输电铁塔的腐蚀特性和防护

刘纯，陈军君，陈红冬，彭继文

(湖南省电力公司科学研究院，湖南长沙 410007)

随着电力的发展以及局部地区大气污染加剧，电力设备腐蚀引起结构失效问题越来越值得重视〔1-3〕。特别在重污染和酸雨地区，输电铁塔及其金具、导线化学腐蚀和电化学腐蚀缩短了其使用周期，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，不仅浪费大量财力物力，也有引发安全事故之忧。

湖南省株洲市铜清地区南临湘江，东西两侧多为山陵，周围植被茂盛，气候湿润。该区域有化工厂矿企业100余家。2007年清水塘区工业废气污染物按等标污染负荷大小排序为SO2、烟尘、粉尘，其中SO2等标污染负荷分别占全市工业废气污染物负荷总和的67%，属于典型的E级污秽区。该区域内电力设备密集，有110 kV及以上变电站8座、输电线路22条，10 kV配电线路30余条。该地区绝大部分输电线路铁塔都做过防腐处理，但不足5年铁塔就腐蚀严重。

1 腐蚀特征分析

1.1 铁塔的腐蚀是局部的、不均匀的

在株洲市铜清地区并不是所有的铁塔都存在腐蚀，而且腐蚀程度也不一样。有的输电线路铁塔腐蚀较严重，有的仅轻微腐蚀。对于存在腐蚀的铁塔，大部分塔材未见明显腐蚀，只有小部分塔材存在严重腐蚀;腐蚀严重的塔材仅为局部腐蚀。另外，铁塔上部塔材腐蚀程度较下部塔材更严重，在铁塔横担部位存在斜材腐蚀断裂现象。

1.2 铁塔的腐蚀主要发生在辅材、斜材和联板

铁塔主材的材质为Q345，斜材和辅材材质为Q235，主材的规格较斜材和辅材的规格大。通常，主材腐蚀现象并不多见，即便是有些主材防腐涂料剥落，由于其镀锌层较完好，并没有发生腐蚀。而少数的斜材、辅材和联板并无涂料脱落，却存在严重腐蚀，且腐蚀扩展区域较大，造成塔材锈蚀减薄、缺口、穿孔等。

1.3 腐蚀主要从部件边角、防腐涂层孔隙处开始

铁塔的斜材、辅材最初腐蚀的部位一般是角钢的边角部位，一方面边角处防腐涂层和镀锌层均较薄弱，另一方面防腐涂层在涂刷时因厚度控制不当易在边角处产生应力收缩而出现裂纹等缺陷，再者塔材的下缘边角和连接边角处容易滞留水分，如图1，2。

图1 铁塔辅材、斜材和联板腐蚀图

图2 铁塔辅材、斜材边角腐蚀图

螺栓和踏脚钉也易腐蚀。螺栓的腐蚀一般发生在两端面和螺纹部位。踏脚钉的腐蚀较均匀。但是若螺栓防腐处理时涂刷密封好就没有腐蚀发生，如图3。

图3 螺栓、踏脚钉腐蚀图

在铁塔塔材运输、施工过程中，容易造成局部表面镀锌层破坏，这些地方也是腐蚀易产生部位。

1.4 防腐涂料选用不当或涂装不良易造成缺陷

由于以前防腐涂装不够规范，缺乏有效的质量控制，产生了许多涂层缺陷，没有起到应用的防腐效果，如图4。

目前输变电设备常用防腐涂料为红丹漆、醇酸磁粉漆、环氧树脂、铁红防锈漆等，这些涂料有很好的耐蚀性，但应考虑与镀锌件的相容性。红丹漆属油性涂料，会与镀锌层白锈 (碱性氧化物)发生皂化反应，降低附着性而剥落。另外由于涂装厚度没有统一标准，导致涂层厚薄不均，局部厚度超过400μm，极易开裂。另外涂装过程缺乏有效的质量控制，导致涂料成膜后产生较多缺陷，常见的有橘皮、起泡、流挂、龟裂等缺陷。

图4 防腐涂层缺陷图

1.5 输电设备的腐蚀为酸性腐蚀

对铜清地区智成化工厂、叶子冲变电站、铜塘湾变电站和清水塘变电站等4个有代表性地点附近的大气成份进行了监测，结果如表1。

表1 大气成份取样检测结果

按照国家GB3095《大气环境质量标准》中二级标准，日平均浓度的限值为:二氧化硫0.15 mg/m3，氮氧化物0.10 mg/m3。上述测点二氧化硫严重超标，智成化工厂、叶子冲变电站测点二氧化氮在不同的时段超标。二氧化硫、二氧化氮均属于酸性污染源，一方面易形成水溶性酸为腐蚀提供电解质环境，另一方面与镀锌层保护膜生成可溶性盐而致保护膜流失，从而加快腐蚀速率。

2 腐蚀原因分析

2.1 大气中酸性气体是造成腐蚀的主要因素

该地区由于工矿企业多，大气中含有较多的腐蚀性气体，最主要的是SO2。输变电设备金属构件的腐蚀是大气条件下的电化学腐蚀，SO2起到双重作用:其一，易形成水溶性硫酸盐，为腐蚀的发生提供电解液;其二，与锌的氧化保护膜反应，加速镀锌层的腐蚀溶解。

反应式如下:

首先镀锌层与空气中的氧反应生成氧化膜;然后锌氧化膜与空气中的水反应生成氢氧化物 (白锈);锌的氢氧化物与空气中的二氧化碳进一步反应生成碱式碳酸锌，该物质属于微溶物质，且较致密，减缓了腐蚀的速度，起到了腐蚀防护作用。但由于二氧化硫等酸性气体的存在，与碱式碳酸锌生成可溶性的硫酸盐，破坏了镀锌层的保护膜。

2.2 镀锌层损坏处和塔材边角部位是腐蚀起源点

腐蚀的发生是由点及面的形式，一旦出现锈蚀产物，将更容易吸收水分，形成有利于腐蚀的电解液环境，如此构成了恶性循环。金属构件上的镀锌层如果存在热镀缺陷，或者在运输安装过程中碰撞摩擦而损坏，又没有及时进行修补，将成为腐蚀源，引起周围部位的腐蚀。

塔材边角部位一方面镀锌层易破坏，另一方面涂料层由于应力收缩在此处最薄弱，而且容易吸湿，水分滞留较长，腐蚀的环境条件更充分。边角越锐利，上述缺陷越明显。

螺栓受多重原因的协同作用:有锐利的边角，镀锌层比塔材薄，易吸纳水分、灰尘，小缝隙较多，引发金属最常见的缝隙腐蚀，所以螺栓往往腐蚀得较快。

2.3 防腐涂料选用不当、涂刷工艺不良加速腐蚀

涂料的选择和施工工艺控制是确保涂料防腐蚀性能的关键因素。防腐涂料选用不当会与镀锌层中的碱性物质会发生皂化反应，影响附着性而剥落。涂装过程中表面处理不到位，涂刷工艺粗糙，会在成膜后产生橘皮、起泡等缺陷。水汽透过这些缺陷引发膜下腐蚀，腐蚀产物膨胀会进一步造成涂层的破坏。当涂层开裂形成孔隙后，将以缝隙腐蚀的形式加速扩展，形成严重腐蚀。

3 腐蚀防护

3.1 通用要求

1)输电铁塔防腐蚀工作流程为先开展腐蚀评判，再根据评判结果制定改造和防腐蚀技术方案。

2)对腐蚀防护外委单位须进行技术监督。在招标时须对技术协议进行专业审查，在施工中应对表面处理、涂料涂刷和施工安全进行全过程监督，对涂层厚度、附着力进行检测。

3)做好输电设备防腐蚀的维护工作。设备的腐蚀为局部腐蚀，且大部分涂层状况良好，为节省成本、减少工作量，在设备维护时应针对不符合要求的部位重点进行局部维护。在铁塔安装或更换过程中应对镀锌层破损的塔材进行涂料防护处理。

4)腐蚀防护用涂料应有耐腐蚀试验报告。

5)腐蚀防护施工单位应具备输变电设备涂料施工资质，并有相关业绩，施工技术人员须持带电作业证。

6)做好腐蚀防护的档案管理工作。腐蚀防护的技术资料要收集归档，资料应包括输电线路名称、杆塔段、涂料检测报告、施工单位资质等。

3.2 腐蚀评判准则

为了评判输电铁塔腐蚀程度，特制定准则，规范铁塔的维护改造，如表2所示。

表2 输电铁塔腐蚀评判准则

3.3 输电铁塔改造技术要求

针对输电铁塔的整体改造和局部改造分别提出技术要求如表3。

3.4 防腐涂料选择 (针对塔材、螺栓等部位)

底漆:环氧磷酸锌底漆或纯环氧底漆，厚度不低于40μm;中间漆:环氧云铁中间漆，厚度不低于80μm;面漆:丙烯酸聚氨酯面漆，厚度不低于40μm。

表3 输电铁塔改造技术要求

对于有旧涂层的铁塔，应先对旧涂层进行溶剂擦洗试验，验证底漆的配套性后才能涂装。涂料成膜后应进行缺陷、厚度和附着力检测。

螺栓涂刷完后，再补涂一道厚浆型的环氧漆或氯化橡胶漆，封住缝隙和边角，也可用弹性密封胶进行封装。

〔1〕郭军科，卢立秋，宋卓，等.高压输电线路铁塔的全化学防腐处理〔J〕.华北电力技术，2007(A01):153-156，166.

〔2〕张珣，熊惠萍，何美清.高压输电线路铁塔电化学腐蚀特性研究〔J〕.合肥学院学报:自然科学版，2006，16(B10):13-16，35.

〔3〕彭泉光，刘南生.北海地区沿海架空电力线路铁塔及金具的腐蚀分析〔J〕.广西电力技术，1991(4):39-43.