變電站地網(wǎng)腐蝕原因分析及防腐蝕措施探究

王金蘭

摘要：變電站做為電力系統(tǒng)重要組成部分，對電能可靠性供給起到很大作用。本文探究了變電站接地網(wǎng)腐蝕機(jī)理，對腐蝕電化學(xué)理論在變電站接地網(wǎng)腐蝕診斷技術(shù)進(jìn)行綜合分析，免開挖無損腐蝕電化學(xué)理論診斷技術(shù)具有發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：變電站;地網(wǎng);腐蝕原因;防腐蝕措施

引言

在變電站的建設(shè)和穩(wěn)定運(yùn)行中，接地網(wǎng)是不可或缺的一部分，對于保障系統(tǒng)的穩(wěn)定以及變電站內(nèi)設(shè)備和操作人員的安全來說至關(guān)重要。目前，我國變電站接地網(wǎng)通常采用碳鋼作為材料，由于接地網(wǎng)埋在地面下，常常被忽略，在土壤中長時(shí)間的運(yùn)行，在受到各種條件的影響，運(yùn)行一定年限后極易腐蝕，發(fā)生嚴(yán)重的損壞，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定，對電網(wǎng)造成了極大的影響。近些年來，隨著電網(wǎng)的升級(jí)改造和超高壓輸電線路的發(fā)展，已經(jīng)發(fā)生過多起由于接地網(wǎng)腐蝕而導(dǎo)致的運(yùn)行事故。據(jù)報(bào)道，全國地網(wǎng)開挖檢查中，有些過幾年就已經(jīng)腐爛，而變電站地網(wǎng)開挖重新敷設(shè)的投資也會(huì)相應(yīng)增加數(shù)倍。因此，研究接地網(wǎng)的腐蝕原因，并采取有效的措施解決接地網(wǎng)腐蝕問題，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，是需要亟待解決的問題。

1接地網(wǎng)的腐蝕機(jī)理分析

1.1電化學(xué)腐蝕

（1）微觀電池腐蝕。變電站接地網(wǎng)由帶狀碳鋼焊接制成，碳鋼的生產(chǎn)過程及接地網(wǎng)建設(shè)施工過程中會(huì)使碳鋼發(fā)生金屬組織不均勻，化學(xué)成分不均勻，表面狀態(tài)不均勻及表面膜不完整等情況，上述情況的存在會(huì)引發(fā)微觀電池腐蝕。微觀電池腐蝕使接地網(wǎng)表面及焊接處產(chǎn)生微小縫隙，土壤中電解液進(jìn)入縫隙繼而引發(fā)縫隙腐蝕，加重腐蝕狀況。

（2）宏觀電池腐蝕。接地網(wǎng)的埋設(shè)面積近似于變電站地上設(shè)備的占地面積，較大的土壤接觸范圍造成接地網(wǎng)不同位置土壤環(huán)境的差異，極易形成濃差腐蝕電池腐蝕。因?yàn)橹饕煞植煌?，埋設(shè)接地網(wǎng)的土壤分成了砂石區(qū)和黏土區(qū)。在該腐蝕體系中，砂石區(qū)空隙大氧氣充足，埋設(shè)在其中的碳鋼電位較高，而黏土區(qū)密實(shí)缺少氧氣，埋設(shè)在其中的碳鋼電位低，兩個(gè)區(qū)域共同構(gòu)成氧濃差電池）。處在黏土區(qū)的碳鋼成為宏觀電池中的陽極，發(fā)生腐蝕的狀況。異種金屬接觸形成的電偶腐蝕也是宏觀電池腐蝕的一種。例如碳鋼引下線與銅制接地網(wǎng)連接時(shí)會(huì)發(fā)生電偶腐蝕。在該體系中碳鋼電位較低，作為陽極被氧化，發(fā)生腐蝕。另外，由于碳鋼引下線面積小，銅制接地網(wǎng)面積大，二者發(fā)生“大陰極、小陽極”的腐蝕，會(huì)加快碳鋼引下線的腐蝕速率。

1.2微生物腐蝕

微生物群落大量存在于土壤中，日常進(jìn)行生命活動(dòng)的微生物對接地網(wǎng)所用碳鋼材料腐蝕產(chǎn)生的作用稱之為微生物腐蝕，這些腐蝕過程是在微生物生命活動(dòng)參與下的腐蝕過程。微生物本身不與碳鋼發(fā)生作用，微生物生命活動(dòng)的結(jié)果會(huì)影響腐蝕過程，其主要表現(xiàn)是微生物新陳代謝產(chǎn)物的腐蝕作用。

電極反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)過程會(huì)被有些微生物生命活動(dòng)影響，如在缺氧時(shí)硫酸鹽還原菌的存在，氫離子的還原是陰極反應(yīng)，氫原子是此過程產(chǎn)物;但氫過電位高，陰極上會(huì)被一層氫原子覆蓋，促進(jìn)氫原子消耗是因?yàn)榱蛩猁}還原菌的存在，去極化反應(yīng)在這種情況下依舊可以進(jìn)行下去，故此硫酸鹽還原菌生命活動(dòng)對陰極去極化過程起促進(jìn)作用，會(huì)促進(jìn)腐蝕反應(yīng)的順利進(jìn)行。

金屬所處環(huán)境也會(huì)被有些微生物改變，金屬腐蝕受到氧濃度、鹽濃度、pH值等影響。粘泥的沉積是微生物腐蝕的一個(gè)顯著特征，地球上分泌黏液的微生物有很多，粘泥是與這些微生物分泌的粘液與自然介質(zhì)中的土粒、礦物質(zhì)、死亡菌體、藻類和金屬腐蝕產(chǎn)物的混合物。金屬表面的沉積層粘泥就是這些混合物。在粘泥覆蓋的情況下，微生物腐蝕還有一個(gè)特點(diǎn)是，貧氧區(qū)引起氧濃度差電池會(huì)形成于金屬局部表面，陽極腐蝕部位有孔蝕的跡象我們可見。

1.3雜散電流腐蝕

電氣化鐵路、高壓輸電線路以及變電站自身的泄流均會(huì)在土壤中產(chǎn)生雜散電流，雜散電流對于地下金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕具有很強(qiáng)的影響。當(dāng)電流未按預(yù)定的電路流通時(shí)，部分電流會(huì)從地下金屬結(jié)構(gòu)的一端流入，并從另一端流出，雜散電流流出端成為陽極區(qū)，此處的金屬會(huì)遭到腐蝕破壞。研究表明，1A直流雜散電流一年就會(huì)溶解鋼鐵約9kg。一般認(rèn)為交流雜散電流造成的腐蝕危害小于直流雜散電流的腐蝕危害，但是如果交流雜散電流長期存在，其對接地網(wǎng)的危害不可忽視。

2變電站地網(wǎng)防腐蝕措施

2.1設(shè)計(jì)方面

（1）變電站在選址后應(yīng)進(jìn)行埋設(shè)地網(wǎng)的土壤理化性能分析，并進(jìn)行土壤的腐蝕性評價(jià)，確定該變電站接地網(wǎng)材質(zhì)及防腐措施的選擇要求。

（2）電纜溝道內(nèi)的接地網(wǎng)，不宜采用普通鋼材。如采用普通鋼材，應(yīng)加強(qiáng)防腐蝕措施。其防腐涂料可選用氯化橡膠、脂肪族聚氨酯、高氯化聚乙烯以及丙烯酸聚氨酯等涂料。

（3）在埋設(shè)地網(wǎng)時(shí)，工程常用“降阻劑”置換干燥的、不保水的、電阻率較大的沙石土，以滿足地網(wǎng)接地電阻的設(shè)計(jì)要求，但使用經(jīng)過“降阻劑”改良的土質(zhì)，地網(wǎng)會(huì)遭受到嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕。應(yīng)采用銅、銅包鋼及其他耐腐蝕性能較好的材質(zhì)，或增設(shè)其他犧牲性金屬保證接地網(wǎng)的安全。

（4）在土壤腐蝕性較大及重工業(yè)污染區(qū)域，對接地網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)留有較高的腐蝕裕量;鑒于接地網(wǎng)主網(wǎng)維修困難，成本較高，且影響輸電安全，接地網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)留有較高的安全儲(chǔ)備。

（5）對土壤鹽堿性較大的地區(qū)，有條件的建議進(jìn)行采用換土措施，并在鹽堿土壤與更換的新土壤間增加土工膜，防止鹽堿土反滲污染新土壤。

（6）針對變電站土壤合理選擇接地材質(zhì)。

2.2陰極保護(hù)

陰極保護(hù)法最早是用于地下輸油管道的防腐蝕中，近幾年，才逐漸用于變電站地網(wǎng)及桿塔的防腐蝕中。陰極保護(hù)是一種電化學(xué)防護(hù)方法，其原理是向被腐蝕金屬結(jié)構(gòu)物表面施加一個(gè)外加電流，被保護(hù)結(jié)構(gòu)物成為陰極，從而使得金屬腐蝕發(fā)生的電子遷移得到抑制，避免或減弱腐蝕的發(fā)生。陰極保護(hù)可以通過兩種方法實(shí)現(xiàn)，一是外加電流法，二是犧牲陽極法。

外加電流法是通過外加直流電源以及輔助陽極，迫使電子流從土壤中流向被保護(hù)金屬，使被保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)電位低于周圍環(huán)境，達(dá)到防腐蝕的目的。外加電流法由于具有輸出保護(hù)電流連續(xù)可調(diào)，可滿足較大的保護(hù)電流密度要求，該方式主要用于保護(hù)大型或處于高電阻率中的金屬結(jié)構(gòu)，如敷設(shè)面積較大的地網(wǎng)或者是受保護(hù)面積較大的埋地管線。

犧牲陽極法是將一種電位更負(fù)的金屬（如鎂、鋁和鋅等）與被保護(hù)的金屬結(jié)構(gòu)物電性連接，并處于同一電解質(zhì)中，通過電負(fù)性金屬或合金的不斷溶解消耗，使該金屬上的電子轉(zhuǎn)移到被保護(hù)金屬上去，向被保護(hù)金屬提供保護(hù)電流，使金屬結(jié)構(gòu)物獲得保護(hù)。該方法簡便易行，不需要外加電源，很少產(chǎn)生腐蝕干擾，廣泛應(yīng)用于保護(hù)小型或處于低土壤電阻率環(huán)境下（土壤電阻率小于100Ω·m）的金屬結(jié)構(gòu)。土壤中用的犧牲陽極材料主要有鋅合金和鎂合金兩種，鋅合金主要用于土壤電阻率較低的地區(qū)（ρ<10Ω·m），鎂合金主要用于土壤電阻率較高的地區(qū)（15Ω·m<ρ<100Ω·m）。

2.3表面涂覆層保護(hù)

表面涂覆層保護(hù)就是依靠物理的、化學(xué)的方法，在金屬材料表面涂覆一層耐腐蝕的材料，以達(dá)到減緩腐蝕、保護(hù)機(jī)體金屬的目的，又稱涂鍍層保護(hù)或者表面保護(hù)。這種減緩腐蝕的方法，由于施工簡單、消耗涂層少、得到的效果好以及造價(jià)相對較低而獲得了廣泛的應(yīng)用。這類方法主要包括涂鍍層保護(hù)、表面處理和內(nèi)襯。涂鍍層按其材料不同分為有機(jī)涂層、無機(jī)涂層和金屬性鍍層。

控制腐蝕的表面涂覆層技術(shù)可以通過三種途徑起保護(hù)作用：機(jī)械性保護(hù)，化學(xué)性保護(hù)和陰極性保護(hù)。為了保障表面涂覆層的耐蝕性，要求其均勻完整、致密無孔，與基體金屬粘接牢固，并且具有一定的強(qiáng)度和韌性。

結(jié)語

如果接地網(wǎng)按照可預(yù)見的均勻腐蝕速度進(jìn)行，則危害不大。受土壤復(fù)雜理化性質(zhì)的影響，變電站接地網(wǎng)發(fā)生腐蝕往往不均勻，主要原因是介質(zhì)、表面狀態(tài)和泄流分布不均勻，嚴(yán)重的情況會(huì)使接地網(wǎng)不連續(xù)，造成事故?？刂平拥鼐W(wǎng)局部腐蝕要從控制均勻性入手，力爭做到施工工程及維護(hù)過程中使接地網(wǎng)自身表面狀態(tài)、土壤介質(zhì)含水率均勻一致。

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