输电线路接地装置的防腐措施分析

周建伟 陈栋 王智睿 国网江苏省电力有限公司镇江供电分公司

接地装置是输电线路接地系统中十分关键的一部分，接地装置的使用年限和安全性直接关系到防雷接地、工作接地和防静电接地的工作效果。其中影响接地装置作用发挥的因素主要为腐蚀破坏，如果接地装置长期处于潮湿、阴暗的环境中就会损坏设备，造成接地网局部的断裂，进而可能引发安全事故。为此，在生产实践中，做好设备接地已经成为降低输电线路安全隐患、提升输电线使用寿命的关键环节。

一、输电线路的腐蚀种类

根据输电线路受到腐蚀的环境不同，可以分成大气腐蚀、土壤腐蚀和水腐蚀三种。腐蚀破坏会造成输电线路寿命的缩短，输电线路在腐蚀环境中不能达到预期寿命。在进行输电线路维护和施工时，要综合分析输电线路的环境，了解其受到的腐蚀威胁，对架空导地线、架线金具、铁塔、基础、接地装置等采取对应的措施，从而达到更好的防腐效果。例如：在二氧化硫浓度过高时，空气会对钢铁产生腐蚀作用，空气湿度的增加也会加快钢铁受到腐蚀的速度。当空气湿度达到75%这个数值时，空气对钢铁的腐蚀作用会明显加快，腐蚀程度的加快会影响到钢铁的使用寿命，甚至威胁到铁塔的安全运行。如果环境温度较高，环境将会较为干燥，这时输电线路受到腐蚀的速度也会稍加缓解。如果环境温度出现骤降和骤升，较大的温差将会造成空气温度变化，使得钢铁受到腐蚀的速度加快。除此之外，输电线路可能会经过一些特殊区域，如煤矿厂、石油化工厂等区域，在空气中会增加很多颗粒性物质，这些物质会附着在铁塔上，铁塔周围的颗粒性物质以及工厂排放的废弃物都将腐蚀到铁塔。这些颗粒性物质和工厂废弃物会融入空气水分中，发生相互作用，产生化学反应，慢慢地对防腐层产生作用，使得铁塔受到快速的锈蚀。

二、接地装置的腐蚀概况和原理

变电站接地装置的腐蚀会使接地装置的材料发生脆化松散甚至于断裂的情况，最终导致接地网出现各种损坏问题。变电站中接地装置的腐蚀主要是发生在土壤环境和大气环境之中，大气腐蚀大多是发生在处于电缆沟中的均压带以及接地装置中的引下线上，土壤腐蚀则主要是发生在各种水平接地体和垂直接地体与不同的土壤组分之间。变电站中接地装置容易发生腐蚀的部位总是和大气或者土壤产生了接触，并满足了构成腐蚀原电池的条件，因而极易发生腐蚀现象。含水量和含盐量比较多的偏酸性土壤和砂质土壤以及风化石土壤，对于变电站接地装置的电化学腐蚀有很大的加速作用。

三、输电线路接地装置的防腐措施

（一）接地装置材料的选择和设计施工

变电站接地装置中使用最多的导体材料包括钢铁和铜。分别对这两种金属材料的腐蚀性能进行研究之后，发现与铜在土壤中的腐蚀速度相比，钢铁在土壤中的腐蚀速度大约是铜的4～5 倍。而在给钢铁材料表面镀上一层锌之后，镀锌钢的在土壤中腐蚀速度较之于钢铁材料会有显著的降低，此时镀锌钢的腐蚀速度只有铜的1～2 倍。由此可见，铜具有较强的抗腐蚀性，但是接地网中的很多设备以及装置的材料都是铅或者钢铁，例如水油气管道、设备外壳和电缆皮等，这些钢铁材料的装置与设备都会和铜共同形成腐蚀原电池，加快相关接地装置的腐蚀速度。所以为了防止铜与钢铁和铅形成腐蚀原电池，加快变电站接地装置的腐蚀速度，目前我们广泛使用的接地装置导体材料是镀锌钢。接地装置的材料选择要从技术方面和经济性方面综合进行考虑，考虑到变电站接地装置运行的长期性，以铜作为接地装置材料比钢铁更加适合。在对变电站接地装置进行设计施工时，要对导体材料的截面积进行合理的设计选择。进行导体截面积选定时，要考虑的因素包括抗腐蚀性和热稳定性两方面。要对变电站接地装置处的土壤进行电阻率的测量，并分别对镀锌钢和钢以及铜在该土壤中的腐蚀速度进行测量，结合预期的接地导体的使用年限，对导体的截面积大小进行综合的考虑，并留出一定的余度。为了保障电网系统的长期发展，要在根据两个不同考虑因素计算出的截面积数值中选取更大的一个；另一方面，进行变电站接地装置的安装施工时，应尽量使用焊接工艺实现接地装置和设备之间的连接，而不是压接工艺和螺栓连接，这两种连接工艺技艺使接地装置发生缝隙腐蚀和电偶腐蚀。以往对引下线进行的防腐措施通常是在其上涂上一层防腐漆，但是为了更好的腐蚀防护效果，使用环氧沥青会比一般防腐漆更有效。

（二）阴极保护法

针对输电线路接地装置开展反腐蚀工作时，应该对被保护金属的性质进行充分结合，选择采用阴极极化的方式对金属进行保护。根据目前的情况来看，牺牲阳极法以及外加电流法两种方式，为应用范围较广的保护措施，其能够保障相应的化学反应与防腐效果的要求相符合，有利于促使运行的安全性以及质量得到显著提升。对牺牲阳极法进行应用，被保护输电线路接地装置需要与负极或是发生腐蚀可能性更高的金属进行连接，通过对阳极腐蚀溶解的方式进行应用，促使输电线路接地装置中所具有的安全性能够得到提升。对外加电流法进行应用，需要进行外加直流电源，从而促使被保护的输电线路接地装置能够与电源负极进行连接，并将输电线路接地装置切实转化成为整个结构之中的应急措施，保障极化效应得以实现，也就能够避免其中的金属发生腐蚀。将阴极保护法应用于实际当中，需要以土壤的特性为依据，提升其使用方式的针对性，以强化电流的保护工作，同时也能够为输电线路接地装置的后续工作打下良好基础。

（三）要用质量较好的高效降阻剂

降阻剂的选择上也对接地装置的防腐蚀有着重大的影响，降阻剂作为一种c 新型的降阻材料，可以进一步利用其自身的化学功能，实现对接地装置的保护，使其金属部分不受土壤和大气环境的腐蚀。不同于土壤含有很所的酸性物质，降阻剂一般拥有弱碱性的特点，而具备这个特点就能够更好地保护接地电极，使其避免腐蚀；另一方面来讲，降阻剂本身更具有易凝固的特点，能够阻止土壤中的腐蚀液体融入金属电极中，对接地装置有一定的保护作用，避免对其产生腐蚀作用。高效降阻剂一般应用到土地电阻率较高的情况之中，通过高效降阻剂来对该场所进行防腐处理，进而确保电阻值符合国家的规范标准，防止超标状况产生。通过现阶段对其的应用显示，采取合理有效的防腐措施能够推动接地装置接地电阻值的稳定发展，使其电阻值符合标准要求，不会过于高影响接电装置的作用的发挥。在这种情况下，也不容易出现腐蚀的情况。

（四）JR 纳米碳防腐涂料的应用

JR 纳米碳防腐涂料的导电性比较好，其是从石墨粉、镍粉等涂料的涂刷经验和分析研制出来的一种防腐导电涂料。从物质的结构来看，镍粉是一种金属晶体，在暴露在空气中容易发生氧化，如果存在氧化问题将会导致导电性能受到极大的影响，使得导电功能丧失。而纳米碳的组分为纳米，即使长时间暴露在空气中或者潮湿的地区也不会被氧化，因此相对来说纳米碳导电涂料应用更合理。纳米材料具有表面能大的性质，因此纳米导电以及纳米成膜材料能够与数量级相同的颗粒进行渗透，导致二者简单的界面不清晰，这种情况下电解质溶液没有办法向涂层进行渗透。因此纳米技术相对于其他材料来说防腐导电性能更强。同时JR 纳米碳的热稳定性更强，该纳米材料是通过热稳定性实验检测合格的产品。能够对30 千安以上或者雷击电流冲击耐受。

（五）架空导地线的防腐措施

架空导地线大多数是使用钢绞线或者铝绞线。导线受到空气中水分、盐类物质以及化学成分与钢芯发生反应，出现腐蚀。这种情况的腐蚀程度受到导线制造工艺的严重限制。导线腐蚀包含电化学腐蚀和化学腐蚀两种。电化学腐蚀常出现在导线外层。如果空气湿度逐渐增大，导线表面形成水膜，大气中二氧化碳、氧气以及其他物质在水膜中溶解，构成了电解液的薄层。电解液薄层同金属表面的氧化膜发生反应，发生了腐蚀。在导线内部存在金属电机电位差，铝线钢也会出现腐蚀。在铝线受到腐蚀之后，导线表面会形成白色粉末，使得导线变脆，使其使用寿命不断缩短。因此需要在钢芯线和铝之间刷涂有机材料，制作防腐蚀油脂，将腐蚀性气体以及雨露对钢线造成的腐蚀阻挡开来，从而让钢线寿命得以延长，使钢线寿命可以和铝线寿命匹配。由于防腐蚀油脂的加入，让导线重量有所增加，经过长时间的使用会造成导线老化。使用铝包钢芯铝绞线取代镀锌钢线，这样导线承力和接触金属是同样金属，不会构成原电池，电化学反应自然不会发生。

（六）接地线防腐

接地装置最容易被腐蚀的部分除地下部分，接地线腐蚀也非常常见，接地线一旦腐蚀可能会诱导接地装置腐蚀，因此要想做好接地装置的保护工作还应该重视接地线的保护。重点保护接地线连接点，统筹规划好地下和水平接地装置的管理，有效优化腐蚀点位管理水平。在焊接工艺上不断优化，开展定期维护，实现优化升级。

（七）铁塔的防腐措施

在我国，输电塔大多是钢筋混凝土、钢管杆、预应力混凝土电杆以及铁塔等。铁塔在最近几年也常被使用。铁塔由于常出现裂缝和锈蚀问题，使得输电线路中铁塔的使用受到限制。在出厂安装之前对铁塔表面进行热镀锌的处理，能够让杆塔结构延长使用寿命。使用热镀锌时，钢铁和锌之间出现扩散构成了锌铁合金层，相比于涂料结合，这种结合更加牢固，即使暴露在大气环境中，锌层数也不会脱落[3]。如果镀锌层出现裂缝损坏，金属锌将会主动牺牲阳极保护裂纹位置的钢铁，这也是镀锌层具有的优势。锌可以在酸和碱中溶解，热镀锌层可以在一般大气环境中使用。镀锌层在和空气和水相接触时，可以产生电化学腐蚀。在空气洁净区域，镀锌层可以维持很多年，在严重污染区域或者沿海区域，镀锌层使用寿命相对缩短。在表面刷涂防腐涂料也是一种常见措施，将防腐镀锌层清理掉之后，进行冷镀锌的防腐处理。将耐腐蚀材料刷涂在铁塔底材之上，使防腐底材不会和腐蚀介质形成直接接触，避免铁塔底材腐蚀。根据电化学的腐蚀理论，涂料防腐蚀能够起到屏蔽作用，可以使用阴极保护、利用漆膜电阻效应，对铁塔进行保护。在很多防腐工程中，根据金属构件的形式选择合适的涂料和配比，避免不合适的涂料影响到设备的运行。

四、结语

现代社会的经济建设和发展对于电力能源的需求越来越大，同时对电力系统的供电质量和供电安全性也有更高的要求。因此，为了保证电网的运行，为电力用户输送高质量性能稳定的电力能源，电网必须配备有相应的安全系统。变电站接地装置的正常运行时电力系统安全系统中的重要组成，研究怎样不断加强对变电站接地装置的腐蚀防护工作，是保证电力系统安全运行的重要举措。