220 kV线路输电铁塔老化锈蚀处理

曹长胜，张 军

(贵州电力设计研究院，贵阳 550002)

0 引 言

输电线路是电网安全稳定运行的重要组成部分，而铁塔又是维系输电线路正常运行的关键因素。随着经济社会的飞速发展，架空输电线路铁塔越来越高，结构越来越复杂，所处的环境也复杂多样，架空输电线路长期暴露于外界环境中，酸性雨水、大气污染极易诱发铁塔锈蚀老化。锈蚀现象是输电铁塔服役过程中经常发生的现象，这不仅会缩短铁塔的使用寿命，而且影响铁塔正常使用，严重的甚至会发生倒塔事故，危及输电线路的正常运行。需要深入剖析铁塔腐蚀影响因素，以制定有针对性的治理措施。

1 锈蚀输电铁塔概况

该线路投运于1998年12月7日。锈蚀输电铁塔位于贵州省遵义市红花岗区，线路全长22.414 km，全线分I级、II级和III级污区，其中I级污区7.009 km，II级污区7.275 km，III级污区8.130 km，导线型号为1×LGJ-400/35 钢芯铝绞线，地线型号为GJ-7×3.0钢绞线，最大设计风速30 m/s，全线10 mm冰区，沿线海拔高程900～990 m，地震烈度小于VI度。锈蚀输电铁塔为N5号铁塔，为YJ31-23型耐张塔，位于III级污区，耐张段长1 402 m/1 764 m。受运行单位委托，针对N5号输电铁塔锈蚀情况开展专项调查并启动整治措施。

2 铁塔锈蚀危害及机理分析

2.1 铁塔锈蚀状况

输电铁塔钢结构部件的锈蚀情况主要表现为局部锈蚀和整塔锈蚀[1]。输电线路投运后，由于输电铁塔是暴露在大气中的，长期经受风雨污秽洗礼，其恶劣的运行环境起初只会使铁塔钢构件产生局部锈蚀(点锈)，若未经及时治理，再经过数年，其局部锈蚀即可转变为整塔锈蚀，输电铁塔的锈蚀等级[2]见表1。

经现场调查，N5号铁塔原采用热镀锌加涂层防腐，其塔腿主材、斜材以及辅材，塔身主材、斜材及辅材均有不同程度的锈蚀，其中C腿锈蚀最为严重，塔腿斜材已锈蚀断裂，铁塔存在严重安全隐患[3]。对照表1所列锈蚀等级，N5号铁塔C腿主材及斜材已达到1-2级锈蚀，塔身局部斜材及辅材达到3-4级锈蚀，铁塔锈蚀情况如图1-3所示。

表1 输电铁塔表面锈蚀等级划分表Table 1 Grade partition of rustiness on the surface of transmission tower

图1 C腿主材及斜材

图2 C腿辅材

图3 塔身主材及斜材

2.2 铁塔锈蚀的危害及产生机理

钢结构构件生锈腐蚀将会造成构件截面减小、承载力下降，尤其是腐蚀产生的“锈蚀坑”将使钢结构的脆性破坏的可能性增大[4]；此外，生锈腐蚀也将严重影响钢结构的耐久性，使得后期维护费用昂贵。

钢材锈蚀按其作用机理可分为2大类：化学腐蚀和电化学腐蚀。

1)化学腐蚀是指钢材直接与大气或工业废气中含的氧气、酸性气体或非电介质液体发生表面化学反应而产生的腐蚀。其主要机理(以盐酸为例)如下：

2Fe+6HCl=2FeCl3+3H2↑

整个腐蚀过程由完整致密的钢材逐渐腐蚀形成可溶性的金属盐类为止。

2)电化学腐蚀是由于钢材内部含有的其他金属杂质，由于其具有不同电极电位，在与电介质或水、潮湿气体接触时，产生原电池作用，使钢材腐蚀。其主要机理如图4所示。

图4 电化学腐蚀

阳极放出电子，发生氧化反应。

阴极接收电子，发生还原反应。

整个腐蚀过程由阳极和阴极构成，结果生成Fe(OH)2沉积于钢材表面，并在富氧条件下进一步被氧化、脱水，变成疏松、多孔、非共格结构的Fe2O3(即常见的“铁锈”)。

实际工程中，绝大多数的钢材腐蚀是化学腐蚀和电化学腐蚀[5]同时作用产生的。

2.3 铁塔锈蚀的影响因素

钢结构发生锈蚀是由多种因素相互作用而形成的，输电铁塔所处的运行环境、生产制造材料、安装工艺水平以及安装后的日常运维水平都会对其锈蚀产生影响。总体上可以将输电铁塔锈蚀的主要因素归结为环境因素(空气湿度、温度、含盐量等)和人为因素(运维管理)，即：

1)空气湿度：空气湿度越大，锈蚀速度越快；

2)大气温度：一般情况下，温度逐渐升高时会加速锈蚀；

3)空气含盐量：空气中盐分越高，输电铁塔锈蚀现象越明显，尤其在沿海地区[6]；

4)人为管理：后期运维管理不到位，除锈防锈措施不及时，会加重锈蚀[7]。

2.4 N5号铁塔锈蚀原因分析

经现场调查走访分析，该案例中，N5号输电铁塔锈蚀原因分析如下。

1)锈蚀输电铁塔右前侧C腿方向有一小型化粪池，其长期散发腐蚀性气体SO2，空气中长期存在的腐蚀性气体外加气候潮湿是导致N5号输电铁塔出现锈蚀现象的主要原因。

2)N5号输电铁塔所属区段为Ⅲ级污区(重污区)，空气中的粉尘、污物盐类含量较高，是导致其出现锈蚀现象的次要原因。

3)该线路自投运以来，历经数家单位运维管理，交接资料不完善，运行维护管理不到位。后期涂装、涂刷不够规范合理。现场实测发现，部分构件涂层过薄，个别部位未涂刷到位，除锈防锈措施不及时，此为铁塔锈蚀形成的原因。

4)该线路投运年代较为久远，囿于其当时的钢材加工制造工艺以及防腐蚀处理工艺，出现不同程度的锈蚀。

3 锈蚀铁塔的处理方案

基于以上分析及现场实际情况，N5号输电铁塔已经严重锈蚀，尤其是C腿已丧失其应有的承载力，无法满足正常使用，需尽快着手拆除锈蚀铁塔，并剖开A、B、C、D腿基础保护帽，查看基础内部地脚螺栓锈蚀状况。据此，提出如下2个方案。

1)恢复重建方案：据了解，该基铁塔在2008年冰灾期间运行正常，未曾发生冰害状况[8]，若各腿基础的地脚螺栓均未发生锈蚀现象，则对该基铁塔原地原貌修复，即拆除地上部分，重新组立一基同等型号铁塔YJ31-23。

2)易址迁改方案：若任一基础地脚螺栓存在锈蚀现象，则对该基铁塔进行迁改。在N5号塔前侧10 m处新立一基耐张塔，即沿N3～N5耐张段直线方向前移，后侧地形较陡不宜立塔。由于该耐张段前侧跨越110 kV线路，后侧跨越公路、铁路，其导、地线均不能接头，需更换该耐张段的导地线。由于N6号直线塔ZM11-16带转角，该方案需对N6号塔进行校核补强。另需调查N5号塔C腿方向化粪池归属，并对该化粪池进行中和填埋处理。

4 锈蚀铁塔的处理结果

综合铁塔锈蚀机理分析及现场实际条件，为最大限度的减少造价和缩短工期，经查看，锈蚀铁塔各腿基础的地脚螺栓均未发生锈蚀现象，故采用原地恢复重建方案。修复后该铁塔运行状况至今良好，如图5所示。

图5 修复后铁塔地脚螺栓情况

5 结 语

为了防止铁塔出现锈蚀现象，通常会采取一系列的防腐措施，如将防腐漆料涂刷在铁塔表层。但在实际涂装工作中经常会出现不规范和不合理的现象。此外，在具体的涂装中涂层厚度不均匀，如果涂层厚度过大就会出现开裂情况，反而起不到防腐效果[9]。因此，如果不及时加强涂装工作的质量控制和管理，涂层就会存在很多缺陷问题，影响整体的防腐效果，降低铁塔的整体使用寿命。

随着电网建设的不断发展，处在复杂外界环境中的输电铁塔，经常面临着多种多样的自然环境，其发生腐蚀现象的程度和原因也各不相同 。电力企业应准确了解各地区环境特点以及铁塔发生腐蚀现象的程度和原因，积极采取新涂料和新工艺进行铁塔防护；同时根据新建铁塔和已锈蚀铁塔的特点，采取针对性的防护工作，加强运维管理，提升防锈蚀能力，延长铁塔的整体使用年限，从而推动电力事业的长期安全稳定发展。