输电铁塔塔基腐蚀原因分析

季 坤，陈庆涛，陈安生，晏嘉陵

1.安徽省电力公司生产技术部，安徽合肥，230022；2.安徽省电力科学研究院，安徽合肥，230601

某供电公司巡线工作人员巡查时发现某220 kV输电线路部分拉线门型输电铁塔塔基存在不同程度腐蚀，对输电线路安全运行构成了威胁。

1 检查情况

拉门塔外形拉线门型直线塔左腿右后侧主材及螺栓腐蚀严重，左腿右前侧主材及两侧拉线锚杆轻微腐蚀，其余部分拉线门型直线塔后方右侧拉线锚杆腐蚀严重。本文以塔基主材腐蚀严重的拉门塔为研究对象，进行超声波测厚、金相组织检验和应力分析。

2 试验分析

2.1 超声测厚检测

利用26MG型超声波测厚仪对该铁塔进行了测厚检测。检测结果显示，主材和斜材厚度符合要求，但右后侧主材腐蚀严重，减薄明显，形成了长约为45 mm、最大宽度约为12 mm的腐蚀穿透区域，严重削弱了主材承载能力。

2.2 有限元应力计算

为了对比拉门塔左腿右后侧塔腿主材腐蚀前后应力变化，对塔腿主材进行有限元简化分析计算。

拉线门型直线塔是由塔头、主柱、拉线组成。塔头和主柱一般由角钢组成的空间桁架构成，有较好的整体稳定性，能承受较大的轴向压力。拉线一般用高强度钢绞线，能承受较大的拉力。主柱在轴向压力与横向载荷共同作用下工作[1-3]。

由上分析可知：塔腿主要承受竖直方向的垂直载荷(主要包括铁塔、导线和覆冰等自重)以及横向载荷(主要是指不平衡导线张力、风载荷等)所引起的弯矩。由于拉线和门型构架分别由拉线张力的横向分量和横担与主柱连接点抗弯共同提供侧向抗力，所以建立模型只考虑垂直重力载荷，并假设加载在主材的垂直载荷为G，主柱的风载荷为P，主材根部固定于塔基上。由于该线路使用年限较长，设计图纸缺失，故本计算只作近似计算，以说明在相同载荷条件下，塔腿腐蚀和未腐蚀两种情况下塔腿处应力分布情况。具体模型角钢尺寸现场测量为小于60 mm×60 mm×6 mm。

通过对比计算塔腿主材腐蚀前后的等效应力变化发现：未腐蚀时应力最大位置是根部背弯面，腐蚀时应力最大位置在腐蚀区前部。在一定垂直载荷和横向载荷作用下(此处载荷仅考虑自重和风载)，腐蚀后主材根部出现应力集中，其等效应力为296.3 MPa(接近Q345屈服强度)，是未腐蚀时根部等效应力(约为41.4 MPa)的7倍多。这是因为腐蚀形成的穿透造成主材承载有效面积减少，形成应力集中，是结构中的薄弱点，易导致整基铁塔失稳。在极端载荷条件(覆冰或断线或大风气候等一种或几种工况组合情况)下，主柱塔腿将承受更大的弯矩作用，主材根部承载的荷载更大。

2.3 金相组织分析

为了更清楚地了解铁塔金属部件锈蚀后组织变化情况，对塔腿存在腐蚀的加劲板进行了金相检验。

该塔腿加劲板显微组织为“铁素体+珠光体”，晶粒度为7～8级，显微组织正常，金相检测面显示表面腐蚀形态为点状腐蚀(麻坑腐蚀)，腐蚀形式以梳状向基体扩展，磨去表层腐蚀产物后腐蚀坑彼此未连接成片，且腐蚀深度较浅，不会对基体强度产生大幅度的影响。

3 结 论

(1)通过检查发现：塔基腐蚀主要存在于界面部位，如塔基与水泥基座、锚杆与泥土等。其形成原因是氧浓度差导致的电化学腐蚀。由现场检查的情况看，塔基锈蚀主要是因为排涝不及时，金属构件浸于雨水或泥土中，在土壤出土端或水面由于氧浓度差形成浓差电池，阳极溶解速度明显大于其余表面阴极溶解速度，因而发生腐蚀，从而导致部分塔基锈蚀(特别是主材、连接螺母)，严重威胁线路安全运行。从金相检查结果看，未腐蚀基体强度无明显影响，如基体强度满足设计条件，只需对腐蚀部分进行清理，并采取防腐处理。

(2)对于锈蚀严重的拉门塔左腿右后侧主材，建议更换主材(如时间不允许可考虑临时可靠加固)及连接螺栓，并应做好防腐措施，防止锈蚀进一步加剧。补强方法可考虑碳纤维缠绕补强(有时效性，后期还需处理)或进行等截面补强。如条件允许，宜按原设计图纸进行更换。

(3)对塔基进行排涝处理，特别是对位于塔腿根部与基座的交界面，应修建排水系统，防止雨水或泥土聚集形成氧浓差电池而产生腐蚀，削弱输电铁塔塔基承载能力，威胁铁塔安全运行。

参考文献：

[1]东北电力设计院.电力工程高压送电线路设计手册[M].北京:中国水利电力出版社，1991

[2]刘树堂.输电杆塔结构及其基础设计[M].北京:中国水利电力出版社，2005

[3]刘树堂.横向垂直载荷共同作用下拉门塔的工作特性和设计计算[J].中国电力.1999，8(32)：28-31