接地網(wǎng)防蝕金屬材料性能試驗(yàn)研究

摘 要：電力系統(tǒng)中，變電站的接地網(wǎng)運(yùn)行狀況直接影響到變電站的安全穩(wěn)定，而在接地網(wǎng)中，金屬材料的選擇和使用就非常重要，一定要選擇性能優(yōu)良具有極高穩(wěn)定性的金屬材料，以保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)過(guò)相關(guān)的性能試驗(yàn)研究，表明金屬材料CL2在耐蝕性方面要比普通的碳鋼高很多，有效地延長(zhǎng)了接地網(wǎng)的使用壽命。

關(guān)鍵詞：接地網(wǎng)；耐蝕金屬材料；電化學(xué)測(cè)試

中圖分類號(hào)：U668.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 概述

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，我國(guó)的各個(gè)行業(yè)都得到了快速的進(jìn)步，在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，對(duì)于電力的需求就有所提高，那么對(duì)于電力的供應(yīng)質(zhì)量就要給予更高的重視。在變電站運(yùn)行期間，為了保護(hù)變電的安全穩(wěn)定運(yùn)行，一般都會(huì)采取接地網(wǎng)的有效措施，那么在接地網(wǎng)中，對(duì)于接地材料的選擇和使用需要性能良好的金屬材料以保證變電的安全運(yùn)行。經(jīng)過(guò)實(shí)際的試驗(yàn)證明發(fā)現(xiàn)，在接地網(wǎng)埋地試驗(yàn)中，將普通的碳鋼材料埋入地下，在經(jīng)過(guò)兩年的時(shí)間后材料出現(xiàn)了嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象，非常不利于接地網(wǎng)功能的發(fā)揮。

腐蝕是導(dǎo)致接地體事故擴(kuò)大的一個(gè)主要原因。因?yàn)閷?duì)于運(yùn)行多年的接地網(wǎng)而言，由于腐蝕性土壤環(huán)境中的電化學(xué)腐蝕以及電網(wǎng)設(shè)備等運(yùn)行中的泄流造成的腐蝕使得接地體截面減小，甚至斷裂，造成接地性能不良，不能滿足熱穩(wěn)定性的要求，因而電路電流將會(huì)燒壞接地網(wǎng)，使得變電站內(nèi)出現(xiàn)高電位差，造成其它主設(shè)備的毀壞事故，還會(huì)危及人身安全。由于接地網(wǎng)埋設(shè)在地下，一旦腐蝕嚴(yán)重到使接地網(wǎng)的接地電阻不合格，甚至局部斷裂時(shí)，接地網(wǎng)的翻修改造是相當(dāng)費(fèi)勁和困難的，費(fèi)用也是巨大的。因此防止接地網(wǎng)腐蝕，保證接地性能的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)接地網(wǎng)的使用壽命，是電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)所迫切需要解決的課題。

2 試驗(yàn)情況

由于接地網(wǎng)土壤腐蝕是一個(gè)緩慢過(guò)程，因此為了能快速優(yōu)選出所需的材料，在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行了電化學(xué)測(cè)試，試驗(yàn)測(cè)試方法包括極化曲線、交流阻抗和動(dòng)電位掃描。

2.1 極化曲線測(cè)試

2.1.1 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)采用三電極體系，即工作電極、參比電極和輔助陽(yáng)極。其中工作電極是將各種材料制作成體積為1cm3的小塊，留出一表面作為研究面，其余表面用環(huán)氧樹脂密封；參比電極為飽和甘汞電極，通過(guò)魯金毛細(xì)管插入電解池；輔助陽(yáng)極為鉑電極。試驗(yàn)介質(zhì)為土壤水土比為5：1的浸出液。試驗(yàn)所用儀器為TD 3690型恒電位儀，HD-1A型信號(hào)發(fā)生器及3086-1AX-Y型記錄儀。

試驗(yàn)時(shí)，起掃電位的選擇是陽(yáng)極極化時(shí)起掃電位比自腐蝕電位低100mV，陰極極化時(shí)起掃電位比自腐蝕電位高100mV。每次掃描的速度為2mV/s。

2.1.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

采用BETACRUNCH（VERSION）程序進(jìn)行計(jì)算。

2.2 交流阻抗測(cè)試

2.2.1 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)采用三電極體系，介質(zhì)為水土比為5：1的土壤浸出液和水土比為2：1的泥漿，試驗(yàn)使用的儀器為EGG公司的交流阻抗測(cè)試儀，包括鎖相放大器，M283恒電位儀。計(jì)算機(jī)3個(gè)硬件部分通過(guò)GPIB總線連接起來(lái)。軟件為M398阻抗數(shù)據(jù)專用測(cè)量軟件。

2.2.2 數(shù)據(jù)處理

以頻率最低處的阻抗值（|Z|0.05）來(lái)表征材料在介質(zhì)中的耐蝕性能。|Z|0.05越高，說(shuō)明材料的耐蝕性能越好，反之亦然。

2.3 電解測(cè)試

電解時(shí)試驗(yàn)材料與直流電源正極連接，用石墨棒作為陰極與直流電源的負(fù)極連接，電解所用介質(zhì)為變電站土壤的水土比為2：1的泥漿，電解時(shí)間3h，電解電流為64.0mA，槽壓為150V。

3 試驗(yàn)結(jié)果和討論

3.1 極化曲線測(cè)試

極化曲線測(cè)試試驗(yàn)的結(jié)果可見(jiàn)，在這些土壤介質(zhì)中，材料CL1、CL2的腐蝕速率較其它材料低，其耐蝕性能較好。

3.2 交流阻抗測(cè)試

試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，材料CL1、CL2的阻抗值明顯高于其它材料，比普通碳鋼高出2個(gè)數(shù)量級(jí)。材料CL4、CL5的耐蝕性能與普通碳鋼差不多，甚至有時(shí)還不如普通碳鋼。

3.3 電解測(cè)試

經(jīng)過(guò)電解測(cè)試后，可以從結(jié)果看到，鍍鋅鋼的耐蝕性能要較CL1和CL2差很多，后兩種金屬材料在耐蝕性上要比普通的碳鋼高出很多。在經(jīng)過(guò)電解試驗(yàn)后，鍍鋅鋼的表層發(fā)生了剝離現(xiàn)象，從而就會(huì)加速里層材料的腐蝕速度，而在其他兩種材料的表面卻沒(méi)有這種現(xiàn)象發(fā)生。

3.4 現(xiàn)場(chǎng)埋置試驗(yàn)

不同材料制作的試片在變電站現(xiàn)場(chǎng)土壤中埋置624天后挖出，經(jīng)過(guò)表面處理后測(cè)定材料的腐蝕速率，結(jié)果可見(jiàn)，材料CL1和CL2的腐蝕速率較碳鋼及鍍鋅鋼要小得多。

同種材料，當(dāng)與接地網(wǎng)連接時(shí)其腐蝕速率高于接地網(wǎng)不連接時(shí)的腐蝕速率，原因是與接地網(wǎng)連接的試片除了要受到土壤自然腐蝕作用外，還要受到變電站接地網(wǎng)泄流時(shí)的電流電解腐蝕。

在變電站土壤現(xiàn)場(chǎng)埋置試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，與接地網(wǎng)連接的鍍鋅鋼材料在不到1年時(shí)間其表面鍍鋅層就已經(jīng)被電解腐蝕掉，而未與接地網(wǎng)連接的鍍鋅鋼材料其表面鍍鋅層卻完好。從現(xiàn)場(chǎng)埋置材料試片測(cè)定的腐蝕速率結(jié)果也可以看出，鍍鋅鋼用作接地網(wǎng)材料時(shí)其耐蝕性能較普通碳鋼沒(méi)有多大提高，因此用鍍鋅鋼材料來(lái)延長(zhǎng)接地網(wǎng)使用壽命意義不大。

4 結(jié)論

4.1 一般情況下，在土壤的腐蝕性比較嚴(yán)重的地區(qū)，會(huì)優(yōu)先考慮鍍鋅鋼的使用，因?yàn)殄冧\鋼外層的鋅在腐蝕電位方面要比普通的碳鋼要低，所以說(shuō)在腐蝕的順序上，首先是鍍?cè)谕饷娴匿\層發(fā)生反應(yīng)，然后是里邊的材料，有效延長(zhǎng)了鍍鋅鋼的使用壽命。但是這種方法是在鍍鋅鋼不接觸電流的情況下，而在接地網(wǎng)材料中是會(huì)有接地電流通過(guò)的，那么在電流的作用下，就會(huì)加速鋅的電解而被腐蝕，所以說(shuō)將鍍鋅鋼應(yīng)用到接地網(wǎng)的材料中對(duì)于延長(zhǎng)壽命來(lái)講并沒(méi)有起到多大的作用。

4.2 經(jīng)過(guò)一系列的化學(xué)實(shí)驗(yàn)是物理實(shí)驗(yàn)，對(duì)于材料CL2的耐蝕性進(jìn)行了分析研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)無(wú)論是在土壤浸出液還是在泥漿中，其耐蝕性都要比普通的碳鋼高出很多，證明其耐蝕性較強(qiáng)。

4.3 經(jīng)過(guò)了上述的論斷后，得知材料CL2的耐蝕性能較強(qiáng)，比較適合應(yīng)用到變電站的接地網(wǎng)中，適合做接地網(wǎng)材料。并且在材料的成本因素和安全性等方面它都是比較合適的材料，對(duì)于變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行有極大的保障，所以應(yīng)該將這種材料廣泛的推廣應(yīng)用到接地網(wǎng)中。

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