水泥电杆在线消缺新方法及其应用

倪大伟　胡雷剑　顾强杰　吴金其

摘要：水泥电杆具有价格经济、组装方便的特点，大量应用于电力系统的高、低压工程，尤其应用于广大城镇和农村输电线路中。目前，我国电网建设步伐加快，新农村电气化建设不断深入，水泥电杆行业重新焕发了生机和活力。文章对水泥电杆在线消缺新方法及其应用进行了探讨。

关键词：水泥电杆；在线消缺；电力系统；输电线路；电网建设 文献标识码：A

中图分类号：TM753 文章编号：1009-2374（2017）11-0070-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.11.036

水泥电杆由于其价格经济、组装方便，大量应用于电力系统的高、低压工程，尤其应用于广大城镇和农村输电线路中。随着我国电网建设步伐加快以及新农村电气化建设不断深入，水泥电杆行业又重新焕发了生机和活力。由于受水泥电杆制造技术以及运输的限制，对于較长的水泥电杆往往采用分节焊接的形式在施工现场焊接而成，如10～220kV水泥电杆最少由3节杆段通过对接钢圈焊接组合而成。水泥电杆由于长期暴露在环境中，受到风吹雨打和环境水的浸蚀及各种外力和内应力的作用，随着服役时间延长，水泥电杆多会出现杆体的横向、纵向与网状裂缝及内部的钢筋、钢圈锈蚀等现象。上述老化病害现象将使水泥电杆出现杆身水泥脱落、露筋，露浆、锈蚀、基础松动等缺陷，从而使电杆的寿命大大减少，并降低电杆结构的力学性能，严重影响到电力系统的安全运行。目前，对于水泥电杆消缺的普遍做法是全杆更换方法，存在着施工准备时间长、线路停电时间长、更换费用高的缺点，因此研究一种不停电的水泥电杆在线消缺新方法，对于保证电力系统安全稳定运行、减少停电检修时间、降低电力系统运行成本具有现实意义。

1 水泥电杆的在线消缺新方法

1.1 水泥电杆的缺陷及成因

水泥电杆是由高强钢筋和细铁丝制成圈形钢筋笼骨架，置于模具中，灌注由水泥、砂石调配而成的水泥浆料，经离心、固化、脱模而制成的圆形中空电杆。其中在水泥固化过程中会产生一些孔隙如毛细孔、凝胶孔等，具有渗透性。此外，水泥水化产物之一是氢氧化钙，使水泥浆体呈碱性。水泥浆体的这些特性，使之在自然环境中会遭受一些物理化学作用而损坏。水泥电杆的物理破坏主要是由于水泥长期经受温度变化（甚至冻融）和干湿变化引起的体积胀缩循环导致由表及里的损坏。水泥呈碱性不耐酸，因此水泥电杆表面会受酸雨或接触到的其他酸性介质的腐蚀；另外，水泥的碳化作用降低了水泥的碱度以及氯离子的渗入都会导致钢筋或分节电杆对接钢圈的锈蚀，从而产生体积膨胀，致使水泥表面开裂或剥落。巡察结果表明，造成电力系统安全隐患最大的是分节电杆对接钢圈的锈蚀和与钢圈连接处的水泥腐蚀与风化这两大缺陷。这两大缺陷都将造成水泥电杆的结构强度降低，使其发生倒杆或折杆的风险大大增加。

1.2 水泥电杆在线消缺处理工艺过程

上述两大水泥电杆的缺陷如不能及时消除，必将对供电线路的安全运营带来不利影响，而采用停电换杆方式进行消缺又存在成本高、停电时间长等不利因素。因此，我们在前期成功开发出电力设备现场防腐修复处理技术的基础上，结合碳纤维布在加固超役混凝土电杆上的应用，开发出一种新型的水泥电杆在线消缺方法，其主要工艺过程如下：手工打磨除锈→锈层原位转化→刷防腐涂料→刮环氧腻子→碳纤维布缠绕→结构胶固化→刮环氧腻子→碳纤维布二次缠绕→结构胶固化→刮环氧腻子→刷防腐底漆→刷亚光面漆。

1.3 锈层原位转化

锈层原位转化技术是在我们自主开发的电力设备现场防腐修复处理技术的基础上，借鉴清洁型磷化膜常温制备技术研发出的一种理念更先进、防腐效果更佳的表面处理技术，只需在经除去表面浮锈和尘土的锈层表面涂刷锈层原位转化液，转化液中的所有成分以及锈层中的锈蚀产物全部可以转化为致密防护膜。

转化液的主要成分是磷酸、ZnO、钼酸盐和催化剂。ZnO与磷酸作用生成可溶性的Zn（H2PO4）2：

随着转化液中的游离磷酸不断被消耗，转化液的酸度不断降低，这些可溶性的金属磷酸二氢盐发生解析释放出磷酸而变成正磷酸盐，金属正磷酸盐的溶度积很小，从而从液相中沉积出来形成转化膜：

氢气的析出破坏了转化膜的形成，而且转化膜在常温下进行，晶粒粗大，难以形成致密的转化膜，因此锈层转化技术的关键在于选择合适的催化剂，可以将氢气及时除去，同时细化晶粒，得到细致的转化膜。该转化膜在钼酸盐的作用下，进一步改变了结晶形态，生成致密的转化膜，并对转化膜进行钝化处理，提高了转化膜的防腐性能。

锈层转化膜与防腐涂料配合可以组成防腐性能非常优异的防腐蚀体系，对水泥电杆起到保护作用。

1.4 碳纤维布加固

带缺陷的水泥电杆本身的结构强度已有所降低，经锈层转化和涂防腐涂料后增强了防腐蚀性，但并没有提高其结构强度，倒杆或折杆的风险依然存在，因此必须对水泥电杆进行加固处理。

碳纤维是一种人造的纤维状高新材料，具有耐老化、强度高、重量轻、抗腐蚀、物理性能稳定等优点。用碳纤维布加固混凝土结构得到了广泛的应用，按结构的受力和构造特点将碳纤维布用粘结材料有序地粘贴于构件表面，利用碳纤维布的特性对结构进行约束，提高结构物的极限强度和承载能力，其抗拉强度大约是钢筋的10倍。

碳纤维加固修补结构技术是一种新型的结构加固技术。碳纤维与传统的加大混凝土截面或粘钢混凝土补强相比，具有节省空间，施工简便，不需要现场固定设施，施工质量易保证，基本不增加结构尺寸及自重，耐腐蚀、耐久性能好等特点，可大大提高结构物的使用寿命，降低加固成本。

2 在平湖供电系统中的具体应用

日常运维中发现平湖城区当湖路两侧水泥电杆运行时间已长达18年之久，这些10千伏水泥电杆水泥脱落露筋、对接钢圈锈蚀的现象日趋严重，截至2015年底，总共发现101基出现以上缺陷。我们采用在线消缺新方法对这101基水泥电杆进行了维修加固处理，首先对锈蚀的对接钢圈进行打磨除去浮锈和尘土以及与钢圈连接处已风化碎裂的水泥层，再对裸露的钢圈进行锈层的原位转化，使锈蚀层转变成致密的防腐保护层，在此基础上涂覆一种耐水性极佳且适合现场施工的重防腐涂料。在钢圈部位先刮涂腻子修补表面凹坑后，用碳纤维布加环氧结构胶进行缠绕加固，如此重复两次，做到超强密封及超高强度，防止受风雨侵蚀而导致钢圈再次锈蚀而产生运行风险。碳纤维材料的耐酸碱性强、抗腐蚀性好，适宜在恶劣环境中使用，与结构胶配合使用，能阻止有害介质浸渗，对内部结构起保护作用。最后再刮一次腻子，进行美化修补，涂刷与水泥电杆相近的亚光面漆。经在线消缺后的水泥电杆从外表面看，已与新杆无异。

3 实施效果

按常规的停电换杆处理的成本分析，这101基水泥电杆全部更换光材料成本就达78.4万元，停电造成的社会效益和经济效益达35.3万元，再加上更换的人工成本和机械动力成本6.4万元，共需成本约120万元。而采用在线消缺新方法后，消缺的成本主要包括转化液、腻子、涂料、碳纤维布的材料成本，以及现场施工的人工成本，施工完毕后经决算共花费成本22万元，成本降低率达到81.67%，取得了令人满意的结果。

消缺完成8个月后，我们再对这101基水泥电杆的维修加固部位进行复查，无一出现裂纹现象。而未经维修加固的水泥电杆，在其对接钢圈部位都有不同程度的缺陷出现或加深现象。

4 结语

采用锈层原位转化技术和碳纤维布加固技术可以对水泥电杆的对接钢圈部位进行不停电在线消缺处理，成本极低，消缺成本与传统的停电换杆相比，成本降低率达到81.67%，效果相当明显。同时经过8个月后复查表明，经在线消缺处理后水泥电杆并未出现新的裂纹。因此，本文提出的水泥电杆消缺新方法不但具有成本低，消缺效果好，而且可在不停电状态下进行，保证了供电的稳定性。如果将该方法在全行业推广，必将取得可观的经济效益和社会效益。

参考文献

[1] 彭润生.我国水泥电杆的发展趋势[J].广东电力，2003，16（6）.

[2] 单庆威.混凝土电杆行业发展步伐加快[J].混凝土世界，2010，（6）.

[3] 徐杨.对钢筋混凝土电杆损坏问题的浅见[J].城市建设理论研究（电子版），2012，（29）.

[4] 潘建乔，栾伊斌，陆翔.电力设备的现场防腐修复处理技术[J].浙江电力，2012，31（8）.

[5] 陈宗平，徐金俊，夏开全，张超荣，周春恒.碳纤维布加固超役混凝土电杆的破坏机理及力学性能[J].土木建筑与环境工程，2013，35（4）.

[6] 余取民，李荣喜，许第发，宋勇.清洁型常温锌锰系磷化液研究[J].湘潭大学自然科学学报，2007，29（2）.

[7] 黎成勇，余取民，刘琳琪.清洁型铁系磷化膜的常温制备与表征[J].表面技术，2010，39（2）.

[8] 柴进.碳纤维加固在建筑施工中的应用[J].黑龙江科技信息，2015，（16）.

[9] 李大彬，翟浩博.谈碳纤维布加固钢筋混凝土柱[J].山西建筑，2016，42（27）.

作者简介：倪大伟（1981-），男，浙江平湖人，供职于国网浙江平湖市供电公司，初级职称，研究方向：配電线路。

（责任编辑：蒋建华）