服役時間對輸電導線耐腐蝕性能的影響分析

馬 崇，陳韶瑜，程 明

( 國網天津市電力公司電力科學研究院，天津300384)

0 引言

目前，國內高壓輸配電網架空導線的儲存及運行環境各有不同，包括工業污染區、沿海地區及沿海工業污染區等強腐蝕性環境。若導線在儲存過程中受到腐蝕，將給工期帶來影響[1]。而導線腐蝕是導線金屬在環境的作用下發生化學或電化學反應，金屬由單質變為氧合物的過程。在導線的金屬表面形成一層致密連續的氧化膜，這層氧化膜能有效阻止基體材料進一步被腐蝕。導線腐蝕的基本類型有：點蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕開裂、剝落腐蝕、疲勞腐蝕等[2]。架空電力線路上的各種導線，長期經受大氣、風雨和鹽霧的侵蝕，很容易受到腐蝕。不同的服役時間下，導線的耐腐蝕性也各不相同，因此研究輸電導線在不同服役時間下的耐腐蝕性具有重要的意義。

1 電化學腐蝕試驗

1.1 試驗材料

試驗材料是服役時間分別為0年、13年、15年和50年的鋼芯鋁合金導線。導線的基本參數如表1所示。

表1 導線的基本參數

線種原型號最小導電率(20℃、%IACS)抗拉強度/MPa長期許用使用溫度/℃鋼芯鋁合金58TAl58159～169150

1.2 試樣制備

在不同服役條件下的導線中分別切取4 mm的鋼芯和鋁合金試樣毛坯。用200、600、800號金相砂紙逐級將小圓柱的圓柱面打磨至光亮，將一粗銅導線與小圓柱的一面用釬焊焊住，接著使用環氧樹脂將試樣與銅導線密封成一個圓柱型，小圓柱試樣只露出一面。用硅膠將金屬與環氧樹脂接觸的小圓周涂上狹窄的一圈，放在干燥皿里晾干、備用。

1.3 試驗步驟

a. 保持檢測實驗室的溫度在10～25 ℃，使設備遠離或隔離有腐蝕性氣體源，保證設備運行平穩。

b. 計算暴露出的金屬圓面積。

c. 現配制3.5%NaCl的模擬海水溶液，倒入干凈的電解池中，在電解池中插入輔助電極和鹽橋，將參比電極浸入鹽橋中，最后將工作電極，即制作好的帶粗銅導線試樣的圓柱端浸入電解池溶液中，使得圓柱端中暴露出的金屬面對準鹽橋出口，兩者間距大約為2 mm。

d. 接好3個電極與工作站的連線，打開電化學工作站的電源，打開電腦中與工作站對應的CorrTest測試與分析軟件。

e. 進行開路電位的穩定測試。從菜單位置中找到“穩態測試”→“開路電位”，彈出菜單后設置測量時間為20 min，固定速率為1 Hz。

f. 在開路電位測試后得到一個穩定的開路電位值，然后在菜單位置找到“穩態測試”→“動電位掃描”，掃描速率為0.2 mV/s。

2 試驗結果分析

電化學腐蝕試驗結果如圖1所示。按曲線走向可以分為上下兩部分，從曲線中間的水平階段向上下分開，上面部分為陽極極化曲線部分，而下面部分則為陰極極化曲線部分。雖然每個曲線的具體形狀都有些不同，但大致走勢都一樣，陽極極化曲線和陰極極化曲線都可以分為4個區域：水平區、緩升區、陡降區、水平區；對應標準的極化曲線中的活性溶解區、過渡鈍化區、穩定鈍化區、過鈍化區4個區域。所有試樣均表現出了明顯的穩定鈍化特征，可以通過鈍化區的轉折點來判斷材料耐腐蝕性的優劣。

(a) 鋁芯

(b) 鋼芯

對于鋁芯，4種不同的服役年限下所有材料均表現出了典型的鈍化特征。對于鈍化特征明顯的材料，比較其耐腐蝕性的主要依據是看其維鈍電流和點蝕電位。4種材料的維鈍電流基本相同，因此點蝕電位成了判斷耐腐蝕性的主要依據。服役15年材料的點蝕電位最高，因此其耐腐蝕性最好。

對于鋼芯材料，新材料及服役15年材料未表現出鈍化特征，而服役13年和50年的材料表現出了鈍化特征。因此服役13年和50年的材料耐蝕性要優于新材料及服役15年的材料。而服役50年的材料點蝕電位稍高于服役13年的材料。新材料及服役15年的材料都表現出了典型的活性溶解特征，由于新材料的腐蝕電流小于服役15年的材料，因此耐腐蝕性占優。總體上看鋼芯材料的耐腐蝕性按下列順序排序：服役50年的材料>服役13年的材料>新材料>服役15年的材料。

不管是鋼芯還是鋁芯，經過長時間服役后，不可避免的會在材料表面生成一層氧化膜，這層氧化膜能有效組織基體材料進一步被腐蝕。服役13年的鋁芯和服役50年的鋼芯氧化膜的保護效果最優，因此表現出了最佳的耐腐蝕性。

3 結論

該文研究了不同服役條件對導線中鋁芯和鋼芯的耐腐蝕性能的影響。研究結果表明：鋁芯表現出了明顯的鈍化特征，而鋼芯的活化溶解特征明顯。對于鋁芯和鋼芯材料而言，分別是服役15年的材料和50年的材料耐腐蝕性最佳。由于長期服役導致導線的耐腐蝕性能發生改變，建議定期測試其耐腐蝕性性能，以確保導線安全服役。

參考文獻：

[1] 黃豪士，江建華，陸國欽，等.超耐腐蝕型導線及其在平潭島輸電線路上的應用[J].電線電纜，2012(2)：1-5.

[2] 馮愛軍，金 榕.儲存過程中導線表面腐蝕現象的分析及對策[J].電線電纜，2012(2)：35-37.