輸電線路鐵塔腐蝕等級評定規則研究

劉爽，高明德，李圣爭，胡新芳

（國網山東省電力公司電力科學研究院，濟南250003）

輸電線路鐵塔腐蝕等級評定規則研究

劉爽，高明德，李圣爭，胡新芳

（國網山東省電力公司電力科學研究院，濟南250003）

目前電網企業對輸電線路鐵塔腐蝕等級沒有統一的評定標準，無法在現場準確、快速對輸電線路鐵塔腐蝕程度進行判斷，評定腐蝕等級。將鐵塔塔材表面腐蝕形貌的宏觀檢測結果和熱鍍鋅層剩余厚度測量結果作為評判依據，并結合相關鋼材表面腐蝕程度的劃分和涂層老化評級方法等標準，制定輸電線路鐵塔腐蝕等級評定規則。該評定規則易于掌握和應用，能夠在現場快速準確對輸電線路鐵塔腐蝕程度進行判定。

輸電線路鐵塔；腐蝕；腐蝕等級；熱鍍鋅；評定規則

0 引言

輸電線路鐵塔服役條件是長期露天運行，面臨各類氣象條件和大氣腐蝕，運行環境惡劣［1］，由于環境腐蝕引起塔材失效頻率呈逐年上升趨勢。對于鐵塔的腐蝕防護，目前主要是采用熱鍍鋅與涂刷防腐涂料兩種方式［2］。熱鍍鋅層對基體與腐蝕環境具有隔離作用和電化學保護作用，在內陸空氣干燥、潔凈的環境中，防護時間可達十幾年甚至幾十年［3］。但處于沿海、城市或重工業污染環境時，大氣中的SO2、NOx、H2S等腐蝕性氣體以及強吸濕性NaCl、MgCl2等污染物質，在一定的潤濕條件下，能夠使熱鍍鋅層發生電化學腐蝕［4－7］，導致熱鍍鋅層對鋼鐵塔的防護時間大大縮短，嚴重危害電網的安全穩定運行。

目前，電網企業對于金屬材料腐蝕機理的研究缺乏整體性和系統性，對鐵塔腐蝕程度的評定尚無統一的參考標準。因此，需要制定評定準確、易于應用的輸電線路鐵塔腐蝕等級評級規則，能在現場準確地對輸電線路鐵塔腐蝕程度進行評定，指導制定相應的監督和維護措施，為電網的安全穩定運行提供有力的技術支持。

1 試驗分析

1.1 試樣準備

試驗試樣取自實際運行的220 kV線路鐵塔塔材，規格為L100×10、L80×5，材質為Q235、Q345，取樣線路實際投運時間已達到15年，運行環境為重工業環境和城市環境，大氣中SO2、NOx、H2S等腐蝕性氣體污染物含量較高，屬于e級污區（據2011版山東電力系統污區分布圖）。

1）輕微腐蝕試樣：塔材表面熱鍍鋅層基本完整，局部位置存在開裂和小面積剝落區域，整體表面可能出現單個銹點，如圖1所示。

2）部分腐蝕試樣：塔材表面熱鍍鋅層存在多處剝落、開裂，局部位置基體已經被腐蝕，整體表面出現不連續的可見銹點和泛銹區域，如圖2所示。

3）完全腐蝕試樣：塔材表面熱鍍鋅層已基本脫落或被腐蝕，布滿大量可見銹點和大面積紅銹區域，基體已被腐蝕，如圖3所示。

另從取樣線路塔材備品中選取同批次、同規格的塔材作為對比試樣，如圖4所示。

圖1 輕微腐蝕試樣宏觀形貌

圖2 部分腐蝕試樣宏觀形貌

圖3 完全腐蝕試樣宏觀形貌

圖4 對比試樣宏觀形貌

1.2 試驗方法

采用OXFORD CMI233型熱鍍鋅層測厚儀，對四組試樣表面熱鍍鋅層厚度、表面腐蝕產物層厚度進行測量。采用美國AMRAY1830／34-J-77掃描電子顯微鏡和EDS能譜對三組試樣表面和截面的微觀形貌以及組成元素進行分析，加速電壓為20.0 kV。

采用無公害綜合防治技術進行病蟲害防治，確保高產、高質、高環保效應。對印度紫檀和金花茶病害主要用波爾多液及其他銅制劑等低毒無殘留無公害的藥液噴灑防治，并做好田間清潔，消除病原菌；對蟲害防治主要用Bt、殺蟲雙等低毒無殘留無公害農藥，兼顧使用殺蟲燈、黃板進行誘殺害蟲。盡量減少農藥使用量和次數。

2 試驗結果與討論

2.1 試樣表面熱鍍鋅層及腐蝕產物厚度

三組試樣表面熱鍍鋅層及腐蝕產物厚度測量結果見表1，每個試樣表面共測5點，計算平均值。

表1 試樣表面熱鍍鋅層、腐蝕產物厚度μm

從表1的測量結果中可以看出，原始塔材熱鍍鋅層厚度平均值在110 μm左右，符合GB／T 2694—2010《輸電線路鐵塔制造技術條件》對塔材熱鍍鋅層厚度的要求。輕微腐蝕試樣的平均熱鍍鋅層厚度為36.46 μm，為原始熱鍍鋅層厚度的1／3左右；部分腐蝕試樣熱鍍鋅層的厚度為14.44 μm，只有原始熱鍍鋅層厚度的1／9左右，而腐蝕區域的腐蝕產物厚度為47.9 μm；完全腐蝕試樣的腐蝕產物厚度為145.8 μm。

2.2 完全腐蝕表面、截面微觀形貌及成分分析

圖5為完全腐蝕試樣表面的微觀形貌，存在大量的孔洞和裂紋；圖6為完全腐蝕試樣截面的微觀形貌，腐蝕產物中有較大的腐蝕孔洞，基體已經被嚴重腐蝕。表2為完全腐蝕試樣表面和截面的能譜檢測結果。

圖5 完全腐蝕試樣表面SEM形貌

圖6 完全腐蝕試樣截面SEM形貌

表2 完全腐蝕表面及截面EDS能譜分析結果%

根據表2，完全腐蝕試樣表面和截面的成分基本一致，主要是Fe的腐蝕產物及表面熱鍍鋅層被腐蝕后的腐蝕產物。

2.3 部分腐蝕表面、截面微觀形貌及成分分析

圖7為部分腐蝕試樣熱鍍鋅層區域表面微觀形貌，熱鍍鋅層區域存在網狀微觀裂紋，部分區域有腐蝕孔洞。圖8為部分腐蝕試樣表面腐蝕區域微觀形貌，腐蝕區域表面存在大量的微觀裂紋和孔隙。

圖7 部分腐蝕試樣熱鍍鋅層表面SEM形貌

圖8 部分腐蝕試樣腐蝕區域表面SEM形貌

圖9、圖10分別為部分腐蝕試樣熱鍍鋅層區域、腐蝕區域截面的微觀形貌。圖9熱鍍鋅層區域截面形貌，熱鍍鋅層剩余厚度較低，部分位置基體已經裸露；圖10部分腐蝕試樣腐蝕區域截面有較多腐蝕坑，熱鍍鋅層已經消失，基體已經被腐蝕。表3為部分腐蝕表面及截面能譜檢測結果。

圖9 部分腐蝕試樣熱鍍鋅層截面SEM形貌及EDS檢測位置

圖10 部分腐蝕試樣銹蝕區域截面SEM形貌及EDS檢測位置

根據表3能譜檢測結果，部分腐蝕試樣熱鍍鋅層區域表面與截面1點處的成分基本一致，主要以熱鍍鋅層的腐蝕產物為主，截面2點處的成分主要熱鍍鋅層靠近基體形成的ZnFe合金成分，截面3點處為試樣基體。部分腐蝕試樣腐蝕區域表面與截面1、2點處的成分基本一致，主要以基體的腐蝕產物和熱鍍鋅層腐蝕產物為主，截面3點處為試樣基體。S、Cl元素為腐蝕介質，從S、Cl元素在截面上的分布看，部分腐蝕試樣熱鍍鋅層區域和腐蝕區域都存在，說明腐蝕介質已經通過表面的裂紋和孔隙滲入到與基體結合的部位，熱鍍鋅層區域對基體的保護能力有限，而腐蝕區域已失去對基體的保護，基體已經被腐蝕。

表3 部分腐蝕表面及截面EDS能譜檢測結果%

2.4 輕微腐蝕表面、截面微觀形貌及成分分析

圖11為輕微腐蝕試樣表面微觀形貌，熱鍍鋅層完整，存在少量的裂紋和孔隙。圖12為輕微腐蝕試樣截面微觀形貌，熱鍍鋅層完整致密，厚度分布不均。表4為輕微腐蝕試樣表面和截面能譜檢測結果。

圖11 輕微腐蝕試樣表面SEM形貌

圖12 輕微腐蝕試樣截面能譜檢測圖

根據表4，輕微腐蝕試樣表面與截面1點處的成分基本一致，主要以熱鍍鋅層及其腐蝕產物為主，截面2、3點處的成分主要是熱鍍鋅層的成分。截面1、2點處與部分腐蝕試樣熱鍍鋅區域截面2點處的成分類似，在截面上同樣能夠發現S、Cl元素，說明腐蝕介質已經通過表面的裂紋和腐蝕孔隙滲入到輕微腐蝕試樣的熱鍍鋅層內部，但尚未到達與基體結合的位置，熱鍍鋅層仍能夠對基體形成有效保護。

表4 輕微腐蝕表面及截面EDS能譜檢測結果%

2.5 試驗結果分析

綜合上述試驗結果，輕微腐蝕試樣熱鍍鋅層基本完整，平均厚度為36.46 μm，能夠阻擋S、Cl等腐蝕介質對基體的腐蝕，對基體形成有效保護；部分腐蝕試樣熱鍍鋅層區域已不完整，平均厚度為14.44 μm，并且表面存在網狀裂紋和腐蝕孔洞，對S、Cl等腐蝕介質的阻擋能力下降，對基體的保護有限。而部分腐蝕試樣的腐蝕區域和完全腐蝕試樣相同，表面熱鍍鋅層已完全消失，表面主要覆蓋疏松的熱鍍鋅層和基體的腐蝕產物，S、Cl等腐蝕介質能夠直接腐蝕基體，無法對基體進行保護。

3 腐蝕等級評定規則的制定

根據上述對實際運行的輸電線路鐵塔塔材的試驗結果，結合GB／T 2694—2010《輸電線路鐵塔制造技術條件》對塔材熱鍍鋅層厚度的規定，制定腐蝕等級評定規則，見表5。

為確保評定規則易于掌握和熟練運用，借鑒標準GB／T 1766—2008《色漆和清漆涂層老化的評級方法》的評級規則的表示方法，以0至3的數字等級來評定腐蝕等級，0表示無腐蝕，1表示輕微腐蝕，2表示部分腐蝕，3表示完全腐蝕。同時，可以采用中間的半級來對所觀察到的腐蝕等級進行更準確的評定，如存在腐蝕程度不同的現象，應以腐蝕程度嚴重的級別為評定結果，以文字表述其不均勻性。

表5 輸電線路鐵塔腐蝕等級評定規則

4 結語

制定腐蝕等級評定規則，將腐蝕等級劃分為無腐蝕、輕微腐蝕、部分腐蝕和完全腐蝕。

輕微腐蝕塔材表面呈灰色或深灰色，熱鍍鋅層完整，個別位置存在單個銹點。隨機檢測熱鍍鋅層剩余厚度平均值不小于35 μm，不低于GB／T 2694—2010《輸電線路鐵塔制造技術條件》對熱鍍鋅層厚度規定值的30%，能夠對基體形成有效保護。在實際運行條件下，仍然能夠繼續保護基體，進行常規的運行監督。

部分腐蝕塔材表面呈灰色或暗灰色，熱鍍鋅層部已不完整，局部出現腐蝕區域或連續多個銹點。隨機檢測熱鍍鋅層剩余厚度平均值小于15 μm，低于GB／T 2694—2010《輸電線路鐵塔制造技術條件》對熱鍍鋅層厚度規定值的10%，熱鍍鋅層能夠對基體已經無法形成有效保護。在實際運行條件下，基體將被腐蝕，需將腐蝕情況上報并縮短巡視周期并監督運行，列入年度檢修計劃，進行防腐處理。

完全腐蝕塔材表面呈棕紅色，熱鍍鋅層已基本消失，基體大面積裸露，布滿大量可見銹點或存在大面積紅銹區域。在實際運行條件下，基體將被快速腐蝕，需將腐蝕情況上報并立即進行表面防腐或者更換處理。

［1］何長華.輸電線路鐵塔用鋼的發展趨勢［J］.電力建設，2010，31（1）：45-48

［2］李金桂，趙閨彥.腐蝕和腐蝕控制手冊［M］.北京：國防大學出版社，1988.

［3］陳云，強春媚，王國剛，等.輸電鐵塔的腐蝕與防護［J］.電力建設，2010，31（8）：55-58.

［4］PAREJA R Romero，IBANEG R Lopez，MARTIN F，et al.Corrosion Behavior of Zirconia’s Barrier Coatings on Galvanized Steel［J］. Surface&Coatings Technology，2006，200（22）：6606-6610.

［5］SHIBLI S M A，JAYALEKSHMI A C，REMYA R.Electrochemical and Structural Characterization of the Mixed Oxides-reinforced Hot-dip Zinc Coating［J］.Surface&Coatings Technology， 2007，201（16－17）：7560-7565.

［6］BASTOS A C，FERREIA M U S，SIMOES A M.Comparative Electrochemical Studies of Zinc Chromate and Zinc Phosphate as Corrosion Inhibitors for Zinc［J］.Progress in Organic Coatings，2005，52（4）：339-350.

［7］ARAMAKI K.The Inhibition Effects of Chromate-free，Anion Inhibitors on Corrosion of Zinc in Aerated 0.5 M NaCl［J］.Corrosion Science，2001，43（6）：591-604.

Evaluation Rule Study on Corrosion Degree of Transmission Towers

LIU Shuang，GAO Mingde，LI Shengzheng，HU Xinfang
（State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250003，China）

At present，a uniform assessment standard of transmission towers corrosion degree in power enterprises is not exist，which results in corrosion level not to be judged accurately and quickly at the scene.Taking the tower material surface corrosion morphology and hot dip galvanized layer remaining thickness as basis，and combined with correlation standards such as the assessment of corrosion degree of steel surface and the ranking method of the coating aging，the evaluation rule of corrosion degree for transmission line towers is formulated，which is grasped and applied easily，and can determine the corrosion degree fast and accurately.

transmission line tower；corrosion；degree of corrosion；hot dip galvanized coating；evaluation rule

TG179；G307

A

1007－9904（2016）11－0028－04

2016-05-29

劉爽（1982），男，高級工程師，從事電力金屬材料監督檢驗、電站和電網重要金屬部件失效分析、電網材料腐蝕與防護、電力金屬材料檢測等方面的工作。