水泥電桿在線消缺新方法及其應(yīng)用

倪大偉　胡雷劍　顧強(qiáng)杰　吳金其

摘要：水泥電桿具有價(jià)格經(jīng)濟(jì)、組裝方便的特點(diǎn)，大量應(yīng)用于電力系統(tǒng)的高、低壓工程，尤其應(yīng)用于廣大城鎮(zhèn)和農(nóng)村輸電線路中。目前，我國電網(wǎng)建設(shè)步伐加快，新農(nóng)村電氣化建設(shè)不斷深入，水泥電桿行業(yè)重新煥發(fā)了生機(jī)和活力。文章對水泥電桿在線消缺新方法及其應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：水泥電桿；在線消缺；電力系統(tǒng)；輸電線路；電網(wǎng)建設(shè) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM753 文章編號：1009-2374（2017）11-0070-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.11.036

水泥電桿由于其價(jià)格經(jīng)濟(jì)、組裝方便，大量應(yīng)用于電力系統(tǒng)的高、低壓工程，尤其應(yīng)用于廣大城鎮(zhèn)和農(nóng)村輸電線路中。隨著我國電網(wǎng)建設(shè)步伐加快以及新農(nóng)村電氣化建設(shè)不斷深入，水泥電桿行業(yè)又重新煥發(fā)了生機(jī)和活力。由于受水泥電桿制造技術(shù)以及運(yùn)輸?shù)南拗疲瑢τ谳^長的水泥電桿往往采用分節(jié)焊接的形式在施工現(xiàn)場焊接而成，如10～220kV水泥電桿最少由3節(jié)桿段通過對接鋼圈焊接組合而成。水泥電桿由于長期暴露在環(huán)境中，受到風(fēng)吹雨打和環(huán)境水的浸蝕及各種外力和內(nèi)應(yīng)力的作用，隨著服役時(shí)間延長，水泥電桿多會(huì)出現(xiàn)桿體的橫向、縱向與網(wǎng)狀裂縫及內(nèi)部的鋼筋、鋼圈銹蝕等現(xiàn)象。上述老化病害現(xiàn)象將使水泥電桿出現(xiàn)桿身水泥脫落、露筋，露漿、銹蝕、基礎(chǔ)松動(dòng)等缺陷，從而使電桿的壽命大大減少，并降低電桿結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，嚴(yán)重影響到電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。目前，對于水泥電桿消缺的普遍做法是全桿更換方法，存在著施工準(zhǔn)備時(shí)間長、線路停電時(shí)間長、更換費(fèi)用高的缺點(diǎn)，因此研究一種不停電的水泥電桿在線消缺新方法，對于保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、減少停電檢修時(shí)間、降低電力系統(tǒng)運(yùn)行成本具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 水泥電桿的在線消缺新方法

1.1 水泥電桿的缺陷及成因

水泥電桿是由高強(qiáng)鋼筋和細(xì)鐵絲制成圈形鋼筋籠骨架，置于模具中，灌注由水泥、砂石調(diào)配而成的水泥漿料，經(jīng)離心、固化、脫模而制成的圓形中空電桿。其中在水泥固化過程中會(huì)產(chǎn)生一些孔隙如毛細(xì)孔、凝膠孔等，具有滲透性。此外，水泥水化產(chǎn)物之一是氫氧化鈣，使水泥漿體呈堿性。水泥漿體的這些特性，使之在自然環(huán)境中會(huì)遭受一些物理化學(xué)作用而損壞。水泥電桿的物理破壞主要是由于水泥長期經(jīng)受溫度變化（甚至凍融）和干濕變化引起的體積脹縮循環(huán)導(dǎo)致由表及里的損壞。水泥呈堿性不耐酸，因此水泥電桿表面會(huì)受酸雨或接觸到的其他酸性介質(zhì)的腐蝕；另外，水泥的碳化作用降低了水泥的堿度以及氯離子的滲入都會(huì)導(dǎo)致鋼筋或分節(jié)電桿對接鋼圈的銹蝕，從而產(chǎn)生體積膨脹，致使水泥表面開裂或剝落。巡察結(jié)果表明，造成電力系統(tǒng)安全隱患最大的是分節(jié)電桿對接鋼圈的銹蝕和與鋼圈連接處的水泥腐蝕與風(fēng)化這兩大缺陷。這兩大缺陷都將造成水泥電桿的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，使其發(fā)生倒桿或折桿的風(fēng)險(xiǎn)大大增加。

1.2 水泥電桿在線消缺處理工藝過程

上述兩大水泥電桿的缺陷如不能及時(shí)消除，必將對供電線路的安全運(yùn)營帶來不利影響，而采用停電換桿方式進(jìn)行消缺又存在成本高、停電時(shí)間長等不利因素。因此，我們在前期成功開發(fā)出電力設(shè)備現(xiàn)場防腐修復(fù)處理技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合碳纖維布在加固超役混凝土電桿上的應(yīng)用，開發(fā)出一種新型的水泥電桿在線消缺方法，其主要工藝過程如下：手工打磨除銹→銹層原位轉(zhuǎn)化→刷防腐涂料→刮環(huán)氧膩?zhàn)印祭w維布纏繞→結(jié)構(gòu)膠固化→刮環(huán)氧膩?zhàn)印祭w維布二次纏繞→結(jié)構(gòu)膠固化→刮環(huán)氧膩?zhàn)印⒎栏灼帷喒饷嫫帷?/p>

1.3 銹層原位轉(zhuǎn)化

銹層原位轉(zhuǎn)化技術(shù)是在我們自主開發(fā)的電力設(shè)備現(xiàn)場防腐修復(fù)處理技術(shù)的基礎(chǔ)上，借鑒清潔型磷化膜常溫制備技術(shù)研發(fā)出的一種理念更先進(jìn)、防腐效果更佳的表面處理技術(shù)，只需在經(jīng)除去表面浮銹和塵土的銹層表面涂刷銹層原位轉(zhuǎn)化液，轉(zhuǎn)化液中的所有成分以及銹層中的銹蝕產(chǎn)物全部可以轉(zhuǎn)化為致密防護(hù)膜。

轉(zhuǎn)化液的主要成分是磷酸、ZnO、鉬酸鹽和催化劑。ZnO與磷酸作用生成可溶性的Zn（H2PO4）2：

隨著轉(zhuǎn)化液中的游離磷酸不斷被消耗，轉(zhuǎn)化液的酸度不斷降低，這些可溶性的金屬磷酸二氫鹽發(fā)生解析釋放出磷酸而變成正磷酸鹽，金屬正磷酸鹽的溶度積很小，從而從液相中沉積出來形成轉(zhuǎn)化膜：

氫氣的析出破壞了轉(zhuǎn)化膜的形成，而且轉(zhuǎn)化膜在常溫下進(jìn)行，晶粒粗大，難以形成致密的轉(zhuǎn)化膜，因此銹層轉(zhuǎn)化技術(shù)的關(guān)鍵在于選擇合適的催化劑，可以將氫氣及時(shí)除去，同時(shí)細(xì)化晶粒，得到細(xì)致的轉(zhuǎn)化膜。該轉(zhuǎn)化膜在鉬酸鹽的作用下，進(jìn)一步改變了結(jié)晶形態(tài)，生成致密的轉(zhuǎn)化膜，并對轉(zhuǎn)化膜進(jìn)行鈍化處理，提高了轉(zhuǎn)化膜的防腐性能。

銹層轉(zhuǎn)化膜與防腐涂料配合可以組成防腐性能非常優(yōu)異的防腐蝕體系，對水泥電桿起到保護(hù)作用。

1.4 碳纖維布加固

帶缺陷的水泥電桿本身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度已有所降低，經(jīng)銹層轉(zhuǎn)化和涂防腐涂料后增強(qiáng)了防腐蝕性，但并沒有提高其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，倒桿或折桿的風(fēng)險(xiǎn)依然存在，因此必須對水泥電桿進(jìn)行加固處理。

碳纖維是一種人造的纖維狀高新材料，具有耐老化、強(qiáng)度高、重量輕、抗腐蝕、物理性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。用碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)得到了廣泛的應(yīng)用，按結(jié)構(gòu)的受力和構(gòu)造特點(diǎn)將碳纖維布用粘結(jié)材料有序地粘貼于構(gòu)件表面，利用碳纖維布的特性對結(jié)構(gòu)進(jìn)行約束，提高結(jié)構(gòu)物的極限強(qiáng)度和承載能力，其抗拉強(qiáng)度大約是鋼筋的10倍。

碳纖維加固修補(bǔ)結(jié)構(gòu)技術(shù)是一種新型的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)。碳纖維與傳統(tǒng)的加大混凝土截面或粘鋼混凝土補(bǔ)強(qiáng)相比，具有節(jié)省空間，施工簡便，不需要現(xiàn)場固定設(shè)施，施工質(zhì)量易保證，基本不增加結(jié)構(gòu)尺寸及自重，耐腐蝕、耐久性能好等特點(diǎn)，可大大提高結(jié)構(gòu)物的使用壽命，降低加固成本。

2 在平湖供電系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

日常運(yùn)維中發(fā)現(xiàn)平湖城區(qū)當(dāng)湖路兩側(cè)水泥電桿運(yùn)行時(shí)間已長達(dá)18年之久，這些10千伏水泥電桿水泥脫落露筋、對接鋼圈銹蝕的現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，截至2015年底，總共發(fā)現(xiàn)101基出現(xiàn)以上缺陷。我們采用在線消缺新方法對這101基水泥電桿進(jìn)行了維修加固處理，首先對銹蝕的對接鋼圈進(jìn)行打磨除去浮銹和塵土以及與鋼圈連接處已風(fēng)化碎裂的水泥層，再對裸露的鋼圈進(jìn)行銹層的原位轉(zhuǎn)化，使銹蝕層轉(zhuǎn)變成致密的防腐保護(hù)層，在此基礎(chǔ)上涂覆一種耐水性極佳且適合現(xiàn)場施工的重防腐涂料。在鋼圈部位先刮涂膩?zhàn)有扪a(bǔ)表面凹坑后，用碳纖維布加環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行纏繞加固，如此重復(fù)兩次，做到超強(qiáng)密封及超高強(qiáng)度，防止受風(fēng)雨侵蝕而導(dǎo)致鋼圈再次銹蝕而產(chǎn)生運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。碳纖維材料的耐酸堿性強(qiáng)、抗腐蝕性好，適宜在惡劣環(huán)境中使用，與結(jié)構(gòu)膠配合使用，能阻止有害介質(zhì)浸滲，對內(nèi)部結(jié)構(gòu)起保護(hù)作用。最后再刮一次膩?zhàn)樱M(jìn)行美化修補(bǔ)，涂刷與水泥電桿相近的亞光面漆。經(jīng)在線消缺后的水泥電桿從外表面看，已與新桿無異。

3 實(shí)施效果

按常規(guī)的停電換桿處理的成本分析，這101基水泥電桿全部更換光材料成本就達(dá)78.4萬元，停電造成的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益達(dá)35.3萬元，再加上更換的人工成本和機(jī)械動(dòng)力成本6.4萬元，共需成本約120萬元。而采用在線消缺新方法后，消缺的成本主要包括轉(zhuǎn)化液、膩?zhàn)印⑼苛稀⑻祭w維布的材料成本，以及現(xiàn)場施工的人工成本，施工完畢后經(jīng)決算共花費(fèi)成本22萬元，成本降低率達(dá)到81.67%，取得了令人滿意的結(jié)果。

消缺完成8個(gè)月后，我們再對這101基水泥電桿的維修加固部位進(jìn)行復(fù)查，無一出現(xiàn)裂紋現(xiàn)象。而未經(jīng)維修加固的水泥電桿，在其對接鋼圈部位都有不同程度的缺陷出現(xiàn)或加深現(xiàn)象。

4 結(jié)語

采用銹層原位轉(zhuǎn)化技術(shù)和碳纖維布加固技術(shù)可以對水泥電桿的對接鋼圈部位進(jìn)行不停電在線消缺處理，成本極低，消缺成本與傳統(tǒng)的停電換桿相比，成本降低率達(dá)到81.67%，效果相當(dāng)明顯。同時(shí)經(jīng)過8個(gè)月后復(fù)查表明，經(jīng)在線消缺處理后水泥電桿并未出現(xiàn)新的裂紋。因此，本文提出的水泥電桿消缺新方法不但具有成本低，消缺效果好，而且可在不停電狀態(tài)下進(jìn)行，保證了供電的穩(wěn)定性。如果將該方法在全行業(yè)推廣，必將取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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作者簡介：倪大偉（1981-），男，浙江平湖人，供職于國網(wǎng)浙江平湖市供電公司，初級職稱，研究方向：配電線路。

（責(zé)任編輯：蔣建華）