某输电线路地线腐蚀情况分析及寿命评估

叶建锋，邓德发，张 明，沈祎侬，熊 宇

（1. 国网湖北省电力有限公司电力科学研究院，湖北 武汉430077；2. 国网荆州供电公司，湖北 荆州434000；3. 湖北方源东力电力科学研究有限公司，湖北 武汉430077）

0 引言

架空地线在输电线路中起到防雷和电磁屏蔽的作用，由于其不承担输电功能，目前大部分架空地线都采用镀锌钢绞线［1］。架空地线常见的失效方式有雷击导致的断线、金具腐蚀磨损导致的掉线、地线腐蚀导致的断线以及地线材质不合格等原因［2-7］，其中，地线因腐蚀而导致的失效较为普遍，国内有大量研究导地线腐蚀行为和腐蚀原因的文献［8-16］，也有不少关于地线腐蚀监控和检测的相关研究［17-18］。

本文对某输电线路地线腐蚀情况进行分析，结合地线所处的腐蚀环境对地线的剩余寿命进行评估，同时提出了该地线后期的运维建议以及该腐蚀环境下新建输电线路的地线选型建议。

1 概况

某110 kV 输电线路投运于2009 年12 月，全长17.726 km，共66 基杆塔，全线导线型号均为LGJ-240/30钢芯铝绞线，地线型号均为双GJ-80镀锌钢绞线，地线的生产厂家为A公司。

2019年10月，该地线的运维单位采用无人机对线路排查时发现［19］，该线路地线普遍存在腐蚀现象，且有多处地线存在断股。

2 试验与分析

根据设计文件，该地线的性能参数如表1所示，适用标准为《YB/T 5004—2001 镀锌钢绞线》。

查阅该工程的原始资料，发现地线的抽检报告为A 公司所在地的质量监督部门出具的报告，报告显示该地线的尺寸、锌层质量、力学性能均合格。

表1 GJ-80地线性能参数Table 1 The parameter of GJ-80 ground wire

2.1 试验计划

该地线的运维单位截取了3 段地线，为分析目前该地线的腐蚀程度，计划对这三段地线进行表2 所示的试验。

表2 试验计划Table 2 Test plans

2.2 绞线直径测量

使用游标卡尺对绞线直径进行测量（每段地线取3 个截面进行测量，每个截面在相互垂直的两个方向各测量1次，取最小值），结果如表3所示。

表3 绞线直径测量结果Table 3 Measurement results of the diameter of stranded wire

从绞线直径测量结果可见，绞线直径的变化值未超过8%，满足标准DL/T 1424—2015的要求。

2.3 单丝力学性能试验及绞线力学性能计算

使用游标卡尺对绞线的单丝直径进行测量，使用50 kN万能试验机对绞线的单丝进行拉力试验（单丝直径测量方式与绞线测量方式相同），并按照标准YB/T 5004—2001计算绞线的拉断力，结果如表4～6所示。

当使用标准DL/T 1424—2015 的9.1.8 条判断时，需要将目前地线的拉断力与原始拉断力进行对比，原始拉断力参照抽检报告，为104.70 kN，由此可以计算，该地线第一段的拉断力为原始状态的79.04%，因此，若根据标准DL/T 1424—2015 判断，该地线不满足要求，需更换。

当使用Q/GDW 1168—2013 的5.21.2.5 判断时，需要将目前地线的拉断力与额定拉断力进行对比，额定拉断力为90.23 kN，由此可以计算，该地线第一段的拉断力为额定拉断力的91.72%，因此，该地线满足Q/GDW 1168—2013的5.21.2.5的要求。

表4 第一段绞线试验结果Table 4 Results of first stranded wire

表5 第二段绞线试验结果Table 5 Results of second stranded wire

当行标和企标的要求不一致的情况下，应执行其中较为严格的标准，即执行DL/T 1424—2015。

2.4 单丝镀锌层质量

使用称重法测量单丝镀锌层质量，由于第二层和第一层镀锌层均已消失，因此仅测量中心层的一根单丝的镀锌层质量，测量结果如表7所示，原始镀锌层质量参照抽检报告，为198 g/m²。

由此可见，该地线的中心层镀锌层质量相比原始值下降70%以上。

3 地线所处腐蚀环境及剩余寿命评估

根据该输电线路所处的经纬度，查阅腐蚀地图发现，该输电线路处于C4 等级的腐蚀环境。根据标准《DL/T 1425—2015 变电站金属材料腐蚀防护技术导则》，C4腐蚀环境下低碳钢的腐蚀速率为50～80 μm/a，锌的腐蚀速率为2.1～4.2 μm/a。

按照锌在C4环境下的腐蚀速率［20-23］，该输电线路地线最外层单丝镀锌层完全腐蚀所需的时间为6.6～13.2 a，而该输电线路运行时间为10 a，因此，出现最外层单丝镀锌层完全腐蚀属于正常情况。

表6 第三段绞线试验结果Table 6 Results of third stranded wire

表7 单丝镀锌层质量测量结果Table 7 Results of weight measurement of zinc coating

假设该地线在后续运行中，仅最外层单丝发生腐蚀（由于最外层单丝与空气的接触面较大，且面积均为单丝面积的一半，可以实现计算），计算过程为根据腐蚀速率计算每根最外层单丝经过一定时间后的剩余截面积，从而计算整线的剩余拉断力，则经过计算（最外层单丝已经失去镀锌层保护，故采用低碳钢的腐蚀速率进行计算），第一段地线在运行2.7～4.5 a 后，第二段地线在运行5.0～8.0 a 后，第三段地线在运行3.9～6.2 a后，其拉断将低于额定拉断力的80%，即不满足《Q/GDW 1168—2013 输变电设备状态检修试验规程》的要求。

当使用标准DL/T 1424—2015 评估其剩余寿命时，经计算，第二段地线在运行1.8～2.8 a 后，第三段地线在运行0.8～1.3 a 后，其拉断将低于原始拉断力的80%。

4 建议

4.1 该输电线路的运维建议

该输电线路的地线目前腐蚀严重，外层和第二层地线已失去镀锌层的保护，部分区段拉断力已经不满足标准DL/T 1424—2015 的9.1.8 要求，同时，经过估算，最快2.7 a 后，部分区段的拉断力将不满足《Q/GDW 1168—2013 输变电设备状态检修试验规程》的要求，因此建议尽快对该线路的地线进行更换。

4.2 相同腐蚀环境区域的其他地线运维建议

建议对处于该区域的其他地线进行数据统计，收集其型号、运行年限，评估其镀锌层腐蚀状况，并对经评估后发现镀锌层可能已经全部腐蚀的地线进行无人机巡检。

4.3 相同腐蚀环境区域后续新建、扩建、改建工程的

地线选型建议

建议在后续该区域的新建、扩建、改建工程地线选型时，先评估地线的腐蚀速率，结合线路设计运行年限，选择腐蚀寿命满足要求的地线型号，若镀锌钢绞线无法满足要求，可选择铝包钢绞线代替［24-30］，根据标准DL/T 1425—2015，在C4环境下，铝的腐蚀速率为锌的1/3，假设选用GB/T 1179—2017 中铝层最薄的铝包钢绞线型号JLB14-30，其铝层厚度约等于GJ-80（该地线的型号）镀锌层厚度的2倍，因此其使用寿命理论上可以达到GJ-80的6倍。