输电线路杆塔接地引下线腐蚀问题及对策分析

中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司 胡全 鄢艺

长期以来，输电线路接地装置通常采用扁钢、圆钢、镀锌钢、铜、铜覆钢等金属材料作为接地主材，然而此类材料存在的主要问题为抗腐蚀性不足。扁钢、圆钢的抗腐蚀性差；相对于圆钢而言，镀锌钢的抗腐蚀性有所加强，但仍存在较为明显的腐蚀现象；铜、铜覆钢材料的抗酸性和抗腐蚀性能较差。近年来，柔性石墨接地材料以其较强的抗腐蚀性、良好的降阻性能和耐冲击性能，以及具有运输、施工便捷性，而得到广泛应用。

输电线路采用柔性石墨材料作为接地主材时，往往与金属材料存在连接，如石墨材料连接处与金属固定器件接触点，以及柔性石墨材料与金属引下线连接点等。从近年实践来看，柔性石墨接地材料在发挥其优越性能的同时，与金属的连接处经常发生严重锈蚀，随着使用时间的不断增加，会导致连接点电阻增大，甚至电气连接失效，严重威胁电力系统运行安全。

因此，研究柔性石墨接地材料与金属连接点出现腐蚀现象的形成原因和改进方案，对提高接地装置安全性具有重要意义。

输电线路接地用柔性石墨材料的结构及性能优势

输电线路用柔性石墨接地材料一般采用高纯度鳞片石墨（纯度≥95%），通过石墨氧化处理和高温膨化工艺制作成膨化石墨，并配合一定比例的无机纤维和合成纤维、水乳性粘接剂等材料，经辊压、热塑，及绞线成型工艺制备而成。其主要性能优势体现为：

（1）相对常规接地金属材料，石墨的化学性质非常稳定。在酸性、碱性、盐渍土壤环境中耐腐蚀性能均远远优于圆钢、铜覆钢等传统金属接地材料，可降低接地装置的全寿命周期成本。

（2）柔性石墨接地材料具有良好的导电性能和抗冲击特性。相关试验表明，柔性石墨接地体在120千安冲击电流作用下结构稳定，充分满足雷电流和线路短路电流的排散要求。柔性石墨复合接地材料具有良好的吸湿保湿能力，电阻率小、磁导率高、趋肤深度小，有效散流面积、耐冲击性能高于常规接地材料。

（3）柔性石墨接地材料柔韧性好，在实际工程中布置非常方便，安装方式灵活；同时，柔性石墨接地材料表面与土壤粘合度高，接地体与土壤的接触电阻更低，更利于电流排散。

输电线路接地引下线腐蚀成因分析

输电线路采用柔性石墨复合接地材料后，与金属连接处的腐蚀主要为缝隙腐蚀和电偶腐蚀。

缝隙腐蚀

柔性石墨接地材料属于非金属材料，与接地体金属部件之间一般采用压接方式进行连接。由于压接面存在微小缝隙，为导电性介质的浸入和滞留提供了空间，一旦土壤中的腐蚀性介质浸入，就会形成缝隙腐蚀，加速接触面金属的腐蚀。

缝隙腐蚀过程可以看作是先后形成氧浓差电池和闭塞电池的作用过程。

腐蚀初始阶段，氧去极化腐蚀在缝隙内外均匀进行，由于接触缝隙中介质滞留，缝内氧气消耗后难以得到补充，缝隙内外形成氧浓度差，从而构成氧浓差电池，缝隙内为阳极，缝隙外为阴极。

阳极发生反应为：

阴极发生反应为：

随着上述反应的发展，缝隙内的氧气消耗完，缝隙内外表面宏观上构成闭塞电池，此时接触面缝内腐蚀反应为：

可见，随着腐蚀的深入发展，接触面上氢离子浓度增加，PH值降低，加速金属腐蚀。并且，如果选用的石墨产品中残留有硫离子基团，这些基团通过扩散作用向缝内迁移，从而大大加快腐蚀速度。

电偶腐蚀

柔性石墨腐蚀电位远高于金属，在导电性电解质的作用下，将形成以金属为阳极、石墨为阴极的电偶腐蚀。根据金属腐蚀理论，当柔性石墨材料与金属在土壤电解质中接触时，由于实际电位存在差异，便会形成电子流动，形成腐蚀电池，造成圆钢溶解速度加快，形成接触面的局部腐蚀。

圆钢等金属阳极反应式为：

而石墨在此反应中是一种惰性电极，在反应中起到形成电位差的作用，本身不参与化学反应过程，阴极反应为土壤电解质中的氢离子被还原成氢气放出。反应中的氢离子一方面来源于土壤中，尤以酸性土壤为最；另一方面，在一定的湿度下，金属表面会形成水膜，柔性石墨材料中残存的cl-、so42-、s2-、so2、so3进入水膜中，促使其酸性增强，进而产生更多的氢离子，形成大量的微观电池，加快金属腐蚀。

阴极反应式为：

输电线路接地引下线连接方案改进措施

从本文分析可知，当输电线路采用柔性石墨作为接地材料时，为减少和防止石墨与金属连接面的腐蚀，主要方法是减缓和阻止其化学反应进程，主要途径是对接地体本身连接处和接地体与杆塔引下部分进行优化处理。

接地体本体连接方式优化方案

为了获得更好的力学性能，使接头更加牢靠，柔性石墨材料之间进行连接时，往往采用金属进行压接固定，这种方式给电化学腐蚀提供了条件。随着材料科学的不断发展，现在高强度非金属螺栓等产品已比较成熟，可将原镀锌钢等以及螺栓固定用金属材料改为新型高强度非金属板材和螺栓，从而避免形成柔性石墨材料与金属材料的接触，避免腐蚀产生。

接地体与金属引下线连接方案优化

柔性石墨材料较为柔软，即使是铠装石墨引下线，在受外力拖拽时也易导致与塔脚脱离连接，在受雨水冲刷时也易造成石墨流失，破坏和影响接地效果。因此，以镀锌圆钢等金属材料作为引下线与石墨接地装置在土壤中连接，仍是重要的连接方式。

目前，金属引下线和柔性石墨接地体连接主要有螺栓压接和楔形压接。可将石墨缆用锌皮缠绕2～3圈，然后继续将石墨缆和镀锌钢缠绕2～3圈，使石墨材料与圆钢材料之间接触更加紧密，减少电位差，亦对镀锌钢形成阴极保护。缠绕完成后使用新型高强度非金属板材和螺栓进行压接，压接完成后使用沥青进行包裹，以限制电化学反应所需条件的形成。

结论

本文对输电线路采用柔性石墨接地体后石墨与金属连接点腐蚀问题进行了分析，并提出了相应的改进措施。

（1）输电线路接地用柔性石墨材料具有较强的抗腐蚀性、良好的降阻性能和耐冲击性能，以及运输和施工的便捷性，相对传统接地材料具有优势。

（2）本文重点分析出，输电线路采用柔性石墨接地材料后，与金属连接点存在电化学腐蚀的成因，主要为缝隙腐蚀和电偶腐蚀。

（3）根据腐蚀原理，结合新型非金属材料的应用情况，提出当输电线路采用柔性石墨材料接地时，使用高强度非金属材料进行石墨材料压接的改进措施，在柔性石墨与镀锌钢使用非金属材料压接后，使用锌皮缠绕进行均压和阴极保护，并使用沥青进行包裹，以限制电化学反应条件的形成。

输电线路接地引下线。 资料图