500 kV输电铁塔金具闭口销锈蚀原因分析

陈 浩，刘 俊，郭心爱，孙云飞，张志浩

(1. 内蒙古电力科学研究院，呼和浩特 010020；2.内蒙古自治区高电压与绝缘技术企业重点实验室，呼和浩特 010020 )

0 引言

闭口销通常使用在输电铁塔金具的螺栓上，主要起限位作用。若闭口销因腐蚀失效而脱落，将造成金具及其连接线断开或掉落，引起大面积停电跳闸事故。通常闭口销的更换需要高空停电作业，极不方便，因此应避免其腐蚀失效，以节省运维检修成本〔1,2〕。

某500 kV输电线路巡检人员在无人机巡视过程中,发现个别输电铁塔横担及地线挂点闭口销锈蚀严重，该条输电线路位于某重工业园区内，周边煤化工等高污染企业众多，已投运6年。为找出输电铁塔金具闭口销锈蚀原因，防止同类锈蚀失效再次发生,保证输电线路的安全、稳定运行，对其进行检测试验并分析原因。

1 理化检测

1.1 宏观检验

对锈蚀的输电铁塔金具闭口销进行宏观形貌观察，发现送检闭口销均存在严重腐蚀损伤，且已失去金属光泽，黄褐色的腐蚀产物呈层片状分布在整个闭口销表面，部分腐蚀产物已脱落，闭口销表面存在大量的腐蚀坑，未见明显机械损伤及塑性变形，如图1所示。

图1 锈蚀的闭口销宏观形貌

1.2 显微组织分析

DL/T 1343—2014《电力金具用闭口销》中规定闭口销材料应采用奥氏体不锈钢，其金相组织应为单相奥氏体组织。通过对锈蚀的输电铁塔金具闭口销取样进行金相显微组织分析，发现其金相组织为块状铁素体+大量弥散分布的碳化物，与奥氏体不锈钢微观组织特征完全不符，同时表面存在深浅不一的腐蚀凹坑，如图2所示。

图2 锈蚀的闭口销各部位金相组织

1.3 材质分析

利用能谱分析仪(EDS)对锈蚀闭口销母材进行成分分析，检测结果见图3及表1。可以看出，闭口销母材的主要成分为Fe和C元素，未见奥氏体形成元素Mn、Ni及增强钢材耐腐蚀性元素Cr，判断闭口销应为普通碳钢，而非奥氏体不锈钢。

图3 锈蚀闭口销母材EDS分析谱图

表1 闭口销母材能谱分析结果 单位：%

1.4 腐蚀产物微观形貌与能谱分析

利用扫描电子显微镜(SEM)对锈蚀的输电铁塔金具闭口销腐蚀产物微观形貌进行检测，结果如图4所示。可以看出闭口销腐蚀产物较致密，呈层片状，并伴有众多大小不一的块状颗粒。

图4 锈蚀闭口销腐蚀产物SEM形貌

利用能谱分析仪(EDS)对锈蚀闭口销的腐蚀产物进行成分分析，检测结果见图5及表2。可以看出，闭口销腐蚀产物的主要成分为Fe、O、S，应为铁的氧化物及硫酸亚铁；闭口销表面的Si主要以氧化硅的形式存在，应为砂石吸附在闭口销表面所致。

图5 锈蚀闭口销腐蚀产物EDS分析谱图

表2 腐蚀产物能谱分析结果 单位：%

1.5 硬度试验

按照GB/T 4340.1—2009《金属材料 维氏硬度试验 第1部分：试验方法》要求，对锈蚀的闭口销取样，在Tukon2500-6全自动维氏硬度测试仪上进行硬度测试，结果表明闭口销维氏硬度值在198～205 HV之间，转换为布氏硬度值在191～199 HBW范围内，满足标准对闭口销硬度值不小于130 HBW的要求。

2 分析与讨论

DL/T 1343-2014《电力金具用闭口销》中规定闭口销材料应采用奥氏体不锈钢且硬度值不小于130 HBW。因为不锈钢中铬含量较高，铬可以使得铁基固溶体的电极电位提高，同时吸收铁的电子使其钝化，阻止电化学腐蚀的发生。而本次锈蚀的闭口销母材化学成分中仅含有铁和碳元素，未见奥氏体形成元素锰、镍及增强钢材耐腐蚀性元素铬,同时微观组织为块状铁素体+大量弥散分布的碳化物,与奥氏体不锈钢微观特征完全不符，经分析锈蚀的闭口销材质为普通碳钢，而非奥氏体不锈钢，造成其防腐性能严重不足〔3-7〕。

此外，该输电线路周边重工业企业较多，多年来因工业生产所排放的烟气及粉尘导致线路附近空气中二氧化硫等腐蚀性气体含量较高。当雨水、雪水或潮气吸附于闭口销表面形成薄液膜时，空气中的二氧化硫会溶入液膜中，并在氧化剂及阳光的作用下生产硫酸，与铁作用生成易溶于水的硫酸亚铁。同时，硫酸亚铁遇水溶解后会发生水解生成硫酸，新生成的硫酸再与铁作用生成硫酸亚铁，按照这种循环的模式闭口销基体不断被腐蚀消耗直至彻底失效〔8-11〕。

3 结论与建议

综上分析，本次500 kV输电铁塔金具闭口销腐蚀损伤的主要原因为，一方面闭口销因材质错用导致其耐腐蚀能力严重下降，无法满足服役环境的防腐要求；另一方面，长年的工业污染使得线路周边形成强腐蚀性的大气环境，造成防腐性能不足的闭口销快速腐蚀损伤并出现大面积腐蚀坑。

建议：首先加强对重工业污染区在役输电铁塔金具闭口销的巡视力度，发现腐蚀损伤严重的闭口销应及时处理；其次，对同批次在用金具闭口销进行材质鉴定，杜绝材质不合格的闭口销继续在电网设备中使用；最后，在投运前开展闭口销化学成分和硬度检测，防止因材质错用导致的设备失效，做到关口前移，避免电网事故的发生〔12-14〕。