地線融冰線夾銹蝕原因分析與對策

胡江

摘 要：冰雪災(zāi)害時超高壓線路積雪成冰是影響電網(wǎng)穩(wěn)定運行的重要因素，實施超高壓線路融冰，能有效除雪抗冰，保護超高壓電網(wǎng)的安全。然而，實施超高壓線路融冰改造后，存在線夾銹蝕的風險和隱患。以某超高壓線路融冰改造后地線線夾銹蝕為例，采取試驗方法分析地線融冰線夾銹蝕原因，并提出確切有效的改進對策，為預(yù)防后續(xù)超高壓線路融冰改造后線夾銹蝕提供借鑒。

關(guān)鍵詞：地線；融冰改造；線夾銹蝕；超高壓線路

中圖分類號：TM752 文獻標識碼：A

0.引言

近年來，為降低冰雪災(zāi)害對超高壓線路影響，國內(nèi)積極實施線路融冰改造，取得良好抗冰效果。但是，本文所研究的某500kV超高壓線路在實施融冰改造后，地線線夾出現(xiàn)一定程度的銹蝕。為探究地線融冰線夾銹蝕原因，采取X衍射、金相分析、鹽霧分析等對線夾銹蝕進行研究，針對試驗結(jié)果分析線夾銹蝕原因，提出改進對策，為后續(xù)超高壓線路融冰改造后線夾銹蝕提供借鑒。

1.案例概述

某超高壓線路在2012年實施地線融冰改造，改造后運行約3年，發(fā)現(xiàn)乙線19#塔CH線夾處銹蝕嚴重，經(jīng)打開線夾發(fā)現(xiàn)地線鋼絞線7股已銹斷5股。另在該線路實施融冰試驗時，293#塔大號側(cè)右相架空地線掉線引起跳閘，經(jīng)檢查由于該線路段CH線夾連接處銹蝕嚴重引起。為明確超高壓線路地線融冰改造后線夾銹蝕的原因，對抽查的地線線夾樣品進行檢測和腐蝕試驗，從而為改進融冰改造方案，提升超高壓線路融冰線路安全性和可靠性提供借鑒。

2.試驗研究與結(jié)果

為研究地線融冰線夾銹蝕原因，對抽查樣品進行外觀、X射線衍射、金相分析、鹽霧分析及通流分析等試驗，具體試驗如下：

2.1 外觀分析

對抽查樣品的銹蝕情況進行外觀分析，發(fā)現(xiàn)樣品銹蝕段均為鍍鋅鋼絞線，而且地線與線夾連接處也容易發(fā)生嚴重的銹蝕，鍍鋅層基本消耗，銹蝕長度約為20cm～25cm。在線夾上的銹蝕主要有黃色銹蝕和白色銹蝕兩種，其他部位則是少數(shù)絞線發(fā)生銹蝕，雖然鍍鋅層發(fā)生顏色變化，但是仍具有防銹蝕功能。

2.2 X射線衍射分析

對抽查的線夾樣品的成分進行光譜定量分析，并與相應(yīng)的電力金具技術(shù)指標進行核對，樣品中鋁含量均高于99.5%，符合線夾化學(xué)成分設(shè)計要求。光譜分析結(jié)果詳見表1。

為分析黃色銹蝕和白色銹蝕的衍射光譜，分別從線夾樣品中刮取黃色銹蝕和白色銹蝕粉末，采用Rigaku Ultima IV型X射線衍射儀進行X衍射光譜分析。分析結(jié)果如圖1所示。

X射線衍射結(jié)果表明，黃色銹蝕樣品中主要含有鐵、鋅、鋁的氧化物，并含有少量的氯和硫，表明線夾已經(jīng)發(fā)生嚴重的銹蝕。白色銹蝕樣品中主要是鋁的氫氧化物和氧化物，提示白色銹蝕為鋁發(fā)生氧化銹蝕。

2.3 金相分析

選取線夾的內(nèi)部銹蝕樣品，經(jīng)過鑲樣、打磨、拋光后進行金相檢驗，線夾的金相檢驗結(jié)果如圖2所示。

金相檢驗顯示，樣品的金相組織屬于正常的珠光體，滲碳體也呈均勻?qū)訝罘植?。但是，發(fā)生黃色銹蝕的樣品的金相組織則疏松多孔，而且金相顏色發(fā)深，但是晶體結(jié)構(gòu)并無顯著變化。金相組織中也有明顯得脫碳現(xiàn)象，晶粒較大，提示此處發(fā)生銹蝕過程中溫度較高，線夾金屬組織發(fā)生再生長。

2.4 鹽霧分析

為分析超高壓線路在鹽霧環(huán)境下的銹蝕情況，對線夾進行鹽霧環(huán)境下的試驗分析。鹽霧試驗后線夾附近產(chǎn)生明顯大面積黃銹，沒有黃銹的鍍鋅鋼絞線縫隙之間也出現(xiàn)大量白銹，在多個樣品中腐蝕最嚴重。

2.5 通流分析

根據(jù)本文的前期試驗結(jié)果，超高壓線路的線夾按某超高壓線路的現(xiàn)場工藝壓接后與等長導(dǎo)線的電阻比為0.85，若通電后線路升溫，則升溫后的電阻比為4.02；說明當腐蝕產(chǎn)生溫升后電阻更進一步劇烈增大，成數(shù)量級增加。過大的接觸電阻將導(dǎo)致通流時發(fā)熱。完成經(jīng)鹽霧腐蝕試驗后的對線夾樣品進行與超高壓線路通電同樣條件的通流試驗。

（1）溫升前直流電阻測量。試驗時，在回路中通入穩(wěn)定的20A、30A正反向直流電流，采用直流壓降法進行測量。+20A電流線夾樣品1電阻值為945.0?Ω、線夾樣品2電阻值為1379.5?Ω；對應(yīng)等長導(dǎo)線1電阻值為1730.0?Ω，等長導(dǎo)線2電阻值為1837.0?Ω。-20A電流線夾樣品1電阻值為960.0?Ω、線夾樣品2電阻值為1435.0?Ω；對應(yīng)等長導(dǎo)線1電阻值為1745.0?Ω，等長導(dǎo)線2電阻值為1850.0?Ω。+30A電流線夾樣品1電阻值為954.0?Ω、線夾樣品2電阻值為1409.7?Ω；對應(yīng)等長導(dǎo)線1電阻值為1734.3?Ω，等長導(dǎo)線2電阻值為1847.3?Ω。-30A電流線夾樣品1電阻值為961.0?Ω、線夾樣品2電阻值為1450.0?Ω；對應(yīng)等長導(dǎo)線1電阻值為1740.0?Ω，等長導(dǎo)線2電阻值為1848.0?Ω。

（2）溫升后直流電阻測量。試驗在電氣試驗室進行。在回路中通入穩(wěn)定的20A、30A正反向直流電流，采用直流壓降法進行測量。+20A電流線夾樣品1電阻值為240.5?Ω、線夾樣品2電阻值為578.0?Ω；對應(yīng)等長導(dǎo)線1電阻值為179.0?Ω，等長導(dǎo)線2電阻值為328.5?Ω。-20A電流線夾樣品1電阻值為244.5?Ω、線夾樣品2電阻值為583.5?Ω；對應(yīng)等長導(dǎo)線1電阻值為180.0?Ω，等長導(dǎo)線2電阻值為330.5?Ω。+30A電流線夾樣品1電阻值為245.7?Ω、線夾樣品2電阻值為579.7?Ω；對應(yīng)等長導(dǎo)線1電阻值為179.7?Ω，等長導(dǎo)線2電阻值為334.7?Ω。-30A電流線夾樣品1電阻值為247.0?Ω、線夾樣品2電阻值為583.0?Ω；對應(yīng)等長導(dǎo)線1電阻值為180.7?Ω，等長導(dǎo)線2電阻值為334.0?Ω。

3.原因分析與對策

3.1 原因分析

（1）鍍鋅鋼與鋁的異種金屬接觸形成腐蝕電偶，加速電化學(xué)腐蝕的發(fā)生。采用線夾壓接的地線，表面是鋅層，基體是鋼鐵，而線夾是鋁材質(zhì)，3種金屬腐蝕電位不同，相互接觸時形成腐蝕電偶，發(fā)生電化學(xué)腐蝕。

（2）線夾鋁發(fā)生陽極氧化腐蝕。線夾分別與兩根地線相連，但一側(cè)腐蝕重，一側(cè)腐蝕輕，具有顯著差異，體現(xiàn)出陽極氧化的特征。腐蝕重的一側(cè)線夾內(nèi)壁出現(xiàn)大量疏松白銹，經(jīng)試驗分析均證實為鋁的氧化物。

（4）鍍鋅鋼和鋁雙向腐蝕導(dǎo)致接觸電阻急劇加大。線夾和鍍鋅鋼絞線連接的部位，界面兩側(cè)金屬發(fā)生雙向腐蝕，氧化物的電阻率遠高于金屬本身的電阻率，發(fā)生雙向腐蝕的結(jié)果，腐蝕形成厚厚的氧化膜層，同時腐蝕產(chǎn)物的疏松結(jié)構(gòu)使線夾與地線更為松動，接觸電阻急劇增加。

3.2 實施對策

（1）將地線及跳線全部更換為鋁包鋼絞線并采用耐張線夾。

（2）耐張線夾應(yīng)按規(guī)范工藝壓接，并應(yīng)特別加強線夾鍍鋅質(zhì)量把控。壓接前鋼絞線應(yīng)涂抹導(dǎo)電脂，壓接后還應(yīng)對鋁套管與地線連接處涂抹導(dǎo)電脂，鋁套管與鋼錨連接處涂抹導(dǎo)電脂或凡士林等密封材料，確保將縫隙封住。

（3）耐張線夾引流板螺栓宜采用不銹鋼螺栓，鋼錨段可再采用玻璃鱗片等耐磨涂層加強防腐。

結(jié)語

超高壓線路融冰改造是近年來國內(nèi)電網(wǎng)發(fā)展的趨勢之一，雖然取得良好抗冰效果，但是亦出現(xiàn)線夾銹蝕問題。本文通過對某超高壓線路地線融冰線夾銹蝕樣品進行試驗分析，研究產(chǎn)生銹蝕的原因。結(jié)果提示采用鋁包鋼絞線并采用耐張線夾能夠有效預(yù)防線夾銹蝕，為預(yù)防后續(xù)超高壓線路融冰改造后線夾銹蝕提供借鑒。

參考文獻

[1]馬御棠，王磊，馬儀，等.地線融冰絕緣架設(shè)對輸電線路工頻短路電流分流影響的仿真與分析[C].2014年中國電機工程學(xué)會年會論文集，2014：1-6.

[2]馬御棠，王磊，馬儀，等.地線融冰絕緣架設(shè)對線路工頻短路電流分流影響仿真[J].云南電力技術(shù)，2015 （1）：113-116.

[3]易永亮，田應(yīng)富，譚勁，等.500kV輸電線路地線融冰改造后地線銹蝕分析及對策[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2017，11（4）：23-29.endprint