變電站地網腐蝕原因分析及防腐蝕措施探究

王金蘭

摘要：變電站做為電力系統重要組成部分，對電能可靠性供給起到很大作用。本文探究了變電站接地網腐蝕機理，對腐蝕電化學理論在變電站接地網腐蝕診斷技術進行綜合分析，免開挖無損腐蝕電化學理論診斷技術具有發展前景。

關鍵詞：變電站;地網;腐蝕原因;防腐蝕措施

引言

在變電站的建設和穩定運行中，接地網是不可或缺的一部分，對于保障系統的穩定以及變電站內設備和操作人員的安全來說至關重要。目前，我國變電站接地網通常采用碳鋼作為材料，由于接地網埋在地面下，常常被忽略，在土壤中長時間的運行，在受到各種條件的影響，運行一定年限后極易腐蝕，發生嚴重的損壞，影響系統的穩定，對電網造成了極大的影響。近些年來，隨著電網的升級改造和超高壓輸電線路的發展，已經發生過多起由于接地網腐蝕而導致的運行事故。據報道，全國地網開挖檢查中，有些過幾年就已經腐爛，而變電站地網開挖重新敷設的投資也會相應增加數倍。因此，研究接地網的腐蝕原因，并采取有效的措施解決接地網腐蝕問題，保證電網安全穩定運行，是需要亟待解決的問題。

1接地網的腐蝕機理分析

1.1電化學腐蝕

（1）微觀電池腐蝕。變電站接地網由帶狀碳鋼焊接制成，碳鋼的生產過程及接地網建設施工過程中會使碳鋼發生金屬組織不均勻，化學成分不均勻，表面狀態不均勻及表面膜不完整等情況，上述情況的存在會引發微觀電池腐蝕。微觀電池腐蝕使接地網表面及焊接處產生微小縫隙，土壤中電解液進入縫隙繼而引發縫隙腐蝕，加重腐蝕狀況。

（2）宏觀電池腐蝕。接地網的埋設面積近似于變電站地上設備的占地面積，較大的土壤接觸范圍造成接地網不同位置土壤環境的差異，極易形成濃差腐蝕電池腐蝕。因為主要成分不同，埋設接地網的土壤分成了砂石區和黏土區。在該腐蝕體系中，砂石區空隙大氧氣充足，埋設在其中的碳鋼電位較高，而黏土區密實缺少氧氣，埋設在其中的碳鋼電位低，兩個區域共同構成氧濃差電池）。處在黏土區的碳鋼成為宏觀電池中的陽極，發生腐蝕的狀況。異種金屬接觸形成的電偶腐蝕也是宏觀電池腐蝕的一種。例如碳鋼引下線與銅制接地網連接時會發生電偶腐蝕。在該體系中碳鋼電位較低，作為陽極被氧化，發生腐蝕。另外，由于碳鋼引下線面積小，銅制接地網面積大，二者發生“大陰極、小陽極”的腐蝕，會加快碳鋼引下線的腐蝕速率。

1.2微生物腐蝕

微生物群落大量存在于土壤中，日常進行生命活動的微生物對接地網所用碳鋼材料腐蝕產生的作用稱之為微生物腐蝕，這些腐蝕過程是在微生物生命活動參與下的腐蝕過程。微生物本身不與碳鋼發生作用，微生物生命活動的結果會影響腐蝕過程，其主要表現是微生物新陳代謝產物的腐蝕作用。

電極反應的動力學過程會被有些微生物生命活動影響，如在缺氧時硫酸鹽還原菌的存在，氫離子的還原是陰極反應，氫原子是此過程產物;但氫過電位高，陰極上會被一層氫原子覆蓋，促進氫原子消耗是因為硫酸鹽還原菌的存在，去極化反應在這種情況下依舊可以進行下去，故此硫酸鹽還原菌生命活動對陰極去極化過程起促進作用，會促進腐蝕反應的順利進行。

金屬所處環境也會被有些微生物改變，金屬腐蝕受到氧濃度、鹽濃度、pH值等影響。粘泥的沉積是微生物腐蝕的一個顯著特征，地球上分泌黏液的微生物有很多，粘泥是與這些微生物分泌的粘液與自然介質中的土粒、礦物質、死亡菌體、藻類和金屬腐蝕產物的混合物。金屬表面的沉積層粘泥就是這些混合物。在粘泥覆蓋的情況下，微生物腐蝕還有一個特點是，貧氧區引起氧濃度差電池會形成于金屬局部表面，陽極腐蝕部位有孔蝕的跡象我們可見。

1.3雜散電流腐蝕

電氣化鐵路、高壓輸電線路以及變電站自身的泄流均會在土壤中產生雜散電流，雜散電流對于地下金屬結構的腐蝕具有很強的影響。當電流未按預定的電路流通時，部分電流會從地下金屬結構的一端流入，并從另一端流出，雜散電流流出端成為陽極區，此處的金屬會遭到腐蝕破壞。研究表明，1A直流雜散電流一年就會溶解鋼鐵約9kg。一般認為交流雜散電流造成的腐蝕危害小于直流雜散電流的腐蝕危害，但是如果交流雜散電流長期存在，其對接地網的危害不可忽視。

2變電站地網防腐蝕措施

2.1設計方面

（1）變電站在選址后應進行埋設地網的土壤理化性能分析，并進行土壤的腐蝕性評價，確定該變電站接地網材質及防腐措施的選擇要求。

（2）電纜溝道內的接地網，不宜采用普通鋼材。如采用普通鋼材，應加強防腐蝕措施。其防腐涂料可選用氯化橡膠、脂肪族聚氨酯、高氯化聚乙烯以及丙烯酸聚氨酯等涂料。

（3）在埋設地網時，工程常用“降阻劑”置換干燥的、不保水的、電阻率較大的沙石土，以滿足地網接地電阻的設計要求，但使用經過“降阻劑”改良的土質，地網會遭受到嚴重的電化學腐蝕。應采用銅、銅包鋼及其他耐腐蝕性能較好的材質，或增設其他犧牲性金屬保證接地網的安全。

（4）在土壤腐蝕性較大及重工業污染區域，對接地網設計時應留有較高的腐蝕裕量;鑒于接地網主網維修困難，成本較高，且影響輸電安全，接地網設計時應留有較高的安全儲備。

（5）對土壤鹽堿性較大的地區，有條件的建議進行采用換土措施，并在鹽堿土壤與更換的新土壤間增加土工膜，防止鹽堿土反滲污染新土壤。

（6）針對變電站土壤合理選擇接地材質。

2.2陰極保護

陰極保護法最早是用于地下輸油管道的防腐蝕中，近幾年，才逐漸用于變電站地網及桿塔的防腐蝕中。陰極保護是一種電化學防護方法，其原理是向被腐蝕金屬結構物表面施加一個外加電流，被保護結構物成為陰極，從而使得金屬腐蝕發生的電子遷移得到抑制，避免或減弱腐蝕的發生。陰極保護可以通過兩種方法實現，一是外加電流法，二是犧牲陽極法。

外加電流法是通過外加直流電源以及輔助陽極，迫使電子流從土壤中流向被保護金屬，使被保護金屬結構電位低于周圍環境，達到防腐蝕的目的。外加電流法由于具有輸出保護電流連續可調，可滿足較大的保護電流密度要求，該方式主要用于保護大型或處于高電阻率中的金屬結構，如敷設面積較大的地網或者是受保護面積較大的埋地管線。

犧牲陽極法是將一種電位更負的金屬（如鎂、鋁和鋅等）與被保護的金屬結構物電性連接，并處于同一電解質中，通過電負性金屬或合金的不斷溶解消耗，使該金屬上的電子轉移到被保護金屬上去，向被保護金屬提供保護電流，使金屬結構物獲得保護。該方法簡便易行，不需要外加電源，很少產生腐蝕干擾，廣泛應用于保護小型或處于低土壤電阻率環境下（土壤電阻率小于100Ω·m）的金屬結構。土壤中用的犧牲陽極材料主要有鋅合金和鎂合金兩種，鋅合金主要用于土壤電阻率較低的地區（ρ<10Ω·m），鎂合金主要用于土壤電阻率較高的地區（15Ω·m<ρ<100Ω·m）。

2.3表面涂覆層保護

表面涂覆層保護就是依靠物理的、化學的方法，在金屬材料表面涂覆一層耐腐蝕的材料，以達到減緩腐蝕、保護機體金屬的目的，又稱涂鍍層保護或者表面保護。這種減緩腐蝕的方法，由于施工簡單、消耗涂層少、得到的效果好以及造價相對較低而獲得了廣泛的應用。這類方法主要包括涂鍍層保護、表面處理和內襯。涂鍍層按其材料不同分為有機涂層、無機涂層和金屬性鍍層。

控制腐蝕的表面涂覆層技術可以通過三種途徑起保護作用：機械性保護，化學性保護和陰極性保護。為了保障表面涂覆層的耐蝕性，要求其均勻完整、致密無孔，與基體金屬粘接牢固，并且具有一定的強度和韌性。

結語

如果接地網按照可預見的均勻腐蝕速度進行，則危害不大。受土壤復雜理化性質的影響，變電站接地網發生腐蝕往往不均勻，主要原因是介質、表面狀態和泄流分布不均勻，嚴重的情況會使接地網不連續，造成事故。控制接地網局部腐蝕要從控制均勻性入手，力爭做到施工工程及維護過程中使接地網自身表面狀態、土壤介質含水率均勻一致。

參考文獻

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