大型電網(wǎng)設(shè)施腐蝕源污穢圖信息管理系統(tǒng)研究與開發(fā)

郭軍科 于金山 盧立秋 蘇展

（天津市電力公司電力科學(xué)研究院 天津 300384）

電網(wǎng)容量和電壓等級隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展而日益擴展，電力常用金屬材料如銅、鐵、鋁、鋅等，以及電力常見非金屬材料如地埋電纜、高分子聚合物、瓷材、混凝土基礎(chǔ)等，做為電力電源的主要輸變電設(shè)施組成部分在城市區(qū)域內(nèi)被廣泛使用。然而在社會經(jīng)濟和電力事業(yè)不斷發(fā)展的同時，嚴格的環(huán)保制度和排放要求并未能完全阻止社會對資源與能源的過渡利用開發(fā)，大量廢水、廢渣、廢氣仍然被排放到水體、地下和空氣等自然環(huán)境中去，在給人們健康和生活帶來不便的同時，也對電力設(shè)施造成較大的腐蝕危害[1]。因為設(shè)備腐蝕所造成的電力安全隱患時刻威脅著電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，有數(shù)起這樣由于環(huán)境因素造成輸變電設(shè)施嚴重腐蝕的事例[2]。為了使電力設(shè)備安全、經(jīng)濟、持續(xù)發(fā)展，必須監(jiān)測和控制電網(wǎng)主要設(shè)備周邊自然環(huán)境因素的污染，并通過合理設(shè)計、改造或防腐手段來加強電力設(shè)施的防腐蝕能力。

1 環(huán)境腐蝕影響點分類及匯總

為了建立城區(qū)內(nèi)對主要電力設(shè)施產(chǎn)生影響的腐蝕源信息庫，確定環(huán)境腐蝕影響點并進行匯總分析，第一步需要通過多種渠道和方式收集大型城區(qū)的污染源，全面掌握各類環(huán)境重要污染源的數(shù)量、行業(yè)和地區(qū)分布，主要污染物及其排放量、污染源周邊環(huán)境情況、污染治理設(shè)施運行狀況、污染治理水平等情況；然后從電網(wǎng)輸變電設(shè)備地理信息系統(tǒng)中，選擇需要加以重點關(guān)注的變電站、地埋地理電纜和輸電線路，按照重要電網(wǎng)設(shè)施500m圓徑范圍，利用GPS定位坐標技術(shù)，從第一步收集的環(huán)境污染源中尋找出對應(yīng)的腐蝕影響點。

由于電力金屬設(shè)備和材料有的裸露于大氣中，有的與土壤或水體直接接觸，它們被腐蝕的原因和機理也不盡相同。經(jīng)驗表明[3]，銅、鐵、鋁、鋅、錫、鉛等各種金屬部件，與潮濕大氣中的硫化氫、二氧化硫、氨、氮氧化物和粉塵、NaCl海鹽粒子、酸性氯離子等物質(zhì)中的一部分會發(fā)生表面薄層電解液下的化學(xué)-電化學(xué)腐蝕過程；而埋于地下的鋼筋混凝土、接地引下線、接地主網(wǎng)、電力電纜等則可能受到土壤和水質(zhì)中的酸堿溶液、硫酸根離子、氯離子、有機溶劑、重金屬、微生物等條件中一種或幾種因素的腐蝕影響[4]，造成材料的損壞和設(shè)備的停運，降低供電可靠性。因此根據(jù)調(diào)查匯總結(jié)果，把電網(wǎng)設(shè)備環(huán)境腐蝕影響點分為電鍍及金屬加工類、油品加工類、污水處理類、染料加工類、化學(xué)工業(yè)品制造類、造紙印刷類、涂料類、粉塵類、廢棄物和垃圾存放地九種類別，表格模型見表1。

表1 電網(wǎng)設(shè)備環(huán)境腐蝕影響點匯總表（模型）

2 建立城區(qū)腐蝕源污穢圖信息管理系統(tǒng)

大型城區(qū)各類重點污染源檔案和各級污染源信息數(shù)據(jù)庫，主要達到以下目標要求：提供地區(qū)的地理背景圖，提供35kV及以上電壓等級的變電站、5kV及以上不同電壓等級的電力電纜、主要輸電線路、桿塔和重要的環(huán)境污染源的顯示；能夠提供這些重要污染源不同范圍內(nèi)土壤、大氣、水質(zhì)等情況的查詢，查詢污染源點500m范圍內(nèi)所包含的變電站和其他主要輸變電設(shè)施數(shù)量；對環(huán)境腐蝕影響點進行不同污染類型的污染等級分類；能根據(jù)不同的污染源和不同的電力設(shè)備制定不同的腐蝕與防護處理措施并給出相關(guān)的建議，建立專家診斷分析系統(tǒng)；能根據(jù)污源點實際情況（大氣、土壤、水質(zhì)等情況），合理的選擇相應(yīng)設(shè)計和基礎(chǔ)建設(shè)需求并給出相關(guān)的建議；能夠根據(jù)建站地址統(tǒng)計該建站地址500m范圍內(nèi)不同污染類型、不同污染等級的污染源數(shù)量；能夠根據(jù)用戶的需求自定義大氣、土壤、水質(zhì)的測試項目；能夠根據(jù)用戶的需求自定義重要電網(wǎng)設(shè)施；能夠提供專業(yè)統(tǒng)計報表等。

系統(tǒng)基于GIS技術(shù)完成，根據(jù)軟件使用者對不同功能的需求，該系統(tǒng)的軟件體系架構(gòu)采用C/S兩層結(jié)構(gòu)和B/S三層結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方案。C/S結(jié)構(gòu)實現(xiàn)污源點的編輯和污源點基本信息的維護，供專業(yè)人員維護污源點的數(shù)據(jù)；B/S結(jié)構(gòu)實現(xiàn)電纜腐蝕源污穢圖的管理，用戶是所有擁有相應(yīng)權(quán)限的人員，為數(shù)眾多，是系統(tǒng)使用人員的主體。

腐蝕源污穢圖信息管理系統(tǒng)整個系統(tǒng)的框架包含兩部分：污染源維護子系統(tǒng)和web管理子系統(tǒng)，見圖1。

2.1 污染源維護子系統(tǒng)

污染源維護子系統(tǒng)實現(xiàn)污染源和污染源信息的維護工作，主要功能有：（1）地圖功能，如顯示地理背景，包括污染源、電纜、變電站、線路等位置，具有縮放、前后進、漫游等一些常用的圖形操作功能。（2）污染源和污染源土壤、水質(zhì)、大氣信息的維護和調(diào)整。（3）系統(tǒng)維護，包括測試項目增減、項目名稱實驗方法、依據(jù)標準和增加、刪除等。

2.2 Web 管理子系統(tǒng)

web管理子系統(tǒng)實現(xiàn)污染源信息的發(fā)布、信息統(tǒng)計、污染源信息的高級查詢、分析功能，初始頁面見圖2。主要內(nèi)容有：（1）污染源信息屬性查詢顯示，有圖形上拉框選中查詢和樹形列表列出兩種方式。（2）污染源信息高級查詢：查詢污染源某個指定范圍內(nèi)的變電站；查詢變電站某個指定范圍內(nèi)的污染源。（3）污染源屬性統(tǒng)計：污染源基本情況統(tǒng)計。（4）分析功能：對不同的污染類型、不同的污染等級、不同的電網(wǎng)設(shè)施給出防腐處理方案的提示和相關(guān)建議。（5對擬建或新建變電站提供技術(shù)支持：根據(jù)變電站建站地址某個范圍內(nèi)不同污染等級污染源的數(shù)量，提示建站需要進一步采用的試驗方法和其它建議。（6）系統(tǒng)維護和權(quán)限管理。

圖1 腐蝕源污穢圖信息管理系統(tǒng)框架圖

圖2 信息管理系統(tǒng)Web管理子系統(tǒng)

3 城區(qū)腐蝕源污穢圖信息管理系統(tǒng)的作用

腐蝕源污穢圖信息管理系統(tǒng)通過對大型城市城區(qū)進行有效污染點區(qū)域情況分析，對電力設(shè)施周圍環(huán)境因素的檢測分析功能，依據(jù)腐蝕源對不同電網(wǎng)材料的腐蝕影響，提出對策措施制定出合理方案，其最重要的作用體現(xiàn)在基建工程方面。在相關(guān)的行業(yè)標準中，也明確對變電站選址腐蝕源問題提出要求。如DL5056《變電站總布置設(shè)計技術(shù)規(guī)程》指出[5]：“針對所址附近有污染源的變電所進行總體規(guī)劃應(yīng)遵循的原則：對于不同性質(zhì)的污染源對變電所的影響程度和應(yīng)保持的距離要求，在選擇所址時應(yīng)予考慮與確定，在進行總體規(guī)劃時，只能根據(jù)污染源性質(zhì)和風向，盡量避開其不利影響，減輕對所區(qū)環(huán)境的污染。”在DL5170《變電所巖土工程勘測技術(shù)規(guī)程》中提到[6]：“所址不宜設(shè)在大氣嚴重污穢地區(qū)和嚴重鹽霧地區(qū)，必要時，應(yīng)采取防污染措施。對所址土壤及地下水的腐蝕檢測。”

腐蝕源污穢圖信息管理系統(tǒng)能夠根據(jù)擬建站的地址查詢分析待建站地址范圍內(nèi)不同污染類型、不同污染等級的污染源信息，防止新建變電站的誤選址，為擬建變電站和線路走向提供翔實數(shù)據(jù)，為設(shè)備材料選型和系統(tǒng)設(shè)計提供參考，在電力設(shè)施基建工作開展前做出對策方案，可以防止投運后貴重設(shè)備因腐蝕問題、防腐措施不當造成非計劃停運和經(jīng)濟損失。

4 結(jié)語

4.1 環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)采集，獲得原始性數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)評價，數(shù)據(jù)處理和綜合分析，獲得不同自然環(huán)境中的腐蝕規(guī)律，建立數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)，實現(xiàn)材料腐蝕數(shù)據(jù)共享，為輸變電工程提供材料環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)服務(wù)。

4.2 環(huán)境腐蝕源污穢圖信息管理系統(tǒng)，以外部環(huán)境因素對電網(wǎng)主要設(shè)施產(chǎn)生腐蝕影響的角度出發(fā)，能實現(xiàn)從前期設(shè)計、基建施工、驗收投產(chǎn)到穩(wěn)定運行的全過程監(jiān)督檢測和評估。

4.3 大量環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)的積累，為合理選材和腐蝕行為預(yù)測提供依據(jù)。

[1]葉堤,趙大為,李娟,等.大氣污染對碳鋼的腐蝕影響研究[J].重慶建筑大學(xué)學(xué)報，2005,27（1）:80-83.

[2]李興,郭軍科.35kV室內(nèi)變電站銅材腐蝕的原因分析與對策[J].腐蝕與防護.2004,24（3）:78-83.

[3]天華化工機械及自動化研究設(shè)計院.腐蝕與防護手冊（第二版腐蝕理論、試驗及監(jiān)測）[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009.

[4]孫秋霞,材料腐蝕與防護[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2001.

[5]DL/T5056-2007變電站總布置設(shè)計技術(shù)規(guī)程.

[6]DL/T5170-2002變電所巖土工程勘測技術(shù)規(guī)程.