超高压输电线路杆塔接地装置腐蚀分析

唐 政，李碧君

（1.重庆市电力公司超高压局输电运维中心，重庆400039;2.重庆市电力公司杨家坪供电局线检中心，重庆 400015）

超高压输电线路杆塔接地装置腐蚀分析

唐 政1，李碧君2

（1.重庆市电力公司超高压局输电运维中心，重庆400039;2.重庆市电力公司杨家坪供电局线检中心，重庆 400015）

针对接地引下线和接地网的不同腐蚀环境，分析金属腐蚀的机理和影响因素，分别给出大气腐蚀和土壤腐蚀的防护措施。并结合输电运维中心的实际情况，探讨接地网断点和腐蚀的检测与诊断、直升机巡视腐蚀缺陷的识别以及特高压直流输电线路对邻近500kV线路接地装置的影响。

输电线路，接地，腐蚀

0 引言

接地是保障设备安全稳定运行的重大安全技术之一，输电线路杆塔接地装置是输电线路的重要组成部分，其作用是确保雷电流可靠泄入大地，保护线路设备绝缘，减少线路雷击跳闸率，提高线路运行可靠性。输电线路杆塔接地装置对电力系统的安全稳定运行至关重要，其主要由接地通道和接地网组成，如图1所示。超高压输电线路长期运行在野外，受到各种恶劣环境的侵蚀，使得输电线路杆塔接地装置极易受到严重的腐蚀破坏。因此，如何对输电线路杆塔接地装置进行规范管理和维护，确保接地装置的完整性并采取充分的防腐措施，成为超高压输电线路运行维护单位的重要课题。

图1 输电线路杆塔接地装置示意图

近年来，重庆市电力公司超高压局输电运维中心对所辖市公司第一条500kV输电线路洪板一线（由原1996年建设的洪陈一线，经板桥变电站π接后投入运行）进行接地装置定期开挖检查时，发现接地网腐蚀严重，部分杆塔接地网甚至锈断。

1 接地装置腐蚀情况

为了了解洪板一线接地装置的腐蚀情况，对其接地装置进行了定期开挖检查。

洪板一线设计施工时接地引下线采用厚5mm的扁钢，接地网采用直径10mm的圆钢。洪板一线142#、229#，接地网腐蚀严重，有的已经腐蚀断开，有的腐蚀后圆钢直径只有3mm，大部分钢筋腐蚀后，直径不足6mm，几乎导致地网失去作用，为此，巡视人员采取了对接地网断开的部分采用夹板临时固定的方法，后期再进行焊接处理。

根据巡视人员现场观察和中心技术人员的分析，洪板一线的腐蚀存在以下特点:

（1）接地装置的圆钢在土壤中的腐蚀以锈层形式发展。成层状、树皮状，使圆钢层状分离，即剥蚀。严重时大块大块的完全连续的锈层脱离圆钢本体。清除锈皮后，可以看到圆钢表面个别的或小区域内有深坑和麻面，出现小孔状腐蚀坑，呈点状弥散分布，即形成点腐蚀或点蚀。

（2）由于当时技术水平的限制，没有选择合适的防腐措施，造成了有效地网面积随着时间的推移逐渐减小，雷电流冲击时，使地网断裂或失去原有的泄流作用，易引发设备事故和人身事故。

上述这些接地网腐蚀问题直接关系输电线路的防雷效果。因此，必须引起高度重视，全面分析接地网腐蚀的成因，采取相应的预防和防护及改造措施，防患于未然。

2 接地装置的腐蚀和影响因素

2.1 接地装置的腐蚀环境

接地装置的腐蚀环境主要有两种，即大气腐蚀和土壤腐蚀。

金属材料的大气腐蚀主要是材料受大气中所含的水分、氧气和腐蚀性介质（包括 NaCl、CO2、SO2、烟尘、表面沉积物）的联合作用而引起的破坏。

而土壤腐蚀是指土壤的不同组成部分和性质对材料的腐蚀。由于土壤是一个由气、液、固三相物质构成的复杂系统，其中还存在着若干数量不等的土壤微生物，其新陈代谢也会对材料产生腐蚀。如果把气候、地区分布考虑进去，那么，即使是同一种土壤，腐蚀性大小也是不同的。由此可见，土壤腐蚀性的研究是一个非常复杂的问题。

接地装置中，接地引下线的腐蚀主要是大气腐蚀，而接地网的腐蚀主要是土壤腐蚀。而接地引下线进入土壤的部分，既有大气腐蚀的环境，又有土壤腐蚀的环境。

2.2 大气腐蚀的机理

温度和相对湿度是引起金属在大气中腐蚀的重要原因。当金属与比其表面温度高的空气接触时，空气中的水蒸汽可在金属表面凝结，即结露，这是金属发生潮的大气腐蚀的基本原因。当空气中相对湿度到达某一临界值时，水分子金属表面形成水膜，从而促进了电化学过程的发展，表现出腐蚀速度迅速增加，此时的相对湿度即为金属腐蚀临界相对湿度。金属表面如有微细的缝隙、氧化物、小孔、吸潮的盐类及灰尘等存在，由于毛细管的凝聚作用，其结露的临界湿度降低，这就是经常见到的钢铁构件的狭缝中，盖有灰尘的表面或有锈层处，特别容易生锈的原因。

2.3 土壤腐蚀的机理

土壤腐蚀属于电化学腐蚀，它和其它介质中的电化学腐蚀过程一样，因金属和介质的电化学不均一性形成腐蚀原电池，这是腐蚀发生的根本原因。实质上土壤腐蚀是水溶液腐蚀的一种特例。它受土壤的pH值、杂散电流、化学反应、电阻率和微生物作用的影响极大。氧和水是土壤腐蚀的关键因素。但因土壤介质具有多相性，不均匀性等特点，所以除了有可能生成和金属组织的不均一性有关的腐蚀微电池外，由土壤介质的宏观不均一性所引起的腐蚀宏电池，在土壤腐蚀中往往起着更大的作用。

与接地网腐蚀有关的土壤性质主要有:孔隙度（透气性）、含水量、电阻率等。而这些影响因素又是相互联系、共同作用的。

透气性较好的石渣土、风化石等粗粒无粘性土壤中的接地网腐蚀程度较轻。而在密不透气的粘土中，地网容易发生严重的腐蚀，粘性越大，腐蚀越严重。这是因为在氧浓差电池的作用下，透气性差的区域将成为阳极而发生严重腐蚀。而在透气性良好的土壤中也更容易生成具有保护能力的腐蚀产物层，阻碍金属的阳极溶解，使圆钢腐蚀速度减缓。

土壤中含水量对腐蚀的影响很大，土壤中的水份对于金属溶解的离子化过程及土壤电解质的离子化都是必要的。有资料表明，当土壤含水量很高时，饱和度大于95%，氧的扩散渗透受到阻碍，腐蚀减轻。当湿度降到10%以下，由于水份的短缺，阳极极化和土壤电阻加大，腐蚀速度又急速降低

土壤电阻率越小，土壤腐蚀也越严重。粘性土电阻率较低，地网处于此种土质中腐蚀较大，而石渣土等土质的电阻率较大，腐蚀较轻。

3 接地装置腐蚀的防护措施

3.1 大气腐蚀的防护措施

对于大气腐蚀，目前采取的防护措施主要有以下两个方面:

出厂安装前对表面进行热镀锌处理。热镀锌处理可使接地引下线获得较长的室外暴露使用寿命。热镀锌时，锌与钢铁之间发生扩散形成锌铁合金层，锌铁之间为冶金结合，比一般涂料结合更牢固，暴露在大气环境中的锌层数多年不会脱落。镀锌层有小的裂纹或损坏时，锌将以牺牲阳极的形式继续防止裂纹或损坏处的钢铁生锈，这是镀锌层比其他涂镀层优越的主要特点。大气中的主要污染物是SO2和NOX。试验研究表明，NOX对镀锌层的腐蚀不明显，SO2对镀锌层的腐蚀是主要的，其腐蚀过程主要是SO2湿沉降镀锌层下的电化学腐蚀过程。不同地点、不同时间进行的暴露试验研究表明，环境温度、湿度与SO2共同对锌腐蚀起作用，SO2污染是控制锌腐蚀的主要因素。工业城市大气以SO2污染为主，沿海地区海盐粒子（氯化物湿沉）是主要污染因素，森林和热带雨林地区空气较洁净，锌腐蚀属于潮湿的大气腐蚀。

现场运行一定年限后表面喷涂漆类防腐涂料，或去除原防腐镀锌而再次进行冷镀锌防腐处理。涂料防腐蚀已有很久的历史，以各种方法将耐腐蚀的材料覆盖在被保护的材料上使其不与腐蚀介质直接接触而免遭腐蚀的方法，结合金属的电化学腐蚀理论，涂料的防腐蚀作用主要有屏蔽作用、漆膜电阻效应、颜料的缓蚀作用和钝化作用、阴极保护作用。但在实际防腐工程中应根据防腐金属构件的性质和要求选择涂料的种类、品质和合理的材料及配比，以突出金属构件工作的特殊要求，避免涂覆材料本身及老化产物给设备安全运行带来不利的影响，以达到最好的使用及防腐效果。

3.2 土壤腐蚀的防护措施

对于土壤腐蚀，目前采取的防护措施主要有以下几个方面:

设计和基建时严格把关，接地装置的埋设地点应尽量避开腐蚀性强、严重污染的场所，且应尽量避开透气性较强的风化石和沙石地带，如确实无法避开，则应设法改良接地装置周围的土壤;

采用耐腐蚀金属材料和金属镀层。接地装置可采用某些合金钢和有色金属，以防止腐蚀，但由于费用增加较大，很少采用此种方法。接地装置也可采用钢材镀锌层来减缓腐蚀进度，目前在电力系统使用较为普遍;

对土壤腐蚀性较强或防腐要求严格的场所，接地装置可采取在其周围施加高效降阻防腐剂的方法进行防护。高效降阻防腐剂具有稳定降阻、良好防腐等优点;

采取阴极保护法，使金属构件做阴极，通过阴极极化来消除该金属表面的电化学不均匀性，从而达到保护目的。阴极保护是目前防止地下接地装置腐蚀的最有效方法之一，能够积极干预腐蚀反应，从根本上抑制电化学腐蚀的发生，从而彻底保护接地装置。

4 腐蚀问题的前沿课题

4.1 接地网断点和腐蚀的检测和诊断

接地网断点和腐蚀状态的诊断一直是电力行业面临的难题，由于接地网埋设在地下，以往工程上一般通过大面积开挖检查接地网的腐蚀情况。这种方法带有盲目性，工作量极大，影响电力系统的运行。一些专家学者对接地网的腐蚀诊断在理论上已有所研究，期望在无需进行开挖的情况下，获得金属腐蚀速度和腐蚀状态的信息，但诊断方法用于实际工程的一些技术问题还没有得到完善的解决。

4.2 直升机巡视中腐蚀缺陷的识别

重庆超高压局已经于2009年5月进行了首次直升机线路巡视。直升机巡检记录红外图像和可见光图像，分别对应热像巡视和可见光巡视。红外摄像设备的图像为红外图像，利用机载的热成像巡线设备，可以很容易的发现输电线路上发热类型的缺陷，如导线断股、接头接触不良等。同时可见光图像可以对此类发热缺陷起到辅助的定位作用。而对于非发热缺陷，则采用目视结合可见光图像采集等方式。

理论上，对于杆塔及金具锈蚀检查可以采用图像识别的技术，但对于输电线路锈蚀缺陷的研究识别，仍是现今图像处理中研究的难点。有关输电线路锈蚀缺陷识别的文章很少。而对于接地装置，只有接地引下线的外露部分的锈蚀检查具有可行性，但是输电线路在直升机的下方，所以航拍的输电线路缺陷图片，多为带有复杂背景的图片，且背景不固定。从图像处理的领域看，不固定复杂背景下的图像识别，难度更大。

4.3 特高压直流输电线路的影响

特高压直流输电是当前我国电力系统的热点问题，它有大容量、远距离输电的优点，但也会带来一些问题，比如对中性点接地变压器的影响、对金属管道和接地网腐蚀的影响，国内外对此已经有一些初步的研究。

±800kV特高压直流复奉线已于2009年12月24日成功带电，并将在今年4月商业运行，6月实现双极投运。输电运维中心负责巡视铁塔241基，在这部分区段内，有多处特高压直流与500kV走廊并行或跨越的情况。如494#～495#跨越了500kV隆泉一线16#～17#及隆泉二线17#～18#;±800kV直流复奉线494#和隆泉二线19#距离只有100m，距离在200m～300m的约有6基。这部分地区的500kV线路的接地装置则肯定会受到±800kV特高压直流线路的影响，其受影响的程度则有待实测和探讨。

［1］ 赵麦群，雷阿丽.金属的腐蚀与防护［M］.北京:国防工业出版社，2002.

［2］ 吴向东.500kV输电线路接地网腐蚀分析及防护措施［J］.腐蚀与防护，2002，（12）.

［3］ 王琨，胡学文，许崇武，等.接地网电化学防腐技术的应用研究［J］.武汉大学学报（工学版），2003，（4）.

［4］ 张秀丽，骆平，莫逆，等.接地网腐蚀状态电化学检测系统的开发和应用［J］.中国电机工程学报，2008，（19）.

［5］ 张波，赵杰，曾嵘，等.直流大地运行时交流系统直流电流分布的预测方法［J］.中国电机工程学报，2006，（13）.

The Corrosion Analysis of The Earthing Device of The UHV Transmission Tower

TANG Zheng，LI Bi-jun
（1.Transmission Operation and Maintenance Center of UHV Power Supply Bureau of Chongqing Electric Power Corporation，Chongqing 400039，China;2.Line Maintenance Center of Yangjiaping Power Supply Bureau of Chongqing Electric Power Corporation，Chongqing 400015，China）

Based on different corrosion environment of grounding down wires and grounding grids，this essay analyzes the mechanism and influencing factors of metallic corrosion as well as giving protective measures for atmospheric and soil corrosions.Moreover，this essay also discusses about the detection and diagnosis of grounding grid breakpoints and corrosions，helicopter corrosion recognition and the influence of the UHVDC transmission line on adjacent 500kV grounding device.

power transmission line;grounding;corrosion

TM726;TM862

B

1008-8032（2011）01-0072-03

2010-06-13

唐 政（1970－），工程师，研究方向:电力工程。