220 kV線路輸電鐵塔老化銹蝕處理

曹長勝，張 軍

(貴州電力設計研究院，貴陽 550002)

0 引 言

輸電線路是電網安全穩定運行的重要組成部分，而鐵塔又是維系輸電線路正常運行的關鍵因素。隨著經濟社會的飛速發展，架空輸電線路鐵塔越來越高，結構越來越復雜，所處的環境也復雜多樣，架空輸電線路長期暴露于外界環境中，酸性雨水、大氣污染極易誘發鐵塔銹蝕老化。銹蝕現象是輸電鐵塔服役過程中經常發生的現象，這不僅會縮短鐵塔的使用壽命，而且影響鐵塔正常使用，嚴重的甚至會發生倒塔事故，危及輸電線路的正常運行。需要深入剖析鐵塔腐蝕影響因素，以制定有針對性的治理措施。

1 銹蝕輸電鐵塔概況

該線路投運于1998年12月7日。銹蝕輸電鐵塔位于貴州省遵義市紅花崗區，線路全長22.414 km，全線分I級、II級和III級污區，其中I級污區7.009 km，II級污區7.275 km，III級污區8.130 km，導線型號為1×LGJ-400/35 鋼芯鋁絞線，地線型號為GJ-7×3.0鋼絞線，最大設計風速30 m/s，全線10 mm冰區，沿線海拔高程900～990 m，地震烈度小于VI度。銹蝕輸電鐵塔為N5號鐵塔，為YJ31-23型耐張塔，位于III級污區，耐張段長1 402 m/1 764 m。受運行單位委托，針對N5號輸電鐵塔銹蝕情況開展專項調查并啟動整治措施。

2 鐵塔銹蝕危害及機理分析

2.1 鐵塔銹蝕狀況

輸電鐵塔鋼結構部件的銹蝕情況主要表現為局部銹蝕和整塔銹蝕[1]。輸電線路投運后，由于輸電鐵塔是暴露在大氣中的，長期經受風雨污穢洗禮，其惡劣的運行環境起初只會使鐵塔鋼構件產生局部銹蝕(點銹)，若未經及時治理，再經過數年，其局部銹蝕即可轉變為整塔銹蝕，輸電鐵塔的銹蝕等級[2]見表1。

經現場調查，N5號鐵塔原采用熱鍍鋅加涂層防腐，其塔腿主材、斜材以及輔材，塔身主材、斜材及輔材均有不同程度的銹蝕，其中C腿銹蝕最為嚴重，塔腿斜材已銹蝕斷裂，鐵塔存在嚴重安全隱患[3]。對照表1所列銹蝕等級，N5號鐵塔C腿主材及斜材已達到1-2級銹蝕，塔身局部斜材及輔材達到3-4級銹蝕，鐵塔銹蝕情況如圖1-3所示。

表1 輸電鐵塔表面銹蝕等級劃分表Table 1 Grade partition of rustiness on the surface of transmission tower

圖1 C腿主材及斜材

圖2 C腿輔材

圖3 塔身主材及斜材

2.2 鐵塔銹蝕的危害及產生機理

鋼結構構件生銹腐蝕將會造成構件截面減小、承載力下降，尤其是腐蝕產生的“銹蝕坑”將使鋼結構的脆性破壞的可能性增大[4]；此外，生銹腐蝕也將嚴重影響鋼結構的耐久性，使得后期維護費用昂貴。

鋼材銹蝕按其作用機理可分為2大類：化學腐蝕和電化學腐蝕。

1)化學腐蝕是指鋼材直接與大氣或工業廢氣中含的氧氣、酸性氣體或非電介質液體發生表面化學反應而產生的腐蝕。其主要機理(以鹽酸為例)如下：

2Fe+6HCl=2FeCl3+3H2↑

整個腐蝕過程由完整致密的鋼材逐漸腐蝕形成可溶性的金屬鹽類為止。

2)電化學腐蝕是由于鋼材內部含有的其他金屬雜質，由于其具有不同電極電位，在與電介質或水、潮濕氣體接觸時，產生原電池作用，使鋼材腐蝕。其主要機理如圖4所示。

圖4 電化學腐蝕

陽極放出電子，發生氧化反應。

陰極接收電子，發生還原反應。

整個腐蝕過程由陽極和陰極構成，結果生成Fe(OH)2沉積于鋼材表面，并在富氧條件下進一步被氧化、脫水，變成疏松、多孔、非共格結構的Fe2O3(即常見的“鐵銹”)。

實際工程中，絕大多數的鋼材腐蝕是化學腐蝕和電化學腐蝕[5]同時作用產生的。

2.3 鐵塔銹蝕的影響因素

鋼結構發生銹蝕是由多種因素相互作用而形成的，輸電鐵塔所處的運行環境、生產制造材料、安裝工藝水平以及安裝后的日常運維水平都會對其銹蝕產生影響。總體上可以將輸電鐵塔銹蝕的主要因素歸結為環境因素(空氣濕度、溫度、含鹽量等)和人為因素(運維管理)，即：

1)空氣濕度：空氣濕度越大，銹蝕速度越快；

2)大氣溫度：一般情況下，溫度逐漸升高時會加速銹蝕；

3)空氣含鹽量：空氣中鹽分越高，輸電鐵塔銹蝕現象越明顯，尤其在沿海地區[6]；

4)人為管理：后期運維管理不到位，除銹防銹措施不及時，會加重銹蝕[7]。

2.4 N5號鐵塔銹蝕原因分析

經現場調查走訪分析，該案例中，N5號輸電鐵塔銹蝕原因分析如下。

1)銹蝕輸電鐵塔右前側C腿方向有一小型化糞池，其長期散發腐蝕性氣體SO2，空氣中長期存在的腐蝕性氣體外加氣候潮濕是導致N5號輸電鐵塔出現銹蝕現象的主要原因。

2)N5號輸電鐵塔所屬區段為Ⅲ級污區(重污區)，空氣中的粉塵、污物鹽類含量較高，是導致其出現銹蝕現象的次要原因。

3)該線路自投運以來，歷經數家單位運維管理，交接資料不完善，運行維護管理不到位。后期涂裝、涂刷不夠規范合理。現場實測發現，部分構件涂層過薄，個別部位未涂刷到位，除銹防銹措施不及時，此為鐵塔銹蝕形成的原因。

4)該線路投運年代較為久遠，囿于其當時的鋼材加工制造工藝以及防腐蝕處理工藝，出現不同程度的銹蝕。

3 銹蝕鐵塔的處理方案

基于以上分析及現場實際情況，N5號輸電鐵塔已經嚴重銹蝕，尤其是C腿已喪失其應有的承載力，無法滿足正常使用，需盡快著手拆除銹蝕鐵塔，并剖開A、B、C、D腿基礎保護帽，查看基礎內部地腳螺栓銹蝕狀況。據此，提出如下2個方案。

1)恢復重建方案：據了解，該基鐵塔在2008年冰災期間運行正常，未曾發生冰害狀況[8]，若各腿基礎的地腳螺栓均未發生銹蝕現象，則對該基鐵塔原地原貌修復，即拆除地上部分，重新組立一基同等型號鐵塔YJ31-23。

2)易址遷改方案：若任一基礎地腳螺栓存在銹蝕現象，則對該基鐵塔進行遷改。在N5號塔前側10 m處新立一基耐張塔，即沿N3～N5耐張段直線方向前移，后側地形較陡不宜立塔。由于該耐張段前側跨越110 kV線路，后側跨越公路、鐵路，其導、地線均不能接頭，需更換該耐張段的導地線。由于N6號直線塔ZM11-16帶轉角，該方案需對N6號塔進行校核補強。另需調查N5號塔C腿方向化糞池歸屬，并對該化糞池進行中和填埋處理。

4 銹蝕鐵塔的處理結果

綜合鐵塔銹蝕機理分析及現場實際條件，為最大限度的減少造價和縮短工期，經查看，銹蝕鐵塔各腿基礎的地腳螺栓均未發生銹蝕現象，故采用原地恢復重建方案。修復后該鐵塔運行狀況至今良好，如圖5所示。

圖5 修復后鐵塔地腳螺栓情況

5 結 語

為了防止鐵塔出現銹蝕現象，通常會采取一系列的防腐措施，如將防腐漆料涂刷在鐵塔表層。但在實際涂裝工作中經常會出現不規范和不合理的現象。此外，在具體的涂裝中涂層厚度不均勻，如果涂層厚度過大就會出現開裂情況，反而起不到防腐效果[9]。因此，如果不及時加強涂裝工作的質量控制和管理，涂層就會存在很多缺陷問題，影響整體的防腐效果，降低鐵塔的整體使用壽命。

隨著電網建設的不斷發展，處在復雜外界環境中的輸電鐵塔，經常面臨著多種多樣的自然環境，其發生腐蝕現象的程度和原因也各不相同 。電力企業應準確了解各地區環境特點以及鐵塔發生腐蝕現象的程度和原因，積極采取新涂料和新工藝進行鐵塔防護；同時根據新建鐵塔和已銹蝕鐵塔的特點，采取針對性的防護工作，加強運維管理，提升防銹蝕能力，延長鐵塔的整體使用年限，從而推動電力事業的長期安全穩定發展。