水泥電桿在線消缺新方法及其應用

倪大偉　胡雷劍　顧強杰　吳金其

摘要：水泥電桿具有價格經濟、組裝方便的特點，大量應用于電力系統的高、低壓工程，尤其應用于廣大城鎮和農村輸電線路中。目前，我國電網建設步伐加快，新農村電氣化建設不斷深入，水泥電桿行業重新煥發了生機和活力。文章對水泥電桿在線消缺新方法及其應用進行了探討。

關鍵詞：水泥電桿；在線消缺；電力系統；輸電線路；電網建設 文獻標識碼：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

水泥電桿由于其價格經濟、組裝方便，大量應用于電力系統的高、低壓工程，尤其應用于廣大城鎮和農村輸電線路中。隨著我國電網建設步伐加快以及新農村電氣化建設不斷深入，水泥電桿行業又重新煥發了生機和活力。由于受水泥電桿制造技術以及運輸的限制，對于較長的水泥電桿往往采用分節焊接的形式在施工現場焊接而成，如10～220kV水泥電桿最少由3節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境中，受到風吹雨打和環境水的浸蝕及各種外力和內應力的作用，隨著服役時間延長，水泥電桿多會出現桿體的橫向、縱向與網狀裂縫及內部的鋼筋、鋼圈銹蝕等現象。上述老化病害現象將使水泥電桿出現桿身水泥脫落、露筋，露漿、銹蝕、基礎松動等缺陷，從而使電桿的壽命大大減少，并降低電桿結構的力學性能，嚴重影響到電力系統的安全運行。目前，對于水泥電桿消缺的普遍做法是全桿更換方法，存在著施工準備時間長、線路停電時間長、更換費用高的缺點，因此研究一種不停電的水泥電桿在線消缺新方法，對于保證電力系統安全穩定運行、減少停電檢修時間、降低電力系統運行成本具有現實意義。

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

水泥電桿是由高強鋼筋和細鐵絲制成圈形鋼筋籠骨架，置于模具中，灌注由水泥、砂石調配而成的水泥漿料，經離心、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產生一些孔隙如毛細孔、凝膠孔等，具有滲透性。此外，水泥水化產物之一是氫氧化鈣，使水泥漿體呈堿性。水泥漿體的這些特性，使之在自然環境中會遭受一些物理化學作用而損壞。水泥電桿的物理破壞主要是由于水泥長期經受溫度變化（甚至凍融）和干濕變化引起的體積脹縮循環導致由表及里的損壞。水泥呈堿性不耐酸，因此水泥電桿表面會受酸雨或接觸到的其他酸性介質的腐蝕；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導致鋼筋或分節電桿對接鋼圈的銹蝕，從而產生體積膨脹，致使水泥表面開裂或剝落。巡察結果表明，造成電力系統安全隱患最大的是分節電桿對接鋼圈的銹蝕和與鋼圈連接處的水泥腐蝕與風化這兩大缺陷。這兩大缺陷都將造成水泥電桿的結構強度降低，使其發生倒桿或折桿的風險大大增加。

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消除，必將對供電線路的安全運營帶來不利影響，而采用停電換桿方式進行消缺又存在成本高、停電時間長等不利因素。因此，我們在前期成功開發出電力設備現場防腐修復處理技術的基礎上，結合碳纖維布在加固超役混凝土電桿上的應用，開發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→銹層原位轉化→刷防腐涂料→刮環氧膩子→碳纖維布纏繞→結構膠固化→刮環氧膩子→碳纖維布二次纏繞→結構膠固化→刮環氧膩子→刷防腐底漆→刷亞光面漆。

1.3 銹層原位轉化

銹層原位轉化技術是在我們自主開發的電力設備現場防腐修復處理技術的基礎上，借鑒清潔型磷化膜常溫制備技術研發出的一種理念更先進、防腐效果更佳的表面處理技術，只需在經除去表面浮銹和塵土的銹層表面涂刷銹層原位轉化液，轉化液中的所有成分以及銹層中的銹蝕產物全部可以轉化為致密防護膜。

轉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：

隨著轉化液中的游離磷酸不斷被消耗，轉化液的酸度不斷降低，這些可溶性的金屬磷酸二氫鹽發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化膜：

氫氣的析出破壞了轉化膜的形成，而且轉化膜在常溫下進行，晶粒粗大，難以形成致密的轉化膜，因此銹層轉化技術的關鍵在于選擇合適的催化劑，可以將氫氣及時除去，同時細化晶粒，得到細致的轉化膜。該轉化膜在鉬酸鹽的作用下，進一步改變了結晶形態，生成致密的轉化膜，并對轉化膜進行鈍化處理，提高了轉化膜的防腐性能。

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

1.4 碳纖維布加固

帶缺陷的水泥電桿本身的結構強度已有所降低，經銹層轉化和涂防腐涂料后增強了防腐蝕性，但并沒有提高其結構強度，倒桿或折桿的風險依然存在，因此必須對水泥電桿進行加固處理。

碳纖維是一種人造的纖維狀高新材料，具有耐老化、強度高、重量輕、抗腐蝕、物理性能穩定等優點。用碳纖維布加固混凝土結構得到了廣泛的應用，按結構的受力和構造特點將碳纖維布用粘結材料有序地粘貼于構件表面，利用碳纖維布的特性對結構進行約束，提高結構物的極限強度和承載能力，其抗拉強度大約是鋼筋的10倍。

碳纖維加固修補結構技術是一種新型的結構加固技術。碳纖維與傳統的加大混凝土截面或粘鋼混凝土補強相比，具有節省空間，施工簡便，不需要現場固定設施，施工質量易保證，基本不增加結構尺寸及自重，耐腐蝕、耐久性能好等特點，可大大提高結構物的使用壽命，降低加固成本。

2 在平湖供電系統中的具體應用

日常運維中發現平湖城區當湖路兩側水泥電桿運行時間已長達18年之久，這些10千伏水泥電桿水泥脫落露筋、對接鋼圈銹蝕的現象日趨嚴重，截至2015年底，總共發現101基出現以上缺陷。我們采用在線消缺新方法對這101基水泥電桿進行了維修加固處理，首先對銹蝕的對接鋼圈進行打磨除去浮銹和塵土以及與鋼圈連接處已風化碎裂的水泥層，再對裸露的鋼圈進行銹層的原位轉化，使銹蝕層轉變成致密的防腐保護層，在此基礎上涂覆一種耐水性極佳且適合現場施工的重防腐涂料。在鋼圈部位先刮涂膩子修補表面凹坑后，用碳纖維布加環氧結構膠進行纏繞加固，如此重復兩次，做到超強密封及超高強度，防止受風雨侵蝕而導致鋼圈再次銹蝕而產生運行風險。碳纖維材料的耐酸堿性強、抗腐蝕性好，適宜在惡劣環境中使用，與結構膠配合使用，能阻止有害介質浸滲，對內部結構起保護作用。最后再刮一次膩子，進行美化修補，涂刷與水泥電桿相近的亞光面漆。經在線消缺后的水泥電桿從外表面看，已與新桿無異。

3 實施效果

按常規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78.4萬元，停電造成的社會效益和經濟效益達35.3萬元，再加上更換的人工成本和機械動力成本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化液、膩子、涂料、碳纖維布的材料成本，以及現場施工的人工成本，施工完畢后經決算共花費成本22萬元，成本降低率達到81.67%，取得了令人滿意的結果。

消缺完成8個月后，我們再對這101基水泥電桿的維修加固部位進行復查，無一出現裂紋現象。而未經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或加深現象。

4 結語

采用銹層原位轉化技術和碳纖維布加固技術可以對水泥電桿的對接鋼圈部位進行不停電在線消缺處理，成本極低，消缺成本與傳統的停電換桿相比，成本降低率達到81.67%，效果相當明顯。同時經過8個月后復查表明，經在線消缺處理后水泥電桿并未出現新的裂紋。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下進行，保證了供電的穩定性。如果將該方法在全行業推廣，必將取得可觀的經濟效益和社會效益。

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

（責任編輯：蔣建華）