輸變電設施接地材料土壤腐蝕防護技術體系創新與應用

曾文新

摘要：隨著國民經濟的迅速發展，中國的電力需求繼續快速增長為了減少長途輸電線路供電過度造成的電力損失，國家電網提出了高壓電網結構，對接地系統的電導率提出了更高的要求。長期以來，中國的接地網主要采用鍍鋅鋼、扁鋼、銅鋼等金屬材料由于地面網長期埋在地下，一般需要在使用3至7年后更換地面網，因為存在腐蝕問題。如果接地網腐蝕情況相當嚴重，接地網不能及時更換，接地網不能滿足熱穩定性，而且由于腐蝕問題，接地網的整體強度可能會提高。當電力線被閃電擊中或短路時，電力線建立的接地網不能迅速切斷閃電電流或故障電流。當故障電流值較高時，即使連接到電力線的電氣設備也可能被燒毀，這不能保證電力系統的安全可靠地運行。本文主要分析了低壓設施接地材料地面防腐技術體系的創新與應用。

關鍵詞：輸變電設施;接地材料;土壤腐蝕率

引言

變電站接地裝置對電力系統的安全運行至關重要，變電站建設中接地良好至關重要。接地的質量直接關系到設備的正常運行。因此，詳細了解接地材料的性能和適當的環境對于正確選擇接地材料和成功地建設接地網至關重要。

1、接地網材料腐蝕的主要影響因素

1.1土壤的含水量

電解溶液是對電化學腐蝕作出反應所必需的，因此土壤含水量是確定土壤腐蝕性的重要參數。一般而言，水含量越高，金屬材料在土壤中的電化學腐蝕越強;但是，存在一個閾值，當土壤含水量超過該值時，土壤腐蝕就會減少。

1.2土壤的酸堿度

土壤pH值通常介于5到8之間。在此范圍內，ph值通常不是影響材料腐蝕速率的主要因素。但是，土壤酸度的增加增加了大多數結構材料（如來源、鋼、鍍鋅層等）的腐蝕傾向。堿性土壤通常含有高濃度的Na、k、Mg和ca，通常會在材料表面形成鈣質沉積物，從而減少材料的腐蝕。此外，土壤酸度會影響材料的腐蝕行為，影響其在腐蝕產物和土壤中微生物中的溶解度。

1.3土壤電阻率

土壤電阻率取決于水和可溶性鹽的含量，是土壤腐蝕性的一個重要指標。由于大多數腐蝕反應主要是電化學反應，材料的腐蝕速率與土壤中的離子電流密切相關，高強度必然會降低腐蝕速率。當然，土壤腐蝕性不能僅僅根據電阻率來評估，即使土壤電阻率很高，也不能保證腐蝕率很低。例如，地下管線沿線土壤電阻率的變化可能導致大腐蝕電池的形成，從而導致局部快速腐蝕。

1.4微生物

微生物或微生物代謝物的活性是微生物腐蝕的主要影響因素。越來越多的研究表明，大多數金屬容易受到微生物腐蝕，包括陰極極化機制，這種機制加速了陰極反應，作為一種流量調節措施;形成表面微電池，其中微生物在材料表面分布不均，導致形成縫隙或顯著差異的電池;酸性腐蝕，酸性微生物代謝物（主要是脂肪酸）加速腐蝕。微生物腐蝕可能在有氧和缺氧條件下發生。一般來說，厭氧代謝物具有高度腐蝕性;好氧細菌可以產生腐蝕性無機酸;基礎代謝物具有腐蝕性副產品，如有機酸，也可能使有機涂層退化。

2、金屬材料的土壤腐蝕行為與防護

2.1金屬材料的防腐技術

目前工程中常用的養護措施如下（1）通過改變插座的特性降低腐蝕率。例如，增加取土體的橫截面，或直接使用更耐蝕的接地材料等（2）采用實物保護方法，主要是將接地材料與引起腐蝕的非電接觸物理隔離。目前有更多的防腐涂料和導電模塊。（3）使用化學保護方法，也稱為陰極保護法，是基于原電池原則，包括額外電流法和犧牲陽極法。陰極保護法是目前最有效和應用最廣泛的方法。（4）使用gpf-94等高效膨潤土產品降低耐蝕性。

2.2非金屬材料在防腐技術中的應用

低強度石墨組織的制備方法如下：首先，赫爾穆特石墨（含85 %以上的碳）轉化為helminthial石墨紙，然后通過熱凝固和輥壓得到復合石墨紙，再通過夾緊和壓縮去除復合石墨輥，最后制成石墨組織與還原石墨組織聯合應用接地材料可起到防止接地材料腐蝕和減少金屬接頭的作用。與現有技術相比，降低石墨強度具有以下優點。（1）使用抗拉強度降低石墨組織代替抗拉強度降低劑，其抗拉強度降低效果不會隨著地下水的流動而喪失，從而確?？估瓘姸冉档托Ч拈L期有效性，同時避免污染問題（2）制備工藝簡單廉價，適用于大規模應用，在電氣系統防雷接地技術領域具有重要的實用意義。非金屬結件的腐蝕問題、石墨土復合金屬結件以及耐蝕非金屬結件的發展可以有效地解決這一問題。非金屬材料的選用應符合下列要求：良好的耐腐蝕性能和良好的抗老化性能;可靠的機械連接強度;盡可能增加石墨接地復合材料的接觸面積，降低接觸強度;減少對分散的影響;非金屬接頭用桿、螺釘和螺栓固定。比較材料后，上下夾緊板選擇高強度環氧樹脂材料，螺釘和螺栓選擇DuPont téflon材料。

2.3接地體與金屬引下線連接方案優化

石墨柔性材料更為靈活，即使是鋼筋石墨導電線在被外力牽引時，也很容易從塔腳中分離出來，下雨時容易造成石墨損耗，破壞和影響接地效果。因此，使用鍍鋅圓鋼和石墨接地裝置等金屬材料仍然是地面連接的重要手段。目前，金屬導線與柔性石墨基底主體之間的連接主要由螺栓壓力接頭和楔壓接頭組成。石墨電纜可以用鋅皮纏繞2 ～ 3圈，然后石墨電纜和鍍鋅鋼可以纏繞2 ～ 3圈，從而使石墨材料和圓鋼材料之間的接觸更加緊密，從而縮小電位差，形成陰極保護在卷繞結束時，采用新的高強度非金屬板和螺栓進行加電，在為電化學反應創造條件后，采用瀝青進行加電。

2.4導電耐蝕涂層

修改傳統防腐涂料，降低涂料強度，同時保持耐蝕性，滿足接地網的性能要求。含有金屬元素（如鍍鋅層和銅層）的防腐蝕涂層不應考慮電導率要求。大多數無機或有機涂層（導電聚合物除外）可被視為絕緣層，因此必須通過添加導電顆粒來減少。這些導電顆粒有銅粉等金屬顆粒;有石墨粉末或炭黑等非金屬顆粒;非金屬纖維如碳纖維的存在;有納米粒子，如碳納米管等一般來說，導電顆粒填充材料含量越高，涂層導電性能越好，但薄膜形成能力和涂層密度越低，從而降低了防腐性能。因此，通過減小粒子的比例和增加粒子的散射，在保證導電性能的同時，必須降低填充材料的含量。用于接地材料保護的新型Ni-TiN金屬陶瓷涂層。涂層保持良好的金屬導電性能，同時具有良好的耐蝕性。所有功能涂層都需要高度粘接，因此必須嚴格處理材料表面，控制涂層工藝參數，確保涂層質量，以防止接地網腐蝕。一般來說，防護涂層的厚度在幾十至幾百微米之間，在實施過程中必須避免對地面導體涂層造成局部損壞。此外，改性納米涂層、金屬陶瓷涂層和導電聚合物涂層成本高昂，難以應用于接地網。

2.5土壤的選擇

氧含量、含水量和土壤pH值是土壤腐蝕的關鍵因素。變電站工程嚴格要求接地電阻。一般來說，土的強度越低，接地材料的腐蝕就越快。如果過分堅持強度較低，會導致接地材料過早丟失，并影響設備的長期安全運行。在綜合測量物理化學性質、經濟可靠性和土壤安全等因素之后，才采取土壤處理措施，如為土壤高強度地區的變電站開發減阻技術;根據土壤電阻率分布特征選擇適當的接地網結構、尺寸和分布;變電站接地網在非均勻接地等方面的優化設計其他條件也可以改變，例如使用防腐蝕措施，例如防止金屬復蓋、陰極保護和增加地球體部分。

結束語

土壤腐蝕是一個極其復雜的過程，不能用通用模型來描述。土壤中的材料腐蝕是變電站等重要電力設施失靈的一個關鍵因素，開發接地材料是解決這一問題的關鍵手段。耐蝕性、導電性、穩定性和經濟性是未來接地材料的研究目標。此外，建造簡易性、耐久性和環境也是建設接地網的重要要求。

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