沿海地區(qū)輸電鐵塔的腐蝕監(jiān)測

王 棟 ，孫永杰 ，馬祥飛 ，于丹文 ，王善軍

（1.國網(wǎng)山東省電力公司青島供電公司，山東 青島 266002；2.國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，山東 濟南 250003）

0 引言

隨著我國電力事業(yè)蓬勃發(fā)展，架空輸電線路里程數(shù)逐年增長，輸電網(wǎng)作為電力輸送的重要通道，承擔(dān)著我國電力能源輸送與調(diào)配的使命，其安全運行對我國能源安全具有重要意義。輸電鐵塔的運行安全是輸電網(wǎng)安全運行的重要組成部分，由于長期運行于戶外露天環(huán)境，輸電鐵塔承受著不同程度的自然條件侵蝕，塔材腐蝕逐年加重［1-2］。

隨著輸電電壓等級的提升，電力輸送距離不斷增長，架空輸電線路“跨越高速公路、高速鐵路、重要輸電通道（三跨）”產(chǎn)生的安全問題隨之增加。塔材銹蝕逐年積累造成的倒塔隱患對架空輸電線路跨越安全問題造成極大威脅，工業(yè)城市、沿海地區(qū)的這一問題尤為突出。因而在輸電線路運維工作中，輸電鐵塔銹蝕程度的監(jiān)測與控制尤為重要。

角鋼塔材出廠時以熱鍍鋅層包裹，熱鍍鋅通過隔離與電化學(xué)的方式對鐵塔進(jìn)行腐蝕防護(hù)［3］。在內(nèi)陸干旱地區(qū)，空氣中水分與污染物含量較低，熱鍍鋅層的防腐作用明顯，有效防腐時間可達(dá)十余年，然而在沿海地區(qū)，由于空氣濕度大，且富含NaCl、MgCl2等鹽類物質(zhì)，熱鍍鋅層在電化學(xué)作用下?lián)p壞速度快，對鐵塔的有效防腐時間大幅縮短［4-7］，威脅鐵塔的運行安全。以青島沿海重腐蝕地區(qū)為例，選取其跨越區(qū)段輸電鐵塔為研究對象，介紹沿海地區(qū)鐵塔腐蝕監(jiān)測方法，分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，為輸電鐵塔的腐蝕監(jiān)測與防腐處理提供依據(jù)。

1 沿海地區(qū)鐵塔腐蝕情況

沿海地區(qū)潮濕的空氣中富含NaCl、MgCl2等鹽類顆粒［8-9］，容易沉積于鐵塔鍍鋅層表面，由于鹽顆粒本身的物理吸濕性，鹽、水結(jié)合在鍍鋅層表面形成鹽類電解液薄膜，電解液覆于鍍鋅層之上促使其產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，逐漸造成塔材鍍鋅層的損失。一旦出現(xiàn)腐蝕產(chǎn)物，將更容易形成電解液環(huán)境，進(jìn)一步加劇腐蝕發(fā)生，腐蝕情況會由點及面在塔材表面發(fā)展。隨著時間推移，若鍍鋅層損失嚴(yán)重，對鐵元素的防腐保護(hù)作用喪失，塔材中的鋼鐵直接發(fā)生銹蝕，其承力能力削弱，形成薄弱隱患點，影響整塔運行安全。

為掌握沿海地區(qū)塔材腐蝕情況，首先在青島沿海15 km范圍內(nèi)，選取3條輸電線路作為研究對象，對其角鋼塔材腐蝕狀況進(jìn)行調(diào)研。所選研究對象如表1所示。

表1 選取線路

由表1可知，所選3條輸電線路110 kV珠開線、220 kV瑯珠線、110 kV前南甲線，跨越檔鐵塔分別投運于2001年、2006年、2012年，3條線路均位于D級污區(qū)，但由于運行時間長短與局部運行環(huán)境的差異，角鋼塔材分別存在不同程度的腐蝕情況。其中，110 kV珠開線12～13號檔、220 kV瑯珠線67～68號檔、110 kV前南甲線7～8號檔為重要跨越檔，3條線路跨越檔塔材典型腐蝕樣本如圖1所示。

圖1 塔材典型腐蝕樣本

由圖1可見，3條線路跨越檔鐵塔銹蝕情況各異，但視覺觀察僅能夠提供塔材腐蝕的直觀感受，難以準(zhǔn)確量化塔材腐蝕狀況，塔材腐蝕程度需由專業(yè)儀器的測量數(shù)據(jù)分析體現(xiàn)。

2 QNIX 8500型涂層測厚儀簡介

塔材鍍鋅層可為其提供有效防腐保護(hù)，因此通過測量鍍鋅層厚度可以反映塔材銹蝕情況。選取QNIX 8500型涂層測厚儀進(jìn)行專業(yè)鍍鋅厚度測量。

2.1 結(jié)構(gòu)介紹

QNIX 8500型涂層測厚儀體積較小，攜帶方便，操作簡單，滿足工程應(yīng)用需要，且其測量誤差小，可靠性高，儀器性能穩(wěn)定，適用于輸電鐵塔鍍鋅層厚度測量，其基本構(gòu)造如圖2所示。

圖2 QNIX 8500型涂層測厚儀

測厚儀電子顯示屏顯示零位調(diào)整、涂層測厚結(jié)果，以及功能切換界面，儀器中部的方向操作按鍵用于各種功能操作的菜單選擇，底部探頭直接接觸被測量涂層，并將測量結(jié)果傳至顯示屏。

儀器使用前首先進(jìn)行零位調(diào)整，按下向上的操作按鍵，根據(jù)顯示屏提示，在被測材料基體表面進(jìn)行調(diào)零。完成后，將儀器探頭垂直接觸被測涂層，涂層厚度測量結(jié)果將直接顯示于電子顯示屏。

2.2 測厚原理

磁感應(yīng)測量原理適用于測量導(dǎo)磁性基體上的非導(dǎo)磁性涂層厚度，其針對的導(dǎo)磁性材料有鋼、鐵、鎳等金屬材料，適用于鍍鋅角鋼輸電鐵塔?；驹頌椋簻y厚儀探頭產(chǎn)生1個閉合磁回路，隨著探頭與導(dǎo)磁性材料（角鋼）間距離的改變，該閉合磁回路將不同程度的改變，引起磁阻及探頭線圈電感的變化，利用這一原理可以精確地測量探頭與導(dǎo)磁性材料間的距離，即涂層（鍍鋅層）厚度。

3 沿海輸電鐵塔的腐蝕檢測與分析

應(yīng)用QNIX 8500型涂層測厚儀，可以對輸電鐵塔鍍鋅層厚度進(jìn)行測量，并通過對檢測結(jié)果的分析，劃定沿海地區(qū)塔材腐蝕重點監(jiān)測范圍。

3.1 重要跨越段鐵塔腐蝕檢測

為反映所選3處跨越檔（110 kV珠開線12號、13號，220 kV瑯珠線 67號、68號，110 kV前南甲線7號、8號）輸電鐵塔的整體腐蝕情況，對其鍍鋅層厚度的檢測采用多點檢測取平均的方法進(jìn)行檢測，每基鐵塔選取3處銹蝕塔材進(jìn)行鍍鋅層厚度檢測，取每個跨越檔2基鐵塔、6處檢測結(jié)果的平均值，作為該檔鍍鋅層厚度的最終結(jié)果。QNIX 8500型涂層測厚儀塔上檢測作業(yè)如圖3所示，各處塔材鍍鋅層厚度檢測結(jié)果列于表2。

圖3 QNIX 8500型涂層測厚儀塔上檢測作業(yè)

表2 鍍鋅層厚度檢測結(jié)果 μm

由表2中的鍍鋅層厚度平均值可知，110 kV珠開線已投運17年跨越檔12～13號鐵塔塔材受腐蝕情況最為嚴(yán)重，塔材平均剩余鍍鋅層厚度約為國標(biāo)要求［10］的 15%，因此正如圖 1（a）所示，鐵塔塔材已出現(xiàn)明顯銹跡，剩余熱鍍鋅層已難以起到鐵塔塔材的防腐蝕作用。220 kV瑯珠線投運12年，跨越檔67～68號鐵塔剩余熱鍍鋅層厚度約為標(biāo)準(zhǔn)厚度的1/3，塔材防腐狀況略優(yōu)于110 kV珠開線，但圖1（b）所示塔材已出現(xiàn)銹跡斑點，角鋼塔材已開始出現(xiàn)銹蝕跡象。而110 kV前南甲線投運時間較短，熱鍍鋅層剩余厚度充裕，角鋼塔材仍受到熱鍍鋅層的良好保護(hù)，因而圖1（c）中塔材未見明顯銹蝕，熱鍍鋅層防腐蝕性能良好。

3.2 沿海鐵塔監(jiān)測范圍分析

根據(jù)運行經(jīng)驗，距離海岸線約15 km范圍內(nèi)輸電鐵塔，在春、夏季均有可能頻繁遭受不同程度的海霧侵襲，加重塔材腐蝕。對于嚴(yán)重腐蝕區(qū)域的輸電鐵塔需加強其監(jiān)測力度，因而有必要劃定沿海輸電鐵塔重點監(jiān)測范圍。仍以上述3條輸電線路為例，按照距海岸線距離由近至遠(yuǎn)分別選取8基鐵塔，以上節(jié)方法進(jìn)行鍍鋅層厚度檢測，檢測結(jié)果繪制于圖4。

圖4 剩余鍍鋅層厚度與距海岸線距離關(guān)系

由圖4可見，對于同一條輸電線路鐵塔，距離海岸線越近的塔材鍍鋅層剩余厚度越少，這是由于近海地區(qū)空氣濕度大、含鹽量高，塔材腐蝕嚴(yán)重。觀察剩余鍍鋅層厚度變化速度與距海岸線距離的關(guān)系可見，距海岸線約10 km以外的輸電鐵塔鍍鋅層厚度隨距離變化速度緩慢，由此可見，諸如青島等沿海地區(qū)，距海岸線10 km內(nèi)的輸電鐵塔需納入重點腐蝕監(jiān)測范圍，通過緊密監(jiān)測，預(yù)防因鐵塔銹蝕而產(chǎn)生的安全問題。

4 鐵塔腐蝕狀況運維監(jiān)測

隨著輸電線路的建設(shè)，電力輸送、線下跨越等安全問題愈發(fā)重要，為避免由于鐵塔銹蝕導(dǎo)致事故發(fā)生，需制定實用的運維監(jiān)測方案，對重要區(qū)段輸電鐵塔的腐蝕狀況進(jìn)行有效監(jiān)測，并利用專業(yè)涂層厚度檢測儀器，獲取檢測數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確把握塔材腐蝕狀況，為鐵塔防腐工作提供依據(jù)，保障輸電線路運行安全。

4.1 鐵塔腐蝕運維監(jiān)測

根據(jù)表2中鍍鋅層厚度檢測結(jié)果，110 kV珠開線12～13號檔鐵塔中存在鍍鋅層厚度為5 nm的檢測點，說明角鋼塔材即將裸露于沿海地區(qū)富含鹽分、水分的易腐蝕環(huán)境之中。因而對于檢測結(jié)果如此的跨越檔鐵塔，防腐工作應(yīng)立即進(jìn)行。

結(jié)合圖1與表2中220 kV瑯珠線檢測結(jié)果，塔材鍍鋅層厚度剩余較少，雖未出現(xiàn)裸露角鋼，但鍍鋅層防腐效果已產(chǎn)生較大損失，角鋼塔材存在銹蝕隱患，對于此類檢測結(jié)果的跨越檔鐵塔，需將被檢測鐵塔列入近期防腐計劃，開展防腐工作時優(yōu)先對其進(jìn)行防腐作業(yè)。

而防腐效果尚且保持良好的110 kV前南甲線7～8號，雖然鍍鋅層仍然起到較好防腐效果，但相較于標(biāo)準(zhǔn)厚度，鍍鋅層已有腐蝕損失，需為其制定定期鍍鋅層檢測計劃。沿海地區(qū)春季、夏季海霧頻發(fā)，空氣濕度大，輸電鐵塔沉浸其中，極易發(fā)生腐蝕，因此以1年為周期，在經(jīng)歷春季夏季海霧浸潤侵蝕過后，可結(jié)合秋檢，在秋季開展塔材鍍鋅層厚度檢測工作，并將檢測數(shù)據(jù)記錄在案，逐年監(jiān)測其鍍鋅層厚度變化，形成輸電鐵塔腐蝕狀況的動態(tài)監(jiān)測機制，并依此制定防腐處理計劃。

4.2 沿海地區(qū)鐵塔防腐治理

根據(jù)GB/T 2694—2010《輸電線路鐵塔制造技術(shù)條件》要求，在修復(fù)鍍鋅層有損傷的塔材時，需做到以下標(biāo)準(zhǔn)［10］：1）修復(fù)的總漏鍍面積不應(yīng)超過每個鍍件總表面積的0.5%，每個修復(fù)漏鍍面不應(yīng)超過10 cm2，漏鍍面積過大應(yīng)返鍍；2）修復(fù)的方法可以采用熱噴涂鋅或涂富鋅涂層；3）修復(fù)層的厚度應(yīng)比鍍鋅層要求的最小厚度厚30 μm。

然而沿海地區(qū)空氣潮濕、富鹽易腐蝕，此類區(qū)域鐵塔防腐工作修復(fù)塔材鍍鋅層時，除滿足國標(biāo)要求的鍍鋅層均勻性和附著性外，可考慮在其之上達(dá)到更高標(biāo)準(zhǔn)：

1）鍍鋅修復(fù)時不應(yīng)存在漏鍍區(qū)域，否則漏鍍區(qū)域角鋼暴露在潮濕多鹽的空氣中將成為腐蝕源加速腐蝕；

2）不應(yīng)繼續(xù)使用普通鍍鋅涂料，可升級使用諸如重防腐體系涂料等防腐效果更佳的涂料，增強防腐能力；

3）新涂刷的修復(fù)層厚度應(yīng)高于國標(biāo)要求，如，比國標(biāo)鍍鋅層要求的最小厚度厚50 μm。

鑒于上述沿海地區(qū)防腐標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計單位應(yīng)在設(shè)計階段便考慮沿海易腐蝕區(qū)域塔材鍍鋅防腐效果及年限，在生產(chǎn)制造階段提高防腐標(biāo)準(zhǔn)，以減少后期運行維護(hù)工作量。

由于鍍鋅層厚度損失嚴(yán)重，110 kV珠開線12～13號角鋼已出現(xiàn)銹蝕，根據(jù)運維監(jiān)測方案及沿海地區(qū)鐵塔防腐工作標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)利用新型重防腐體系涂料，及時對其進(jìn)行防腐處理，阻止角鋼生銹，保障跨越檔運行安全。12號塔塔材防腐處理效果如圖5所示。

圖5 110 kV珠開線12號塔材防腐處理效果

防腐處理后，涂層均勻且無明顯漏涂刷區(qū)域，利用QNIX 8500型涂層測厚儀，抽取12號塔6處塔材進(jìn)行檢測，鍍鋅層厚度平均值125 μm，高于國標(biāo)要求鍍鋅層最小厚度55 μm，防腐工作效果良好。

5 結(jié)語

遠(yuǎn)距離架空輸電線路的不斷建設(shè)令輸電線路跨越安全問題變得愈發(fā)重要。選取青島沿海易腐蝕地區(qū)跨越檔輸電鐵塔為研究對象，介紹了專用的熱鍍鋅層測厚儀，應(yīng)用該儀器對塔材熱鍍鋅層厚度進(jìn)行檢測，通過分析檢測數(shù)據(jù)，可劃定沿海地區(qū)塔材腐蝕狀況重點監(jiān)測區(qū)域，并獲取有針對性的塔材腐蝕監(jiān)測方案，據(jù)此提出沿海地區(qū)鐵塔防腐工作要求，為后續(xù)防腐工作提供依據(jù)。

對于塔材熱鍍鋅層已接近耗盡的鐵塔，應(yīng)立即進(jìn)行防腐工作；對于熱鍍鋅層仍有少量剩余、角鋼尚未裸露的鐵塔，應(yīng)將其防腐工作優(yōu)先列入近期計劃；對于投運年限較短、熱鍍鋅層剩余充裕的鐵塔，也需考慮氣候特點，建議結(jié)合每年秋檢工作對塔材熱鍍鋅層厚度進(jìn)行檢測，形成塔材腐蝕狀況的動態(tài)監(jiān)測機制。

當(dāng)前，利用專用熱鍍鋅層測厚儀，加以合理的鐵塔腐蝕監(jiān)測運維方案，可顯著提高輸電鐵塔腐蝕程度的監(jiān)測效果，維護(hù)輸電線路電力傳輸運行安全。