变电站接地网腐蚀影响因素及机理分析

在电网实际运营中，变电站接地网对于电力系统以及系统维护人员的保护作用十分明显，但接变电站藏于地底经过多年的土壤腐蚀形成了化学以及电化学的侵蚀，使导电材料的性能降低，从而直接影响到接地网对于电力系统的保护。近年我国技术人员、研究人员针对接变电站的接地网进行了多方位、立体式研究，而本文即是将腐蚀性因素进行了分析，并对于化学反应也进行了研究，对于其机理进行了深入介绍。

1 变电站接地网导体遭受腐蚀原因

1.1 导体的材料所受影响

接变电站接地网的导体遭受锈蚀损坏，主要是因长年间材料和其接触的土壤进行化学反应以及电化学反应而产生的，与接变电网本身的材料的物理化学性质有关，而碳钢接受的腐蚀是接变电站受腐的主要原因。接变电站接受到的腐蚀很大程度是其材料本身的理化性质组成的结构决定的，并不是碳钢本身。通常接变电站被腐蚀位置最严重的部分是在接变电站接地网焊接处。研究后发现，材料中的杂质易于使土壤锈蚀导体。并且导体材料碳素235类似的镀锌材料也会首先受到侵蚀。有文献提到的接变电站接地网耐腐蚀材料是合金钢且合金钢是碳素结构Q235抗腐蚀能力的数倍，但经试验后发现，接变电站接地网所使用的材料镀锌钢在1年内其镀锌层会被腐蚀[1-2]。

1.2 土壤的影响

土壤对于接变电站接地网的影响是土壤复杂的系统性而致。土壤中的气态物质、液态物质、固态物质以及微生物和零星电流，这些不同的性质与成分对于接变电站接地网材料的腐蚀被称之为土壤腐蚀。这些成分具有三种特性，分别是相对固定性、不均衡性、多相性。土壤的这些性质主要是由其成分所致，土壤中充满了无机物、有机物、水及氧气等气体，并含有胶体粒等多种物质，无机物主要是由氧化物及矿物质等组成。在地球表面，土壤中充斥着矿物质、微生物及有机物质；土壤也分层次，各层的土壤以及团聚物由不同的颗粒物组成，这些组成的物质相较于其他物质相对较为稳定。这也就决定了土壤与接地网导体的接触中形成的相互作用是较为稳定的，土壤对导体产生长时间的锈蚀则会产生较大变化和影响，主要作用的因素包括土壤电阻率、含氧量、含水量、PH 值、微生物等情况[3-4]。

土壤电阻率。分析某块土壤的电阻率，主要是与其结构有关，当然也与其所含的水量以及盐碱度强相关。也就是说，土壤的电阻率显示着土壤是否易于导电，也显示着土地能够与接地网导体产生作用的难易程度。土壤的电阻率越大、则显示对于接地网导体材料的腐蚀将会越弱，而宏电池产生主导作用时土壤的电阻率是产生腐蚀的主要原因。

土壤含氧程度对导体腐蚀程度的影响情况。接变电站接地网材料是否易于接受氧化，也是对于导体产生腐蚀的重要因素，土壤中的氧气也会极大地影响接地网材料的腐蚀程度，它可以从地表空气进入土壤中，也可从雨水或地表水中溶解，氧气对于接地网的腐蚀主要原因是形成了氧浓差电池。干燥的土壤渗透氧气含量大，而潮湿的则恰恰相反。

土壤含水量。接变电站接地网点的腐蚀程度还与土壤中的水分相关。这是因为水分中含有电解质，会引起电化学腐蚀。水中所含的酸碱成分是其与材料进行化学反应的媒介，接变电站接入网的腐蚀性状均与水有密不可分的关联，且土壤受到腐蚀也与周围的微生物含量以及水的丰富程度有较大关系。

土壤的PH 值。接变电站接地网的腐蚀程度与土壤的酸碱度也有较大关系，土壤酸碱度也即其PH 值，体现了土壤中的酸碱离子的含有量，土壤在PH 值为6至6.75时呈中性，而PH 值在7.5至9.5时则为碱性；土壤PH 值在3至6时土壤PH 值为酸性。PH 值越小也就是土壤的酸性越强，则接变电站接地网的材料腐蚀性就会越强，小于4的酸性土壤中会发生析氢反应。即使测量的土壤的PH 值位于非酸性及碱性的情况，也会对于导体产生腐蚀。故而，测定土壤PH 值评估土壤对接变电站接地网的腐蚀性是不太准确的，必须要考虑酸性物质的多少。土壤腐蚀性与酸碱程度的关系：土壤PH 值＞8.5土壤腐蚀程度极低，7.0～8.0时低，5.5～7.0时中等，4.5～5.5时高。

土壤是否具有微生物的情况。土壤中的微生物也是对于接变电站接入网材料产生腐蚀的重要因素，微生物代谢物的多寡会直接影响土壤的酸性程度，也会对材料进行电化学腐蚀。并不是微生物对其进行直接的腐蚀，通常情况下厌氧菌会在无氧或缺氧情况下生存，但厌氧菌会对导体的镀锌层产生非常强烈的锈蚀作用，且酸性盐也会对于接地网的导体进行腐蚀。微生物的本身并不会产生锈蚀，而是他们的代谢物导致产生此种情况。

土壤中存在的不规则电流。土壤中不规则的电流存在于变电站的直流设备的材质变化中，如绝缘程度降低或损坏、电流位于接地网中时，不规则地存在于土壤中成为阳极区；而变电站接地网的导体作为阴性区，阴阳极会发生电化学反应，土壤中存在的不规则电流越多则会影响越大。从以上分析中可得出结论，接变电站接地网的腐蚀受土壤多种因素的影响，土壤的各种因素交织影响产生了相互作用。在评价腐蚀程度时，需要考虑多个维度进行评判。

2 接变电站接地网被腐蚀的影响因素

导体锈蚀的原因为金属受到化学反应，失去电子而与土壤的相关物质进行化学反应的过程，材质上逐渐形成锈层，土壤中也会发生电化学反应以及腐蚀，这对于接变电站接入网产生了较大影响。

2.1 化学腐蚀

土壤的各种因素会对接变电站接地网的材质导体进行腐蚀，而其在土壤中发生的化学反应，均是为接地网表面与土壤接触中发生了氧气与其进行了化学反应形成锈蚀物，而分析后可以得出，化学腐蚀仅是导体被锈蚀很小的原因之一，并无电流产生。

2.2 电化学腐蚀因素

在土壤中的导体被受到了锈蚀，主要是因为其导体表面与土壤之间发生了化学反应。电位差会不同程度地存在，电化学腐蚀也会产生，电化学反应会出现阴极反应以及阳极反应，在不同的土壤环境下反应也会不同。

在酸性土壤中。铁元素以水和离子的状态与不规则电流在土壤中积聚，并在一定环境下与导体的电子进行反应，其阳极反应式为：Fe+nH2O→Fe2+·nH2O+2e-，土壤PH 值小于4时，阴极处易发生析氢反应。

在非酸性土壤中。土壤溶液中Fe 也是以水合离子的形式存在。其阳极反应式为：Fe+nH2O→Fe2+·nH2O+2e-，土壤中渗透着氧气，当氧气充足时生成的Fe(OH)2易被氧化成Fe(OH)3。其阴极反应为：O2+H2O→2Fe(OH)3，在缺少氧气或氧气不多的情况时，土壤中的酸盐会在微生物的作用下将还原，促进了接变电站接地网在土壤中的腐蚀：