220 kV变电站选址环境检测及腐蚀试验分析

郭军科，宋 卓，卢立秋，林 琳

(天津市电力科学研究院，天津 300384)

某供电公司所属待建的220 kV变电站位于城市的城郊结合部，新站选址北面和西面分别有一条河沟，两条河沟交汇于选址西北方向100 m附近，选址南部300 m处有一个电镀厂，电镀厂处理后的废水排入河沟，造成了新站选址周边水域污染；同时在新站选址东部400 m处有一生活污水泵站，泵站主要功能是把当地附近工厂和居民区的生活废水输送到污水处理厂。通过多次实地勘察、调查和分析，发现待建变电站选址周边水体水质发黑，同时据泵站运行控制人员介绍，在中继泵开启或天气炎热的时候，泵房周边大气中有明显的异味。由于曾经发生过室内变电站受周边污水处理厂严重影响的事例[1]，为评价电镀厂排放污水和泵站挥发性气体对待建变电站金属构件和地埋件造成的腐蚀程度，避免变电站建成投运后设备具有安全运行隐患和造成巨额投资浪费，因此对新站选址所处环境进行了试验检测并判断其腐蚀影响。

1 环境检测

试验检测的主要内容为：对新站选址地进行多点多次空气采样，进行硫化氢、氨气和二氧化硫气体检测分析；在合适位置采集土壤进行检测分析，分析土壤中的有害组分含量和挥发可能性；对附近的地表水和地下水进行检测，分析其造成腐蚀影响的物质；将检测数据与相关国家和行业标准进行比较。制作腐蚀指示片，处理、称量后埋在相应位置土壤中和悬挂在空气中进行环境腐蚀情况检测评估。

试验检测的依据主要有：GB 50021《岩土工程勘察规范》、GB 15262《环境空气二氧化硫的测定甲醛吸收-副玫瑰苯胺分光光度法》、GB/T 14678《空气质量硫化氢、甲硫醇、甲硫醚和二甲二硫的测定 气相色谱法》、GB/T 14679《空气质量氨的测定次氯酸钠-水杨酸分光光度法》、GB/T 15618《土壤环境质量标准》和GB 11889-GB 11915《水质》系列标准。

1.1 大气检测及分析

不同时间在新站选址地面1 m处进行3次大气检测，数据见表1，选取某空旷农田变电站大气作为参比，数据见表2。气体污染物浓度由对应液体药剂吸收后根据相应试验方法测得。为减少测量数据的偏差，每次检测选4个采样点，每个点进行2次平行测量，试验所得数据之和除以8得到以下各数据。

由表1可以看出，一定风向条件下新站选址处于生活污水泵房下风口，天气炎热时，大气中的污染物气体的质量浓度要高于其他气象条件时。从表1和表2进行对比也可以看出，表1大气中的H2S、SO2的质量浓度均明显高于表2中某空旷农田处变电站大气对应值的质量浓度。除NH3外，H2S的质量浓度高于GB 14554《恶臭污染物排放标准》中规定的环境污染物三级控制标准值，大气中的SO2明显超出GB 3095《环境空气质量标准》中的二级日平均标准值3～4倍，并且超过了三级日平均标准值。

表1 新站待建地址大气测量数据 mg/m3

表2 某空旷农田处变电站大气测量数据 mg/m3

经验表明[2]，大气组分中的SO2和H2S气体除了会对铁、铝、铅等金属造成腐蚀外，对铜的腐蚀尤为严重。原选址大气中的含硫化合物明显偏高，将与变电站金属物质发生化学和电化学反应。铜材料与SO2、SO3或H2S作用形成黑色附着物或浅绿色斑块，铁材料表面发暗，铝材料表面也变得疏松多孔，铅将会有很高的腐蚀速率。在待建变电站中，除有外护层保护的材料不容易受到腐蚀外，断路器、接地开关、接地铜排、继电器连接线等金属裸露部位，均会受到大气环境的明显影响。

1.2 土壤检测及分析

取100 g现场土壤样品(地下90 cm)，放入500 g除盐水(电导率<0.3 μS/cm)中，充分搅拌30 min，静置沉降2 h，取其上层清液(过滤后)进行水质项目测试。土壤样品测试结果见表3。

表3 土壤样品测试结果

取地下90 cm处土壤样品，自然风干，研碎，用碱溶解后测定其中金属离子的质量分数，见表4。

表4 土壤中重金属离子的质量分数 mg/kg

从表3、表4中可以看出，新站选址处土壤含盐量明显高于市区变电站(参比站1)、大幅小于临海变电站(参比站2)，但受环境影响，硫化物的质量分数要高于其他2座变电站，且含有大量重金属污染物，其中汞和铅的质量分数超过了GB/T 15168中土壤环境二级标准值，总铬的质量分数超过三级标准值要求。

因此，原选址土壤环境中含有较多的硫酸根、氯根、硫化物以及其它重金属离子，将对接地网、钢筋、地埋电缆等地下材料具有很强的腐蚀性。

1.3 水质检测及分析

从水源的外状来看，选址处地表水为浑黑色，味腥臭，地下水过滤后较清澈透明。取选址土壤地下水(地表面下120 cm处)，经过滤纸过滤，将附近地表水与土壤地下水按照1∶1进行混合，对混合水样进行检测对比(参比水样为该地区的正常地下水水质)，试验数据见表5。

表5 水质检测结果

从表5分析检测数据来看，地表水和地下水按照1∶1混合后，与本城郊结合部地域的地下水水质相比较，具有较高的电导率，较高的硫酸根离子和氯离子密度，特别是水中NH3-N密度很高，表明该污水具有丰富有机物。因此，原选址水环境中含有的硫酸根、硫化物和富有机物成分，将对钢筋混凝土基础、沥青覆盖层、高分子聚合物等地下材料，以及金属塔基等近地表面材料将有明显的腐蚀影响。

2 腐蚀试验

2.1 地埋腐蚀片

2.1.1 试验条件

为评价选址地土壤和水土混合物对金属材质的腐蚀作用，采用经典的质量损失方法进行地埋腐蚀指示试验。

埋样周期：90天；埋样腐蚀片材质：黄铜、紫铜、铸铁、A3钢；埋样地点：共6个点(遗失1处)；埋样深度：地面下50 cm。

2.1.2 试验过程

制作不同材质标准腐蚀指示片，确保金属表面光洁度；挖土埋下后记录好时间；埋置周期到达后取出试片；腐蚀指示片的处理：用清水冲洗干净后，用8%硫酸+0.4%缓蚀剂的热酸洗溶液进行清洗；用无水酒精干燥处理后称重。同时进行空白试验。

2.1.3 试验结果(见表6)

表6 地埋腐蚀挂片的质量减轻情况

表6中地埋指示片数据表明，碳钢腐蚀速率在“小(<0.05 mm/a)、中(0.05～0.2 mm/a)、大(0.2～1 mm/a)、很大(>1 mm/a)”4个等级分类中，属于腐蚀性“大”这一等级，铜质材料腐蚀同样明显。

2.1.4 试验分析

通过对比新址选址和某办公地(作为自然环境空白对比值)的指示片腐蚀质量减少情况来看，由于新址选址土壤中具有较高氯离子和硫离子含量，待建变电站的地埋腐蚀挂片中铜材和A3钢腐蚀速率大大高于自然环境。

2.2 悬挂腐蚀片

2.2.1 试验条件

腐蚀片材质选用紫铜和A3钢，表面光洁度同地埋腐蚀片。

2.2.2 试验过程

除地埋腐蚀片外，在待建站选址处附近的铁塔上2处位置悬挂指示片，材质为黄铜(表面积90 cm2)和碳钢(表面积28 cm2)，悬挂前指示片表面光洁无任何附着物，在空气中悬挂1个月后取回。

2.2.3 试验结果及分析

指示片表面外观有明显变化，铜材表面变为蓝黑色，碳钢表面锈蚀。对铜材表面的腐蚀产物进行元素分析检测，结果见表7。

表7 铜材表面腐蚀产物的原子组成比例 %

表7数据表明，表面腐蚀物的主要原子有铜、硫、碳、氧、氮，因此铜材表面腐蚀基本组成为Cu2(OH)2CO3、CuS、Cu2S和铜氨络离子，从铜材挂片表面颜色为深蓝偏黑色也验证了这一点。

3 结论及建议

通过待建变电站原选址地的大气、土壤、水体等因素的分析检测，以及采用腐蚀地埋片和大气挂片等手段，对变电站选址环境进行了环境检测和试验分析，评价了环境对金属材料的腐蚀影响。与参照对象进行对比并参考相关标准规程后，认为该选址环境条件恶劣，将对变电站高压输电线、输电线铁塔及镀锌层、变电站接地网系统、变电站金属外表面和接头等都具有显著的腐蚀倾向，不能保证变电站的安全稳定运行，故该变电站在距原选址地2 km异地而建。

新建变电站应考虑环境因素对变电站设备的腐蚀情况，在选址时应注意：引起电力设施腐蚀问题的因素不仅跟电力设施直接接触的介质有关，而且与设施的周边环境因素(如大气环境、气候条件、水体及土壤)有密切关系。因此，开展环境土壤、水质和大气等可能造成电力设备(包括设备设施的金属和非金属构件)发生腐蚀的各种因素的检测评价工作，对待建及运行变电站有重要意义。

参考文献：

[1] 李 兴，郭军科.35 kV室内变电站铜材腐蚀的原因分析与对策[J].腐蚀与防护.2004,25(3)：133-134.

[2] 天华化工机械及自动化研究设计院.腐蚀与防护手册：腐蚀理论、试验及监测[M].2版.北京:化学工业出版社，2009.