电力工程中金属接地引下线的腐蚀行为研究

电力工程中金属接地引下线的腐蚀行为研究

杨金波

身份证号码： 37028519891102****

摘要：随着经济和科技水平的快速发展，我国对电力的需求也在持续不断的快速增长。为了减少长距离输电线路上因输电电流过大而造成的电能损失，国家电网提出了以特高压为骨干的网架结构，这对接地系统的导电性能提出了更高的要求。而长期以来，我国接地网主要使用的是镀锌钢、扁钢、铜包钢等金属材料。由于接地网长期埋于地下，因此，一般在使用 3~7 年后就会因为腐蚀问题需要对接地网进行更换。若接地网的腐蚀情况比较严重，且不能及时对接地网进行更换，此时，接地网不能满足热稳定性，且由于腐蚀问题会导致接地网的整体电阻增大。当电力线路遭受雷击或发生短路故障时，电力线路设置的接地网不能快速将雷击电流或故障电流进行排散。当故障电流数值较大时甚至会烧断电力线路中所连接的电力设备，无法保证电力系统安全可靠的运行。

关键词：电力工程；金属接地；引下线腐蚀

引言

输电线路作为发电厂、变电站和用户之间的重要环节，主要用于输送电能，导线是其重要的组成部分。电力导线长期承受微风、环境温度等疲劳荷载并暴露在工业污染、盐雾以及潮湿空气等腐蚀环境，不可避免会产生疲劳损伤和腐蚀损伤。导线缺口处易于产生应力集中，在腐蚀环境下的疲劳强度是影响导线使用寿命的重要因素。腐蚀介质与交变应力的协同作用所引起的金属材料的提前开裂或加速破坏现象，称为腐蚀疲劳，其本质是电化学腐蚀过程和力学过程的交互作用，是一种非常严重的失效形式。对于输电线路的导地线而言，由于长期承受风、温度等交变荷载作用并暴露于污染严重的自然环境中，腐蚀疲劳破坏是其典型的失效模式之一。

1试验

1.1电化学腐蚀试验材料及土壤介质

在对材料进行电化学试验时，选取试验材料，将其加工成 40 mm×10 mm 的试样。然后利用切割机切割环氧树脂板，将环氧树脂板切割成长度适中，宽度为 15 mm 的环氧树脂条。将加工好的测试试样放置在环氧树脂条中，测试材料的背面与铜片进行可靠连接，然后利用热熔胶进行密封处理，只露出1 cm²的工作面积接触模拟土壤。然后用 600＃ 的水砂纸对金属试样进行打磨处理，使试样暴露出金属表面。再用丙酮除油、水洗、无水乙醇清洗后，烘干，置于干燥器中备用。由于我国地质环境复杂，不同地区的土壤条件差异也很大。为了保证电化学腐蚀试验结果的准确性，本文选取的基础试验土壤是华北平原土壤，按照土壤中含有的基础物质和比例进行配置。华北平原土壤中含有的基础物质种类（参照 GBW07401 土壤成分分析标准物质）和比例分别为二氧化硅（65%），三氧化二铁（12%）、三氧化二铝（5%），剩余 18%的其他物质按照 3 种主要元素的比例进行分配。然后在土壤中分别加入适量的氯化钠制备氯离子质量分数为 0、0.5%、1%、1.5%、2%的试验土壤。

1.2试验设备及装置

传统的疲劳试验直接采用疲劳试验机对单根试样施加疲劳荷载，此时试样被夹持在疲劳试验机的两个夹具之间。直到单根试样发生疲劳破坏以后，才能对下一根试样继续进行疲劳试验。当试件数量和加载工况较多时，将耗费大量人力、财力和时长。因此，本文设计了一种新的疲劳加载装置，来实现对多根导线同步施加疲劳载荷。包含了三个部分。第一部分由疲劳试验机INSTRON 8802、自带的计算机1和大量程的液压千斤顶(简称为HJ1)组成。HJ1被竖直放置在疲劳试验机的两个夹具之间，通过油管和分流阀对第二部分施加总的疲劳荷载。通过在计算机 1 上手动设置，可以准确获取总的疲劳载荷的幅值和频率等信息。HJ1 内部油量由液压手动泵提供。直到 HJ1 内部活塞完全弹出，表示气缸油已满，此时关闭分流阀的进油阀。多通道分流阀的各出油阀开关控制与各根导线相连的油管中油的收放。油管中总的油压等于疲劳试验机提供的总的疲劳载荷除以 HJ1 油缸的横截面面积，这个油压通过分流阀等值地分配给与第二部分相连的各个油管。

2电力线路接地网腐蚀防护途径研究

2.1材料形貌观察及腐蚀速率

对材料进行 180 天的埋片试验后，利用显微镜观察 3 种金属材料与石墨材料偶接后的宏观形貌。镀锌钢、304 不锈钢、铜包钢与石墨基柔性接地体连接后在 NaCl 溶液模拟土壤介质中的宏观照片。镀锌板的腐蚀主要是红色的氧化物，边缘腐蚀较为严重，并伴有溶解腐蚀。对于铜包钢，可以观察到铜包钢的表面出现了大量的铜绿，主要以点腐蚀为主，腐蚀产物阻止了铜进一步的腐蚀。

2.2腐蚀疲劳耦合工况下溶液浓度对导线寿命的影响

相同应力范围下，无腐蚀作用的导线疲劳寿命最长，当腐蚀溶液的 pH 值相同时，受浓度为 0.5%NaCl 作用的导线的寿命最短。可以看出，当腐蚀溶液浓度增加时，导线寿命并不会缩短，即溶液浓度跟寿命并不呈现负相关。究其原因，可能是氯离子浓度过高，抑制了溶液中氧的溶解及扩散作用，使溶液对导线的腐蚀作用减弱所致。当应力范围等于 360 MPa 且腐蚀溶液 pH 为 7 时，受3.5 wt%浓度、0.5 wt%浓度的 NaCl 溶液作用的导线的寿命较无腐蚀导线皆缩短了 16%。当应力范围等于360 MPa 且腐蚀溶液 pH 为 3 时，受 3.5 wt%浓度、0.5 wt%浓度的 NaCl 溶液作用的导线的寿命较无腐蚀导线寿命分别缩短了 26%和 36%。

2.3电缆防腐蚀

（1）若电力电缆规模相对比较小同时周围没有电源情况下，应加大对阴极保护法在其中的应用力度，以此起到保护电力电缆中接地装置的作用，并分析腐蚀电流，评估电力电缆防腐成效，将细节中可能存在的问题进行相应处理，以此确保电力电缆防腐蚀性能的可靠性；（2）在进行电力电缆防腐蚀处理工作时应用阴极保护法，需要借助计算机三维空间对采用该方法前后的电力电缆电位曲线、腐蚀故障率曲线等进行相应的绘制，通过对绘制出来的三维空间图进行分析其中可能存在的问题，然后根据问题采取相应措施进行解决，与此同时，还要对阴极保护法在电力电缆防腐处理中的应用情况进行相应的分析和记录，以此进一步提升对电力电缆的保护成效；（3）在保护电力电缆所处区域接地装置和塔基过程中，相关工作人员应对阴极保护法的应用给予高度重视，在处理过程中，充分分析其中所使用的构件金属材料阴极和阳极电位，并将电位产生的极化作用考虑其中，这样做的目的在于促使电力电缆中金属阳极不断极化，以此获取更负电位，通过这种方式来降低腐蚀对电流带来的影响，起到对电力电缆的保护作用，以此减少电力电缆发生腐蚀情况。

2.4防止电化学腐蚀问题反复出现

建议相关负责人员应该采取涂沥青漆处理方法，针对地面入土处以及水平接地体之间进行处理。除此之外，对于腐蚀问题表现较为严重的粘土环境，应该优先利用金属防腐技术方法，重点针对接地地下引线进行金属保护层处理。必要时，也可以借助加入稀土元素的圆钢进行防腐防护处理。如此一来，电力线路接地网腐蚀问题基本上可以得到有效缓解。

结语

随着疲劳荷载应力范围的增大，导线寿命均显著降低，且导线在预腐蚀、腐蚀疲劳耦合作用下的寿命皆比空气中的寿命显著降低。对比两种作用方式下的试验结果分析得知，腐蚀疲劳耦合作用对导线破坏的促进作用远超过疲劳和腐蚀单一作用下的结果。延长电力电缆的使用寿命。基于以上相关部门应加大对阴极保护法的应用力度，以此将其特有的应用功能发挥于电力电缆实际应用中。

参考文献

[1] 彭宇. 牺牲阳极的阴极保护法在电力系统接地体防腐中的应用[J]. 能源与节能, 2020, 000(003):P.191-192.