750kV线路铁塔腐蚀原因分析与防治措施
2016-07-25张鹏姜梅李炜高世刚何巍
张鹏，姜梅，李炜，高世刚，何巍
（国网甘肃省电力公司电力科学研究院，甘肃 兰州 730050）
750kV线路铁塔腐蚀原因分析与防治措施
张鹏，姜梅，李炜，高世刚，何巍
（国网甘肃省电力公司电力科学研究院，甘肃兰州730050）
〔摘 要〕介绍了某750kV线路铁塔塔材及金具被腐蚀的情况；通过实验分析了被腐蚀塔材的污秽成分，探究了该750kV线路铁塔塔材及金具被腐蚀的原因；最后从环评阶段、设计阶段、初期运行阶段对新建输变电工程提出了预防措施，并对已运行且长期暴露于大气环境中的输变电设备提出了治理措施。
〔关键词〕输电线路；铁塔；金具；腐蚀
0 引言
随着我国工农业生产的迅速发展，电力系统的容量也不断增大，输电电压等级也相应地由高压向超高压、特高压迅速发展，输电方式也由单一的交流输电向交、直流联网输电发展，电网的安全稳定运行成为电力行业工作的重中之重。并且，由于城乡工业的发展，化工、煤炭、钢铁、水泥等工业也日益飞速发展起来，导致大气及土壤环境日趋恶化，污染加重。
电力工业的发展以及局部地区大气污染的加剧，导致因电力设备腐蚀而引起的结构失效问题越来越值得重视。特别在重污染地区，由于化学腐蚀和电化学腐蚀，导致输电铁塔及其金具、导线的使用周期缩短，每隔2-3年就需要对杆塔进行防腐涂装处理，有的甚至需要整体更换，不仅浪费了大量人力物力，也存在引发安全事故的隐患。
1 线路腐蚀情况及污秽成分分析
1.1线路腐蚀情况
某750kV输电线路自正式带电投运以来，不到1年的时间，在线路巡视中，就发现烟沙Ⅰ线300-315号、烟沙Ⅱ线298-313号区段线路的铁塔塔材及金具有不同程度的腐蚀和氧化发黑现象。经对附近环境状况调查，发现该750kV烟沙I线308号塔左侧约1 000 m处有1个钒矿冶炼厂，其在生产过程中会排放大量废气和烟尘。
1.2污秽成分分析
1.2.1实验方法
为研究塔材被腐蚀的原因，对塔材上的污秽物进行定量化学分析。实验采用离子交换色谱、原子吸收等相结合的方法，对污秽成分中的阴、阳离子进行了分析。
（1）实验所用主要仪器如表1所示。
表1 实验主要仪器
（2）离子色谱分析条件。阴、阳离子成分分析采用戴安（中国）有限公司生产的ICS-1100离子色谱仪，其色谱分析条件如表2所示。
表2 离子色谱分析条件
（3）原子吸收分光光度计分析条件。重金属离子成分分析采用美国瓦里安（中国）有限公司生产的220FS原子吸收分光光度计，其分析条件如表3所示。
表3 分光光度计分析条件
1.2.2塔材污秽成分分析结果
对该750kV烟沙Ⅰ线303号塔取下的一段塔材进行实验室分析，结果分别如表4及表5所示。
表4 污秽的盐密、灰密
表5 污秽离子成分分析
由表4可知，在该750kV烟沙线运行不到1年的时间里，塔材上的灰密仅为0.000 9 mg/ cm2，数值较小，但等值盐密和电导率则分别为0.192 mg/cm2及1 519 μs/cm，数值均较大；说明塔材受可溶性盐的污染程度较高。
由表5可知，铁塔表面污秽成分阴离子中Cl-的浓度明显占优，其次是SO42-；阳离子中Zn2+、Ca2+和Na+的浓度明显偏大；以上离子是导致等值盐密及电导率偏高的主要原因。
2 线路腐蚀原因分析
基于钒矿的成矿特点，传统提钒方法主要有如下5种：
（1）高温直接浸出法；
（2）钠化法；
（3）钙化法；
（4）无盐焙烧酸浸法；
（5）无盐焙烧碱浸法。
据相关资料显示，在石煤矿中，钒主要以V3+存在于云母晶格中，因此石煤提钒一般需经矿石破碎→烘干→球磨→焙烧等预处理阶段，而后经过酸或碱浸出→萃取→反萃取→沉钒→煅烧等工序。钠化法是在焙烧阶段添加氯化钠、硫酸钠等钠盐，焙烧过程中由于钠盐分解产生大量Cl2和HCl等腐蚀性很强的有毒气体，治理难度大，容易对周围环境造成危害。而钙化法提V2O5工艺流程则包括钙盐制球→酸浸→固液分离→萃取、反萃取或离子交换→沉淀→NH4VO3热解等工序。
由以上工序可以看出，在钒的炼制过程中，需通过焙烧、酸浸取、压力提钒等一系列工艺。在焙烧工艺段需添加钠盐、钙盐等无机盐；在酸浸取工艺中需加强酸浸出后经过闪蒸冷却、萃取与反萃取等工艺过程。这些工艺过程会产生HCl、SO2等废气污染问题。HCl易溶于水并形成盐酸，SO2在氧化剂、光的作用下，能生成硫酸-硫酸盐气溶胶。由于盐酸及硫酸均具有极强的腐蚀性，因此导致该750kV烟沙线的铁塔、金具被严重腐蚀，影响线路安全运行。
另外，冶炼厂排放的废气会随着空气的流动附着在线路的绝缘子瓷瓶表面上，造成绝缘子上的等值盐密增加。由于氯化物的溶解度远大于含Ca2+、Mg2+的硫酸盐，当绝缘子瓷瓶表面上的污秽量积累到一定程度，等值盐密达到一定量时，在遇有大雾、阴湿等气象条件时，含有大量氯化物的污秽层经润湿后具有较强的导电性。因此，该750kV烟沙Ⅰ线300-315号、烟沙Ⅱ线298-313号区段存在绝缘子污闪事故的隐患。
3 防治措施
导致输变电设备腐蚀的原因十分复杂，如气候环境、材料选择以及加工和防护工艺等，但多数是由于大气环境污染所致。大气环境污染导致的输电线路腐蚀与污闪对电力系统的破坏是灾难性的，应防患于未然；需深入研究改进架空线路的防腐蚀及外绝缘水平，提出新的可靠防污技术。
防污工作是一个系统工程，应从设计、设备、运行维护、污秽盐密监测、污区划分图编制和修正等方面综合考虑，结合技术经济分析，以较小的投入获得最优的效果。因此，防治大气环境污染对输变电设备的影响应遵循“预防为主，防治结合，综合治理”的原则。
3.1预防措施
新建输变电工程的前期和初期运行阶段应采取以下措施。
（1）环评阶段。除评价噪声、电磁环境等污染对周围环境的影响外，还应评价周围环境的大气污染对工程的影响，尤其是附近工矿企业排放的特征污染物对输变电设备的影响；对变电站的选址及线路路径进行可行性分析，若能避让的尽量避让，无法避让的则提出安全防护距离。
（2）设计阶段。线路设计除根据污区图采用相应的绝缘和防污措施外，还应根据地区发展进行有针对性和前瞻性的设计。采用强度高、耐腐蚀的塔材和金具及耐污闪、憎水性好的新型复合绝缘子。
（3）初期运行阶段。建议输变电工程从运行初期就做好设备盐密和腐蚀等相关成分分析的记录和整理，对设备材料、防护方法进行专门的分类管理，以便为设备腐蚀防护和设备损坏预测及状态检修提供参考。
3.2治理措施
对已运行且长期暴露于大气环境中的输变电设备建议采取下列措施。
（1）加强污秽清扫工作及运行巡视，开展经常性的测试等技术管理，建立数据库，开展变电站腐蚀和污闪影响因素研究，正确绘制污秽等级区域图，不断了解线路经过地区污秽等级的变化，并及时调整相应的绝缘水平，涂刷防酸蚀的RTV涂料，提高塔材、金具及绝缘子的防污能力。
（2）对存在造成线路腐蚀及污闪隐患的厂矿，应及时联系地方政府及环境保护部门对其进行管理（关停或限期治理）。对在输电线路附近拟建、新建、扩建存在线路污闪隐患的厂矿，应禁止建设。
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收稿日期：2015-10-17。
作者简介：
张鹏（1983-），男，高级工程师，主要从事环境监测、环境影响评价、电网环保等方面工作，email：wushu1983@163.com。
姜梅（1969-），女，高级工程师，主要从事环境监测、环境影响评价、火电机组环保设施调试及电网环境保护监督管理工作。
李炜（1981-），男，高级工程师，主要从事电力系统环境保护、环境影响评价、工程调试及环保技术监督工作。
高世刚（1983-），男，工程师，主要从事环境监测、环境影响评价及及电网环境保护监督管理工作。
何巍（1984-），男，工程师，主要从事电磁监测研究工作。
