全国输电铁塔腐蚀情况调研

滕 越，聂元弘，缪春辉，陈国宏，金莎莎

(1.国网安徽省电力有限公司电力科学研究院，安徽 合肥 230601；2.国网安徽省电力有限公司经济技术研究院，安徽 合肥 230071)

在输电线路建设上，输电铁塔因为其强度高、韧性好、具有优秀的抗震与防风性能、造价低廉、外形美观等多个优点而得到了广泛的使用[1]。随着国内电网电压等级的不断升高，杆塔结构随之愈加复杂，输电铁塔几乎成为超/特/高压输电杆的不二选择。然而，输电线路的运行环境十分复杂，由于铁塔本身材料性质决定，其腐蚀不可避免，腐蚀会削弱铁塔的力学性能，出现铁塔构件截面减小、承载力降低等情况，尤其在腐蚀产生“锈坑”后，铁塔的脆性破坏可能显著增大，轻则影响铁塔耐久性、缩短铁塔使用寿命，重则可能引发输电线路安全事故，造成重大经济、社会影响。因此，铁塔运行维护的重要研究课题之一就是如何有效地进行腐蚀防护。

为了有针对性地对新建铁塔和在役铁塔实施可靠的一次、二次腐蚀防护措施，全面深入地对已投运输电线路铁塔开展腐蚀现状调研，并结合调研结果探索合适的腐蚀防护方法是一项重要而紧迫的任务。

2018年9月至11月期间，针对全国输电铁塔腐蚀情况开展了全面调研，收集了全国25个省、自治区铁塔自投运至9月期间的腐蚀案例。案例覆盖各污秽等级、大气环境及土壤类型。通过对全国铁塔腐蚀现状进行系统总结分析，梳理铁塔腐蚀防护措施和相关标准(技术规范)执行情况，提出铁塔针对性防腐蚀措施。

1 全国输电铁塔腐蚀情况总览

由图1可见，全国各省自治区铁塔腐蚀案例总数为793起，涉及到主材、塔脚等各部位，沿海与内陆各省无明显数量上的区别。

图1 全国输电铁塔腐蚀案例数量统计

图2 几种常见的铁塔腐蚀部位

图2展示了调研中发现的几种铁塔腐蚀现象，包括塔身主材腐蚀、塔腿连接板腐蚀、塔身辅材腐蚀等。其中，发生失效的案例有32起，主要是由于塔腿严重腐蚀导致的承重能力下降，塔身主材、斜材腐蚀导致原构件结构稳定性下降，失效案例占总腐蚀案例的4%。如果不能在早期监控腐蚀情况，一旦发生失效，将造成不可挽回的经济损失和安全危害。

2 造成腐蚀的主要原因

调研发现，在793起铁塔腐蚀案例中，如图3所示，由于环境恶劣造成的案例数量为532起，占总数的67%，是造成铁塔腐蚀的最主要原因，其次分别为初始产品质量低(10%)和维护质量低(6%)。剩余132起案例，由于缺乏论证，未能确认腐蚀发生的主要原因。就此现象，针对这些发生腐蚀的铁塔所处地区的大气环境和土壤环境进行了进一步调研。

图3 不同原因腐蚀案例数量

图4 不同大气环境腐蚀案例数量

3 铁塔所处大气类型

传统的大气腐蚀性分类方法按照工业大气、海洋大气、乡村大气、城市大气等环境进行分类，没有进一步考虑不同工业的区别、城市人口密度和所使用的能源等方面的差异[2,3]。本次调研将大气环境分为八类，分别为一般乡村、一般城市、工业污染、沿海、潮湿、干燥、酸雨、雾霾。调研全面概括了输电线路铁塔主要布局的大气环境，调查结果表明(见图4)，腐蚀案例数目最多的是一般乡村(47%)，远远高于排名第二的工业污染(22%)和第三的一般城市(13%)。分析造成此现象的原因为：

(1)有大量输变电线路建立在一般乡村地区，基数庞大，因而总案例数量多。

(2)乡村大气环境优良，但总体服役环境较差，往往存在排涝不良、土壤接触面积大等问题。

本次调研记录了大量服役环境恶劣的案例，如图5所示，在雨水丰富的夏季过后，很多地处乡村的铁塔，有10～50厘米的塔腿浸泡在水中，有些持续数月，加快了水气界面处塔腿的腐蚀速度[4]。另一些情况是塔腿被土壤和草丛覆盖，也将加剧腐蚀。按GB/T 19355.1-2016锌覆盖层 钢铁结构防腐蚀的指南和建议 第1部分：设计与防腐蚀的基本原则，当锌直接接触淡水时，有b级额外腐蚀，即将遭受轻微或中度额外腐蚀，特别是在暴露环境下浸泡在溶液中或埋没在潮湿的泥土中时，电解质长期桥接锌覆盖层和基材两种金属，双金属腐蚀的效果显著增加。

排在第二位的大气环境为工业污染，重工业地区大气中通常含有较多的腐蚀性气体，比如硫氧化物和氮氧化物。一方面，铁塔长期处于高腐蚀性污染气体环境中运行，势必造成腐蚀加剧；另一方面，酸性气体还会导致酸雨等恶劣气候现象，这些酸性物质会降低设备表面薄液膜的pH值，从而加剧材料腐蚀。

接下来按顺序排列是城市、沿海、潮湿、干燥和雾霾环境，城市出现腐蚀的主要原因仍与环境污染相关。有意思的是，与一般乡村、城市和工业污染相比，沿海、潮湿地区的腐蚀案例数量并不突出，这除了与基数较少有关外，有针对性地提升腐蚀防护标准也起到了关键的作用[5,6]。例如上海电力公司运检部门对110 kV线路进行3年/次的防腐处理，重腐蚀区域则缩短至1年/次。

通过对位于不同大气环境的铁塔腐蚀情况进行调研，有以下几点发现：

(1)一般乡村虽然大气环境优良，但由于整体服役环境得不到保障，出现大量腐蚀案例，部分腐蚀较为严重。

(2)工业污染和一般城市大气环境较差，特别是有部分酸雨、雾霾区域，腐蚀案例较多。

(3)沿海、潮湿地区腐蚀案例较少，可能与针对性防腐措施有关。

由此分析可以获知，现阶段重点防腐区域应为服役环境恶劣的乡村和大气污染严重的城市地区。针对前者，主要以排涝、除草等方式维护服役环境，缩短巡视周期，增加腐蚀监控，在雨季关注重点区域铁塔浸泡情况，对经常过水区域，增加塔腿二次防腐措施。针对后者，在国家防治大气污染大背景下，硫氧化物、氮氧化物排放量逐年减少[7]，在此基础之上，对仍处于重污染区域的铁塔实施整塔二次防腐处理，防止进一步腐蚀。总的来说，对已投运铁塔，增加腐蚀监控，经过评估需要进行二次防腐处理的，根据需要，进行二次防腐处理；对新建铁塔，除了在选址时尽量避开潮湿低洼地段和避免跨越化工厂、污水处理厂等地段外，对于无法避免的情况，应提高防腐等级。

图5 服役环境恶劣的铁塔

4 铁塔所处土壤类型

其后，针对不同土壤类型腐蚀案例进行了统计，根据调研结果(见图6)，发生在黏土地区的案例数量最多，有347起，占总量的47%。其次是砂石和盐渍土，分别占15%和12%。剩余五种土壤地区案例数量类似。研究表明[8,9]，金属腐蚀的速率与所在土壤的电阻率成负相关。在通常情况下，由于土壤的含盐量处于一定范围内，土壤电阻率随着含水量的增大而减小。黏质土具有含沙量少、保水性能好等特点，含水量相对丰富，加大了材料的腐蚀速度，当塔腿位于近黏质土的区域时，腐蚀案例数目明显增多。而砂质土质地不均匀、颗粒大、透气性好，位于部分地区的砂质土存在可溶盐总量高的现象，这是砂质土区域腐蚀案例较多的可能原因。盐渍土在沿海和内陆区域均有分布，沿海地区以氯化物为主，内陆地区则是氯化物和硫酸盐同时存在[10]。其中，Cl-浓度的升高将急剧加速腐蚀，是盐渍土导致铁塔腐蚀的主要原因。

由此可见，考察铁塔所处区域的土壤性质，对腐蚀防护也有重要意义。一方面，在铁塔建设前，应评价所处区域土壤腐蚀性。然而，目前尚未有相关标准规定涉及铁塔建设时对土壤腐蚀性评价的问题。在GB50021-2001《岩土工程勘察规范》中按地层渗透性水和土对混凝土结构的腐蚀性进行了评价，主要评价指标有pH值、侵蚀性(CO2)等。在铁塔建设相关标准中，增加类似土壤腐蚀性评价是必要的。另一方面，针对位于易腐蚀土壤区域的铁塔，已经发生腐蚀的，应采取措施避免塔身与土壤直接接触。值得注意的是，有案例显示部分增加了基础保护帽的塔腿，在塔腿与保护帽顶端连接部位，往往发生严重腐蚀，如图7所示，这与保护帽顶端排水性能、保护帽浇筑工艺、保护帽材质都有关联。

图6 不同土壤类型腐蚀案例数量

图7 保护帽拆除后的腐蚀照片

5 铁塔防腐涉及标准

现行标准、规定中，涉及到铁塔防腐要求的有20项，其中国家标准9项、行业标准6项、企业标准和规定5项。从部件角度划分，针对镀锌和涂装的标准和规定有14项，主要规定了在结构件表面热喷涂锌、铝及其他涂层的技术要求、试验方法等。特别是在《GB/T 19355.1-3-2016锌覆盖层 钢铁结构防腐蚀的指南和建议》、《DL/T 1424-2015电网金属技术监督规程》中对暴露在不同使用环境下的结构件所使用的防腐蚀方法提出了规定和建议，给出了在役金属部件的腐蚀防护或修复方法，对电网铁塔腐蚀防护具有指导性意义。针对杆塔母材的标准有三项，主要是《DL/T 1425-2015变电站金属材料腐蚀防护技术导则》规定了变电站金属材料的防腐蚀设计、制造及安装质量检验等防腐蚀技术要求。针对腐蚀评价、更换与修复的标准和规定有三项，其中，没有国家标准和行业标准，主要是《Q/GDW 1173-2014架空输电线路状态评价导则》附录A线路单元状态量评价标准规定了杆塔钢管塔材锈蚀情况的状态评价分级。从各省执行情况来看，现行标准规定主要存在以下问题：

(1)大多数标准以测定方法、试验方法为主，对各省公司而言执行难度较大。

(2)未有标准对杆塔材料的耐腐蚀性能提出明确要求，尤其是对位于不同土壤环境的铁塔没有区分要求。

(3)针对腐蚀评价的标准规定可执行性较差，判据较难观测，因此难以现场判断是否需要更换或修复。

6 结论

本次调研了全国25个省、自治区，取得了793起铁塔腐蚀案例，案例所处地区覆盖各种大气、土壤环境，具有一定的代表性，所得到的数据结果有一定的统计学意义。主要发现的问题有：服役环境恶劣的乡村和大气污染严重的城市地区是腐蚀案例集中地区；黏质土和砂质土地区腐蚀案例较多。结合目前铁塔整体腐蚀情况建议采取以下措施：

(1)加强对服役环境(包括塔基地面环境)恶劣的乡村和大气污染严重的城市地区铁塔的腐蚀状况监测，对已发生腐蚀的铁塔开展腐蚀程度评估和寿命预测，及时进行二次防腐处理或更换。

(2)绘制大气、土壤腐蚀分级地图，为金属材料的保护措施和长期维修方案的制定提供参考，据此制定细化的、可执行度高的铁塔防腐标准，从建设、维护、维修几个角度详细规定所用材料和防腐措施。