輸電線路接地裝置的防腐措施分析

周建偉 陳棟 王智睿 國網(wǎng)江蘇省電力有限公司鎮(zhèn)江供電分公司

接地裝置是輸電線路接地系統(tǒng)中十分關鍵的一部分，接地裝置的使用年限和安全性直接關系到防雷接地、工作接地和防靜電接地的工作效果。其中影響接地裝置作用發(fā)揮的因素主要為腐蝕破壞，如果接地裝置長期處于潮濕、陰暗的環(huán)境中就會損壞設備，造成接地網(wǎng)局部的斷裂，進而可能引發(fā)安全事故。為此，在生產(chǎn)實踐中，做好設備接地已經(jīng)成為降低輸電線路安全隱患、提升輸電線使用壽命的關鍵環(huán)節(jié)。

一、輸電線路的腐蝕種類

根據(jù)輸電線路受到腐蝕的環(huán)境不同，可以分成大氣腐蝕、土壤腐蝕和水腐蝕三種。腐蝕破壞會造成輸電線路壽命的縮短，輸電線路在腐蝕環(huán)境中不能達到預期壽命。在進行輸電線路維護和施工時，要綜合分析輸電線路的環(huán)境，了解其受到的腐蝕威脅，對架空導地線、架線金具、鐵塔、基礎、接地裝置等采取對應的措施，從而達到更好的防腐效果。例如：在二氧化硫濃度過高時，空氣會對鋼鐵產(chǎn)生腐蝕作用，空氣濕度的增加也會加快鋼鐵受到腐蝕的速度。當空氣濕度達到75%這個數(shù)值時，空氣對鋼鐵的腐蝕作用會明顯加快，腐蝕程度的加快會影響到鋼鐵的使用壽命，甚至威脅到鐵塔的安全運行。如果環(huán)境溫度較高，環(huán)境將會較為干燥，這時輸電線路受到腐蝕的速度也會稍加緩解。如果環(huán)境溫度出現(xiàn)驟降和驟升，較大的溫差將會造成空氣溫度變化，使得鋼鐵受到腐蝕的速度加快。除此之外，輸電線路可能會經(jīng)過一些特殊區(qū)域，如煤礦廠、石油化工廠等區(qū)域，在空氣中會增加很多顆粒性物質(zhì)，這些物質(zhì)會附著在鐵塔上，鐵塔周圍的顆粒性物質(zhì)以及工廠排放的廢棄物都將腐蝕到鐵塔。這些顆粒性物質(zhì)和工廠廢棄物會融入空氣水分中，發(fā)生相互作用，產(chǎn)生化學反應，慢慢地對防腐層產(chǎn)生作用，使得鐵塔受到快速的銹蝕。

二、接地裝置的腐蝕概況和原理

變電站接地裝置的腐蝕會使接地裝置的材料發(fā)生脆化松散甚至于斷裂的情況，最終導致接地網(wǎng)出現(xiàn)各種損壞問題。變電站中接地裝置的腐蝕主要是發(fā)生在土壤環(huán)境和大氣環(huán)境之中，大氣腐蝕大多是發(fā)生在處于電纜溝中的均壓帶以及接地裝置中的引下線上，土壤腐蝕則主要是發(fā)生在各種水平接地體和垂直接地體與不同的土壤組分之間。變電站中接地裝置容易發(fā)生腐蝕的部位總是和大氣或者土壤產(chǎn)生了接觸，并滿足了構成腐蝕原電池的條件，因而極易發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。含水量和含鹽量比較多的偏酸性土壤和砂質(zhì)土壤以及風化石土壤，對于變電站接地裝置的電化學腐蝕有很大的加速作用。

三、輸電線路接地裝置的防腐措施

（一）接地裝置材料的選擇和設計施工

變電站接地裝置中使用最多的導體材料包括鋼鐵和銅。分別對這兩種金屬材料的腐蝕性能進行研究之后，發(fā)現(xiàn)與銅在土壤中的腐蝕速度相比，鋼鐵在土壤中的腐蝕速度大約是銅的4～5 倍。而在給鋼鐵材料表面鍍上一層鋅之后，鍍鋅鋼的在土壤中腐蝕速度較之于鋼鐵材料會有顯著的降低，此時鍍鋅鋼的腐蝕速度只有銅的1～2 倍。由此可見，銅具有較強的抗腐蝕性，但是接地網(wǎng)中的很多設備以及裝置的材料都是鉛或者鋼鐵，例如水油氣管道、設備外殼和電纜皮等，這些鋼鐵材料的裝置與設備都會和銅共同形成腐蝕原電池，加快相關接地裝置的腐蝕速度。所以為了防止銅與鋼鐵和鉛形成腐蝕原電池，加快變電站接地裝置的腐蝕速度，目前我們廣泛使用的接地裝置導體材料是鍍鋅鋼。接地裝置的材料選擇要從技術方面和經(jīng)濟性方面綜合進行考慮，考慮到變電站接地裝置運行的長期性，以銅作為接地裝置材料比鋼鐵更加適合。在對變電站接地裝置進行設計施工時，要對導體材料的截面積進行合理的設計選擇。進行導體截面積選定時，要考慮的因素包括抗腐蝕性和熱穩(wěn)定性兩方面。要對變電站接地裝置處的土壤進行電阻率的測量，并分別對鍍鋅鋼和鋼以及銅在該土壤中的腐蝕速度進行測量，結合預期的接地導體的使用年限，對導體的截面積大小進行綜合的考慮，并留出一定的余度。為了保障電網(wǎng)系統(tǒng)的長期發(fā)展，要在根據(jù)兩個不同考慮因素計算出的截面積數(shù)值中選取更大的一個；另一方面，進行變電站接地裝置的安裝施工時，應盡量使用焊接工藝實現(xiàn)接地裝置和設備之間的連接，而不是壓接工藝和螺栓連接，這兩種連接工藝技藝使接地裝置發(fā)生縫隙腐蝕和電偶腐蝕。以往對引下線進行的防腐措施通常是在其上涂上一層防腐漆，但是為了更好的腐蝕防護效果，使用環(huán)氧瀝青會比一般防腐漆更有效。

（二）陰極保護法

針對輸電線路接地裝置開展反腐蝕工作時，應該對被保護金屬的性質(zhì)進行充分結合，選擇采用陰極極化的方式對金屬進行保護。根據(jù)目前的情況來看，犧牲陽極法以及外加電流法兩種方式，為應用范圍較廣的保護措施，其能夠保障相應的化學反應與防腐效果的要求相符合，有利于促使運行的安全性以及質(zhì)量得到顯著提升。對犧牲陽極法進行應用，被保護輸電線路接地裝置需要與負極或是發(fā)生腐蝕可能性更高的金屬進行連接，通過對陽極腐蝕溶解的方式進行應用，促使輸電線路接地裝置中所具有的安全性能夠得到提升。對外加電流法進行應用，需要進行外加直流電源，從而促使被保護的輸電線路接地裝置能夠與電源負極進行連接，并將輸電線路接地裝置切實轉化成為整個結構之中的應急措施，保障極化效應得以實現(xiàn)，也就能夠避免其中的金屬發(fā)生腐蝕。將陰極保護法應用于實際當中，需要以土壤的特性為依據(jù)，提升其使用方式的針對性，以強化電流的保護工作，同時也能夠為輸電線路接地裝置的后續(xù)工作打下良好基礎。

（三）要用質(zhì)量較好的高效降阻劑

降阻劑的選擇上也對接地裝置的防腐蝕有著重大的影響，降阻劑作為一種c 新型的降阻材料，可以進一步利用其自身的化學功能，實現(xiàn)對接地裝置的保護，使其金屬部分不受土壤和大氣環(huán)境的腐蝕。不同于土壤含有很所的酸性物質(zhì)，降阻劑一般擁有弱堿性的特點，而具備這個特點就能夠更好地保護接地電極，使其避免腐蝕；另一方面來講，降阻劑本身更具有易凝固的特點，能夠阻止土壤中的腐蝕液體融入金屬電極中，對接地裝置有一定的保護作用，避免對其產(chǎn)生腐蝕作用。高效降阻劑一般應用到土地電阻率較高的情況之中，通過高效降阻劑來對該場所進行防腐處理，進而確保電阻值符合國家的規(guī)范標準，防止超標狀況產(chǎn)生。通過現(xiàn)階段對其的應用顯示，采取合理有效的防腐措施能夠推動接地裝置接地電阻值的穩(wěn)定發(fā)展，使其電阻值符合標準要求，不會過于高影響接電裝置的作用的發(fā)揮。在這種情況下，也不容易出現(xiàn)腐蝕的情況。

（四）JR 納米碳防腐涂料的應用

JR 納米碳防腐涂料的導電性比較好，其是從石墨粉、鎳粉等涂料的涂刷經(jīng)驗和分析研制出來的一種防腐導電涂料。從物質(zhì)的結構來看，鎳粉是一種金屬晶體，在暴露在空氣中容易發(fā)生氧化，如果存在氧化問題將會導致導電性能受到極大的影響，使得導電功能喪失。而納米碳的組分為納米，即使長時間暴露在空氣中或者潮濕的地區(qū)也不會被氧化，因此相對來說納米碳導電涂料應用更合理。納米材料具有表面能大的性質(zhì)，因此納米導電以及納米成膜材料能夠與數(shù)量級相同的顆粒進行滲透，導致二者簡單的界面不清晰，這種情況下電解質(zhì)溶液沒有辦法向涂層進行滲透。因此納米技術相對于其他材料來說防腐導電性能更強。同時JR 納米碳的熱穩(wěn)定性更強，該納米材料是通過熱穩(wěn)定性實驗檢測合格的產(chǎn)品。能夠?qū)?0 千安以上或者雷擊電流沖擊耐受。

（五）架空導地線的防腐措施

架空導地線大多數(shù)是使用鋼絞線或者鋁絞線。導線受到空氣中水分、鹽類物質(zhì)以及化學成分與鋼芯發(fā)生反應，出現(xiàn)腐蝕。這種情況的腐蝕程度受到導線制造工藝的嚴重限制。導線腐蝕包含電化學腐蝕和化學腐蝕兩種。電化學腐蝕常出現(xiàn)在導線外層。如果空氣濕度逐漸增大，導線表面形成水膜，大氣中二氧化碳、氧氣以及其他物質(zhì)在水膜中溶解，構成了電解液的薄層。電解液薄層同金屬表面的氧化膜發(fā)生反應，發(fā)生了腐蝕。在導線內(nèi)部存在金屬電機電位差，鋁線鋼也會出現(xiàn)腐蝕。在鋁線受到腐蝕之后，導線表面會形成白色粉末，使得導線變脆，使其使用壽命不斷縮短。因此需要在鋼芯線和鋁之間刷涂有機材料，制作防腐蝕油脂，將腐蝕性氣體以及雨露對鋼線造成的腐蝕阻擋開來，從而讓鋼線壽命得以延長，使鋼線壽命可以和鋁線壽命匹配。由于防腐蝕油脂的加入，讓導線重量有所增加，經(jīng)過長時間的使用會造成導線老化。使用鋁包鋼芯鋁絞線取代鍍鋅鋼線，這樣導線承力和接觸金屬是同樣金屬，不會構成原電池，電化學反應自然不會發(fā)生。

（六）接地線防腐

接地裝置最容易被腐蝕的部分除地下部分，接地線腐蝕也非常常見，接地線一旦腐蝕可能會誘導接地裝置腐蝕，因此要想做好接地裝置的保護工作還應該重視接地線的保護。重點保護接地線連接點，統(tǒng)籌規(guī)劃好地下和水平接地裝置的管理，有效優(yōu)化腐蝕點位管理水平。在焊接工藝上不斷優(yōu)化，開展定期維護，實現(xiàn)優(yōu)化升級。

（七）鐵塔的防腐措施

在我國，輸電塔大多是鋼筋混凝土、鋼管桿、預應力混凝土電桿以及鐵塔等。鐵塔在最近幾年也常被使用。鐵塔由于常出現(xiàn)裂縫和銹蝕問題，使得輸電線路中鐵塔的使用受到限制。在出廠安裝之前對鐵塔表面進行熱鍍鋅的處理，能夠讓桿塔結構延長使用壽命。使用熱鍍鋅時，鋼鐵和鋅之間出現(xiàn)擴散構成了鋅鐵合金層，相比于涂料結合，這種結合更加牢固，即使暴露在大氣環(huán)境中，鋅層數(shù)也不會脫落[3]。如果鍍鋅層出現(xiàn)裂縫損壞，金屬鋅將會主動犧牲陽極保護裂紋位置的鋼鐵，這也是鍍鋅層具有的優(yōu)勢。鋅可以在酸和堿中溶解，熱鍍鋅層可以在一般大氣環(huán)境中使用。鍍鋅層在和空氣和水相接觸時，可以產(chǎn)生電化學腐蝕。在空氣潔凈區(qū)域，鍍鋅層可以維持很多年，在嚴重污染區(qū)域或者沿海區(qū)域，鍍鋅層使用壽命相對縮短。在表面刷涂防腐涂料也是一種常見措施，將防腐鍍鋅層清理掉之后，進行冷鍍鋅的防腐處理。將耐腐蝕材料刷涂在鐵塔底材之上，使防腐底材不會和腐蝕介質(zhì)形成直接接觸，避免鐵塔底材腐蝕。根據(jù)電化學的腐蝕理論，涂料防腐蝕能夠起到屏蔽作用，可以使用陰極保護、利用漆膜電阻效應，對鐵塔進行保護。在很多防腐工程中，根據(jù)金屬構件的形式選擇合適的涂料和配比，避免不合適的涂料影響到設備的運行。

四、結語

現(xiàn)代社會的經(jīng)濟建設和發(fā)展對于電力能源的需求越來越大，同時對電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量和供電安全性也有更高的要求。因此，為了保證電網(wǎng)的運行，為電力用戶輸送高質(zhì)量性能穩(wěn)定的電力能源，電網(wǎng)必須配備有相應的安全系統(tǒng)。變電站接地裝置的正常運行時電力系統(tǒng)安全系統(tǒng)中的重要組成，研究怎樣不斷加強對變電站接地裝置的腐蝕防護工作，是保證電力系統(tǒng)安全運行的重要舉措。