输电线路铁塔塔腿防腐的失效分析与预防

方玉群，周海飞，邢哲鸣，陈晨，金德军

（1.国网浙江省电力公司金华供电公司，浙江金华321017；2.国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014）

输电线路铁塔塔腿防腐的失效分析与预防

方玉群1，周海飞2，邢哲鸣1，陈晨1，金德军1

（1.国网浙江省电力公司金华供电公司，浙江金华321017；2.国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014）

部分110～220 kV输电线路在运行过程中，铁塔塔腿经常出现严重腐蚀的情况，影响了杆塔的安全运行。为此，对铁塔塔腿腐蚀原因进行了剖析，对现场腐蚀样本进行形貌、EDS能谱、X射线衍射、元素分布等分析，进一步阐述了塔腿防腐失效的内在因素，并提出了相关防腐对策。

铁塔塔腿；腐蚀；失效分析；预防

近几年来，110 kV及以上输电线路塔腿塔材严重腐蚀的现象时有发生，任其发展必将直接影响线路安全运行，进而有可能造成铁塔倾倒事故。因此，迫切需要在现场实地考察的基础上，通过各种实验室测试手段，结合相应的环境监测数据，从材料与结构因素、施工因素、环境因素等角度探讨塔腿塔材严重腐蚀的原因，在此基础上提出相关建议。

1 现场腐蚀情况

2014年6月，某供电公司输电运检班发现所辖110 kV线路部分杆塔基础保护帽风化严重，塔材腿部存在腐蚀情况。为了解塔材腐蚀情况，敲开塔腿保护帽，发现主材和大斜材都存在着严重腐蚀，运行人员现场用游标卡尺测量主材和大斜材经腐蚀之后的厚度，主材厚度正常值为0.820 cm，腐蚀最严重处为0.636 cm，有3根大斜材几乎被腐蚀烂断，4根接地引下线腐蚀严重，如图1和图2所示。

图1 基础保护帽现场情况

图2 主材及大斜材腐蚀现场情况

经查阅相关图纸资料，该塔于2004年12月23日投运，塔型为7727型，主材采用Q345热镀锌角钢，斜材采用Q235热镀锌角钢，前后档距分别为369 m和376 m。经现场勘查，发现该塔位于山坡上，土质为岩石，大号侧跨越江面，距杆塔横线路左侧约500 m处有一化工厂。

2 失效原因分析

2.1 质量问题

国网公司铁塔保护帽施工标准工艺要求规定：保护帽强度等级不低于C15；使用中粗砂，含泥量不大于5%；应使用粒径5～20 mm的碎石，含泥量不大于2%；主板与靴板之间的缝隙应采用密封（防水）措施；保护帽顶面应留有排水坡度，顶面不得积水[1]。

经现场开挖检查（如图3所示），该塔保护帽存在以下严重质量问题：

（1）保护帽整体呈粉尘状，水泥比例严重不足，含泥量严重超标，远高于砂含泥量5%和石含泥量2%的要求。

（2）石子使用不规范，未采用要求规定的碎石，而是大量采用大块风化石，最大的石子粒径达到240 mm，远超5～20 mm的要求。

（3）主板与靴板之间的缝隙未采取任何密封（防水）措施。

（4）由于保护帽质量及自然风化因素影响，保护帽顶面无排水坡度，导致整个保护帽积水严重。

分析认为，正是由于保护帽在施工时存在严重问题，在自然环境作用下快速风化，致使保护帽内部疏松且存在大量大小不一的空洞，为水分在毛细作用下的长期滞留提供了方便，从而加速了塔腿的腐蚀。

图3 保护帽现场照片

2.2 酸雨腐蚀

根据现场了解，该腐蚀铁塔附近有一家规模较大的化工厂，其产品包括氢氟酸、盐酸、二氟一氯甲烷等。据浙江省环境监测中心数据显示，腐蚀铁塔所处区域2012年降雨的pH值为4.91，为明显的酸性雨水，2012年降雨中Cl-（氯离子）浓度达0.787 mg/L，同年大气中SO2（二氧化硫）年均浓度为0.028 mg/m3。而通过对腐蚀铁塔实地采集的雨水样本进行阴离子色谱分析，结果显示雨水中除浓度最高的SO42-（硫酸根离子）外，Cl-含量高达0.98 mg/L，如表1所示。

表1 腐蚀铁塔实地采集雨水样本的阴离子色谱分析结果

一般认为，Cl-与硫化物是导致金属腐蚀最重要的因素。Cl-对材料腐蚀的影响主要表现为对材料表面氧化膜和钝化膜的破坏作用[2]，硫化物与钢铁反应生成易溶的硫酸亚铁，从而进一步水解生成了硫酸，硫酸继续和铁作用，整个过程具有自催化反应的特征[3]。

由于该塔周围雨水样品中Cl-含量高达0.98 mg/L，SO42-含量高达4.91 mg/L，因此可以认为，Cl-对钝化膜的破坏以及对点蚀的促进作用是毋庸置疑的，硫化物对Cl-的腐蚀作用则具有相当的协同效果。

综上所述，由于保护帽为混凝土浇筑，呈碱性，酸雨的环境对混凝土具有很强的破坏性，因此，酸雨也是造成铁塔塔腿腐蚀的重要原因。

3 腐蚀材料及其结构分析

为进一步了解腐蚀过程，截取塔腿不同腐蚀程度样本进行形貌、能谱及X射线衍射、元素分布分析。图4、图5分别为轻度和重度腐蚀塔腿样本的表面形貌及对应的EDS能谱、X射线衍射谱，表2和表3为Q235钢和Q345钢的化学成分和轻度腐蚀塔腿样本能谱数据。图6为塔腿腐蚀样的截面形貌。

由图4可知，轻度腐蚀塔腿样品的腐蚀产物呈多孔状，疏松地附着在表面，对进一步腐蚀已毫无抑制作用。表2和表3的数据显示：腐蚀产物中的硫含量与氯含量均大幅高于基材，且与雨水中相关数据（见表1）较为匹配，可以认为腐蚀产物中的硫与氯来源于环境，而非基体本身。

图4 轻度腐蚀塔腿样表面形貌及EDS能谱

图5 严重腐蚀塔腿的表面形貌和X射线衍射谱

表2 Q235钢和Q345钢的化学成分（质量分数）

图6 塔腿腐蚀样本的截面形貌

图5表明：对于腐蚀更为严重的塔腿样品，其腐蚀产物呈多层结构，疏松附着的表层下面尚有裂纹密集的里层，此时腐蚀产物很容易从基体表面剥离。对应的X射线衍射谱显示，锌元素以氧化物及碳酸盐形态存在，金属锌已完全被消耗，伴随出现铁的腐蚀产物。随着锌腐蚀产物的逐渐剥离，碳钢基材的腐蚀将明显加速。

通过图5、图6，结合能谱数据发现：

（1）塔腿表面热镀锌层的内部密集分布着大小不一的孔洞，可以判定为点蚀。

（2）孔洞周围硫、氧的浓度非常高，氯分布于整个区域，孔洞处浓度稍高。

（3）热镀锌层几乎完全被锌、碳、氧3种元素占据，说明氧化物、碳酸盐的确为锌层的腐蚀产物。

通过上述材料及结构分析认为：由于酸性、高氯离子及硫化物浓度的雨水长期滞留于疏松多孔的保护帽中，构成了易于发生腐蚀的外部条件，在腐蚀产物疏松多孔结构因素的共同作用下，导致了该110 kV线路塔腿塔材的严重腐蚀，由于腐蚀的隐蔽性进一步导致了某些大斜材的彻底锈断。

表3 轻度腐蚀塔腿样本表面EDS能谱数据

4 预防对策

4.1 采取包覆材料

对于新建铁塔，在浇制保护帽之前，建议明确使用包覆材料将构件与外界环境隔离；对于已投入运行的铁塔，若主材未发生严重腐蚀的，可先使用包覆方式使构件与外界环境隔离，然后再浇筑保护帽；对于锈蚀严重的主材和斜材，建议进行更换，同时做好包覆防腐措施。防腐所用包覆材料一般可采用矿脂防蚀膏、防蚀带及防腐涂料，如图7所示。

图7 铁塔塔脚包覆前后外观对比

4.2 改进铁塔塔脚板

保护帽的主要作用是保护地脚螺栓不会因偷盗、锈蚀等原因造成铁塔倾覆。从图1可知，对于处于保护帽内的大斜铁，其锈蚀严重程度远远大于主材，主要是因为相比于主材，大斜铁的厚度和宽度较小，在镀锌层被破坏后，腐蚀进程不断加快，最终导致大斜铁完全失效。

综合考虑保护帽的基本功能和图1所反应的问题，分析认为将大斜铁下端部一同浇制在保护帽内的做法非常不合理，考虑到目前大部分110～220 kV线路常规塔型大斜材下端部与塔脚板底部距离一般在200 mm左右,如图8虚线部分所示。根据国网公司保护帽施工标准工艺“保护帽宽度应保证塔脚板和地脚螺栓保护厚度不小于50 mm，高度应以超过地脚螺栓50～100 mm为宜并不小于300 mm”的要求，在正常浇制的情况下，下端部均会被浇制在保护帽内。

因此，应考虑对铁塔塔脚板进行改进。考虑到保护帽300 mm高度要求，建议将大斜材所连塔脚板钢板加宽，在大斜材料下端部的原两连接孔移至沿着中心延长线上端部位置，一方面保证在不改变塔型设计的前提下能顺利安装，所产生的成本费用也很小，另一方面保证下孔中心与塔脚板底部400 mm左右的净空距离，确保正常保护帽浇制后，大斜材不会被浇制在保护帽内（如图8所示）。

4.3 加强质量控制、验收和运行管理

基建施工过程，施工单位和监理单位应加强过程管控，严格按国网公司保护帽施工标准工艺要求规定进行施工，确保保护帽浇制质量。

运行接收单位应加强验收管理，对于保护帽验收不能只进行外观检查，还应根据一定的比例对保护帽敲开进行抽检；在投产1年时间内，加强保护帽的运行检查，对于发现的保护帽质量问题，应及时向基建主管部门反馈，要求施工单位按要求重新浇制保护帽。

在日常巡视过程中，运行单位对于发现保护帽风化现象，应引起充分重视，全面排查铁塔主材和斜材的锈蚀情况，及时安排大修，确保线路安全运行。

5 结论

（1）保护帽在施工时存在严重问题，在自然环境作用下快速风化，致使保护帽内部疏松且存在大量大小不一的空洞，水分在毛细作用下长期滞留，从而加速塔腿的腐蚀。

（2）酸性、高氯离子及硫化物浓度的雨水，长期滞留于疏松多孔的保护帽中，构成了发生腐蚀的有利外部条件，在腐蚀产物疏松多孔结构因素的共同作用下，导致塔腿塔材发生严重腐蚀。

（3）在保护帽浇制之前，使用包覆材料使构件与外界环境隔离，可有效防止塔脚塔材的腐蚀。

（4）应采取措施对铁塔塔脚板进行改进，确保铁塔斜材不被浇制在保护帽内部。

[1]国家电网公司基建部组.国家电网公司输变电工程标准工艺[M].北京：中国电力出版社，2012.

[2]张世红，刘朝，崔磊.几种因素对带锈钢铁腐蚀行为的影响[J].广州化工，2012，40（3）∶10-11.

[3]李钊，祁庆琚，马朝晖，等.湿热海洋大气环境下的钢铁腐蚀影响因素[J].宝钢技术，2015（1）∶77-78.

[4]杨靖波，李茂华，杨风利，等.我国输电线路杆塔结构研究新进展[J].电网技术，2008，32（22）∶77-83.

[5]陈彤，谈天，洪毅成，等.输电网镀锌金属部件的腐蚀与防护[J].中国电力，2013，46（11）∶1-5.

[6]陈彤，庄建煌，黄伟林，等.输电线路镀锌铁塔塔脚局部腐烛失效分析及防护[J].中国电力，2015，48（5）∶139-143.

[7]沈晓明，钱洲亥，祝郦伟，等.浙江地区变电站土壤腐蚀性调查研究[J].浙江电力，2017，36（2）∶53-57.

[8]孙捷，万明攀.热浸镀锌池中的Bi对Q235钢和Q345钢硅反应性的作用[J].材料保护，2012（6）∶25-27.

[9]钟维军.输电铁塔装配式板索基础的分析研究[J].浙江电力，2016，35（6）∶70-73.

（本文编辑：徐晗）

Failure Analysis and Prevention of Tower Leg Corrosion of Transmission Lines

FANG Yuqun1，ZHOU Haifei2，XING Zheming1，CHEN Chen1，JIN Dejun1
（1.State Grid Jinhua Power Supply Company，Jinhua Zhejiang 321017，China；2.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

Serious leg corrosion affecting operation safety of towers is quite common in the operation of some110～220 kV transmission lines.Therefore，the paper discusses the corrosion causes and analyzes the corrosion sampling through morphology，EDS energy spectrum，X-ray diffraction and element；besides，it expounds intrinsic factors of anti-corrosion failure of the tower leg and presents some countermeasures.

tower leg；corrosion；failure analysis；prevention

10.19585/j.zjdl.201706015

1007-1881（2017）06-0064-04

TM753

B

2017-04-07

方玉群（1977），男，高级工程师，主要从事输电线路运行、检修技术管理工作。