不同的服役時(shí)間下，導(dǎo)線的耐腐蝕性也各不相同，因此研究輸電導(dǎo)線在不同服役時(shí)間下的耐腐蝕性具有重要的意義。

1 電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料是服役時(shí)間分別為0年、13年、15年和50年的鋼芯鋁合金導(dǎo)線。導(dǎo)線的基本參數(shù)如表1所示。

表1 導(dǎo)線的基本參數(shù)

線種原型號(hào)最小導(dǎo)電率(20℃、%IACS)抗拉強(qiáng)度/MPa長(zhǎng)期許用使用溫度/℃鋼芯鋁合金58TAl58159～169150

1.2 試樣制備

在不同服役條件下的導(dǎo)線中分別切取4 mm的鋼芯和鋁合金試樣毛坯。用200、600、800號(hào)金相砂紙逐級(jí)將小圓柱的圓柱面打磨至光亮，將一粗銅導(dǎo)線與小圓柱的一面用釬焊焊住，接著使用環(huán)氧樹脂將試樣與銅導(dǎo)線密封成一個(gè)圓柱型，小圓柱試樣只露出一面。用硅膠將金屬與環(huán)氧樹脂接觸的小圓周涂上狹窄的一圈，放在干燥皿里晾干、備用。

1.3 試驗(yàn)步驟

a. 保持檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的溫度在10～25 ℃，使設(shè)備遠(yuǎn)離或隔離有腐蝕性氣體源，保證設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)。

b. 計(jì)算暴露出的金屬圓面積。

c. 現(xiàn)配制3.5%NaCl的模擬海水溶液，倒入干凈的電解池中，在電解池中插入輔助電極和鹽橋，將參比電極浸入鹽橋中，最后將工作電極，即制作好的帶粗銅導(dǎo)線試樣的圓柱端浸入電解池溶液中，使得圓柱端中暴露出的金屬面對(duì)準(zhǔn)鹽橋出口，兩者間距大約為2 mm。

d. 接好3個(gè)電極與工作站的連線，打開電化學(xué)工作站的電源，打開電腦中與工作站對(duì)應(yīng)的CorrTest測(cè)試與分析軟件。

e. 進(jìn)行開路電位的穩(wěn)定測(cè)試。從菜單位置中找到“穩(wěn)態(tài)測(cè)試”→“開路電位”，彈出菜單后設(shè)置測(cè)量時(shí)間為20 min，固定速率為1 Hz。

f. 在開路電位測(cè)試后得到一個(gè)穩(wěn)定的開路電位值，然后在菜單位置找到“穩(wěn)態(tài)測(cè)試”→“動(dòng)電位掃描”，掃描速率為0.2 mV/s。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。按曲線走向可以分為上下兩部分，從曲線中間的水平階段向上下分開，上面部分為陽極極化曲線部分，而下面部分則為陰極極化曲線部分。雖然每個(gè)曲線的具體形狀都有些不同，但大致走勢(shì)都一樣，陽極極化曲線和陰極極化曲線都可以分為4個(gè)區(qū)域：水平區(qū)、緩升區(qū)、陡降區(qū)、水平區(qū)；對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的極化曲線中的活性溶解區(qū)、過渡鈍化區(qū)、穩(wěn)定鈍化區(qū)、過鈍化區(qū)4個(gè)區(qū)域。所有試樣均表現(xiàn)出了明顯的穩(wěn)定鈍化特征，可以通過鈍化區(qū)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)來判斷材料耐腐蝕性的優(yōu)劣。

(a) 鋁芯

(b) 鋼芯

對(duì)于鋁芯，4種不同的服役年限下所有材料均表現(xiàn)出了典型的鈍化特征。對(duì)于鈍化特征明顯的材料，比較其耐腐蝕性的主要依據(jù)是看其維鈍電流和點(diǎn)蝕電位。4種材料的維鈍電流基本相同，因此點(diǎn)蝕電位成了判斷耐腐蝕性的主要依據(jù)。服役15年材料的點(diǎn)蝕電位最高，因此其耐腐蝕性最好。

對(duì)于鋼芯材料，新材料及服役15年材料未表現(xiàn)出鈍化特征，而服役13年和50年的材料表現(xiàn)出了鈍化特征。因此服役13年和50年的材料耐蝕性要優(yōu)于新材料及服役15年的材料。而服役50年的材料點(diǎn)蝕電位稍高于服役13年的材料。新材料及服役15年的材料都表現(xiàn)出了典型的活性溶解特征，由于新材料的腐蝕電流小于服役15年的材料，因此耐腐蝕性占優(yōu)。總體上看鋼芯材料的耐腐蝕性按下列順序排序：服役50年的材料>服役13年的材料>新材料>服役15年的材料。

不管是鋼芯還是鋁芯，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間服役后，不可避免的會(huì)在材料表面生成一層氧化膜，這層氧化膜能有效組織基體材料進(jìn)一步被腐蝕。服役13年的鋁芯和服役50年的鋼芯氧化膜的保護(hù)效果最優(yōu)，因此表現(xiàn)出了最佳的耐腐蝕性。

3 結(jié)論

該文研究了不同服役條件對(duì)導(dǎo)線中鋁芯和鋼芯的耐腐蝕性能的影響。研究結(jié)果表明：鋁芯表現(xiàn)出了明顯的鈍化特征，而鋼芯的活化溶解特征明顯。對(duì)于鋁芯和鋼芯材料而言，分別是服役15年的材料和50年的材料耐腐蝕性最佳。由于長(zhǎng)期服役導(dǎo)致導(dǎo)線的耐腐蝕性能發(fā)生改變，建議定期測(cè)試其耐腐蝕性性能，以確保導(dǎo)線安全服役。

參考文獻(xiàn)：

[1] 黃豪士，江建華，陸國(guó)欽，等.超耐腐蝕型導(dǎo)線及其在平潭島輸電線路上的應(yīng)用[J].電線電纜，2012(2)：1-5.

[2] 馮愛軍，金 榕.儲(chǔ)存過程中導(dǎo)線表面腐蝕現(xiàn)象的分析及對(duì)策[J].電線電纜，2012(2)：35-37.