淺析高壓輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)

孫兵

摘要：輸電線路桿塔作為承載導(dǎo)線、地線和金具的主體，其安全可靠運(yùn)行是電網(wǎng)能量傳輸?shù)幕A(chǔ)。由于塔身處于室外環(huán)境，容易因風(fēng)雨或大氣腐蝕而生銹，塔身的運(yùn)行強(qiáng)度將大大降低，運(yùn)行壽命將嚴(yán)重縮短，給系統(tǒng)的安全運(yùn)行帶來重大隱患。

關(guān)鍵詞：高壓輸電線路;桿塔結(jié)構(gòu);防腐技術(shù)

1桿塔腐蝕的原因分析

1.1塔涂層不當(dāng)

1）由于工藝和經(jīng)濟(jì)原因，一些塔制造商使用了不合格的涂料，如醇酸紅丹。雖然不合格的涂層也可以隔離和保護(hù)塔金屬部件，但它們通常具有較差的絕緣性和導(dǎo)電性，阻止電子在腐蝕部件中流動(dòng)，從而保持電化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)定性。2）不合格涂層附著力差，在空氣中的鹽和水的共同作用下易老化脫落，對(duì)塔金屬構(gòu)件失去保護(hù)作用，導(dǎo)致塔金屬構(gòu)件耐腐蝕性差，新塔兩三年內(nèi)腐蝕嚴(yán)重。

1.2塔架金屬構(gòu)件外表保護(hù)層厚度缺乏

塔架金屬構(gòu)件的防腐處理，無(wú)論是鍍鋅仍是噴涂，有必要保證保護(hù)層具有滿足的厚度。只有當(dāng)保護(hù)層具有滿足厚度時(shí)，才能隔離和保護(hù)塔金屬構(gòu)件。當(dāng)鍍鋅保護(hù)層厚度缺乏、鋅用量缺乏時(shí)，腐蝕過程中會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕，陽(yáng)極的獻(xiàn)身效應(yīng)不能滿足長(zhǎng)期防腐的需求。依據(jù)實(shí)驗(yàn)，防腐要求為10年的金屬構(gòu)件鍍鋅層厚度不小于200μm。

2應(yīng)對(duì)辦法

2.1涂覆防腐蝕油脂

架空輸電導(dǎo)線最早選用的防腐蝕辦法是涂覆防腐蝕油脂（防腐脂），在美國(guó)、日本以及歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家，防腐脂產(chǎn)品的研討起步較早。早在1927年美國(guó)第一次將凡士林涂覆在導(dǎo)線接頭上，之后歐洲一些國(guó)家及日本使用瀝青混合物、羊毛脂混合物、潤(rùn)滑脂混合物、特制金屬皂基潤(rùn)滑脂混合物等做為防腐蝕材料。自20世紀(jì)60時(shí)代起，伴隨工業(yè)發(fā)展，涂油絞線的使用量逐步增多，在歐洲、北美及南美的重工業(yè)區(qū)及沿海地區(qū)，新建線路基本上全部選用涂油絞線。防腐脂有用阻撓了腐蝕介質(zhì)滲入絞線內(nèi)部，在鋁線和鋼線之間構(gòu)成物理阻隔，研討表明涂覆防腐脂可使鋼芯鋁絞線的壽數(shù)延伸10a。現(xiàn)在，按防腐脂涂覆方式可將涂油絞線分為輕、中和重防腐蝕絞線。在GB/T36292-2018標(biāo)準(zhǔn)公布前，我國(guó)沒有架空輸電導(dǎo)線用防腐脂標(biāo)準(zhǔn)，所以防腐脂質(zhì)量良莠不齊，大部分油脂具有極易滴落、抗水淋功能差、油脂固化等缺點(diǎn)，不符合架空輸電導(dǎo)線的服役條件。GB/T36292-2018標(biāo)準(zhǔn)對(duì)架空輸電導(dǎo)線用防腐脂進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)，推進(jìn)我國(guó)防腐脂質(zhì)量提高，并進(jìn)一步推進(jìn)防腐蝕導(dǎo)線的使用。

2.2鋁包鋼芯

鋁包鋼芯是一種高效復(fù)合材料。通過電鋁在高溫高壓下連續(xù)擠壓，在高強(qiáng)度鋼絲外表涂覆約8μM厚的鋁-鋼結(jié)合滲透層，并通過雙金屬同步變形器屢次拉拔涂覆鋁層的鋼絲，在鋼和鋁之間構(gòu)成杰出的冶金結(jié)合。為了提高沿海地區(qū)鋼芯鋁絞線的使用壽數(shù)，日立于1956年率先開發(fā)了鋁包鋼芯鋁絞線。與普通鋼芯鋁絞線不同，鋁包鋼芯鋁絞線的所有單線觸摸部位均為鋁，避免了異種金屬觸摸引起的電化學(xué)腐蝕，有用減緩了架空輸電導(dǎo)線的腐蝕速度。結(jié)果表明，鋁包鋼芯鋁絞線的使用壽數(shù)是普通鋼芯鋁絞線的兩倍以上。與相同截面積的鋼芯鋁絞線相比，鋁包鋼芯鋁絞線除具有杰出的耐腐蝕性外，單位長(zhǎng)度質(zhì)量降低2.26%，直流電阻降低3%～3.7%，可有用降低導(dǎo)線垂度和桿塔負(fù)荷，降低線損，增加潮流。現(xiàn)在，鋁包鋼芯鋁絞線系列產(chǎn)品已廣泛使用于國(guó)內(nèi)外輸電線路。

2.3新材料和新工藝

隨著材料科學(xué)的不斷進(jìn)步，人們開始嘗試用有機(jī)復(fù)合材料替代金屬材料作為導(dǎo)體芯。碳纖維復(fù)合芯架空導(dǎo)線是一種新式的電力架空線路導(dǎo)線。它于2003年由美國(guó)復(fù)合材料技能公司初次開發(fā)并命名。選用直徑為5.0～11.0mm的玻璃纖維包覆碳纖維結(jié)構(gòu)的復(fù)合芯棒作為承重芯，導(dǎo)線外層和二次層選用梯形鋁線絞合，以提高密封系數(shù)和流通面積。自2006年以來，我國(guó)相關(guān)研討機(jī)構(gòu)和制作商也開展了碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線的研討和工程使用，實(shí)現(xiàn)了碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線的產(chǎn)業(yè)化和推行。碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線的各項(xiàng)功能雖然相對(duì)較好，但價(jià)格較高，施工工藝復(fù)雜，長(zhǎng)期老化功能有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

除了對(duì)導(dǎo)體芯材的研討外，國(guó)內(nèi)外學(xué)者還對(duì)導(dǎo)體材料的耐腐蝕性進(jìn)行了大量研討，開發(fā)了電鋁導(dǎo)體的稀土優(yōu)化處理技能，制作了耐腐蝕性好的稀土鋁絞線和鋼芯稀土鋁絞線，使鋼絲使用壽數(shù)延伸3～4倍。一種具有高導(dǎo)電性、耐熱性和耐腐蝕性的鋁合金導(dǎo)體及其制備工藝，該導(dǎo)體考慮了導(dǎo)電性、耐熱性和強(qiáng)度，具有優(yōu)異的耐腐蝕性。適用于沿海地區(qū)高鹽濕熱環(huán)境和工業(yè)區(qū)酸霧環(huán)境的輸電線路。選用噴丸工藝改善了鋼芯鋁絞線的外表缺點(diǎn)。結(jié)合低溫加熱預(yù)氧化處理，進(jìn)一步消除了材料中的剩余應(yīng)力，促進(jìn)了鋁外表氧化膜的重建，提高了鋼芯鋁絞線的耐蝕性。雖然導(dǎo)體材料的耐腐蝕性有所提高，但因?yàn)樯a(chǎn)設(shè)備、制備工藝和生產(chǎn)成本的約束，相關(guān)技能尚未得到廣泛推行和使用。

2.4導(dǎo)線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圓形結(jié)構(gòu)導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)層與單根導(dǎo)線之間存在空隙，容易發(fā)生腐蝕。型材結(jié)構(gòu)導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)層和單線更加緊湊，減少了空隙，有用減少了腐蝕的發(fā)生。同心絞合線的單線可所以S、Z和t的形狀。由s和Z單線絞合的導(dǎo)線最為緊湊，結(jié)構(gòu)層和單線空隙構(gòu)成迷宮。因?yàn)樗耐獗韽埩Γ茈y讓水滲透到緊密歪曲的導(dǎo)體中，這降低了電化學(xué)腐蝕的可能性。

超耐腐蝕導(dǎo)線，在歐洲也稱為零腐蝕導(dǎo)線，采用鋁包鋼絞線作為承重部件，外層用優(yōu)質(zhì)電工鋁或稀土優(yōu)化的導(dǎo)線材料纏繞，并拉制成S形和Z形絞線。除最外層的鋁表面外，層與股之間有油脂（滴點(diǎn)超過180℃），可防止有害氣體進(jìn)入導(dǎo)體內(nèi)層，雨水和霧等濕氣的侵入大大提高了導(dǎo)體的耐腐蝕性。導(dǎo)線具有優(yōu)良的自阻尼性能和良好的抗臺(tái)風(fēng)、抗振動(dòng)特性，有利于延長(zhǎng)導(dǎo)線的使用壽命，使線路更加安全。

結(jié)論

架空輸電線路的腐蝕對(duì)電力的安全傳輸構(gòu)成了巨大的潛在威脅。經(jīng)濟(jì)有效的防腐措施是電網(wǎng)長(zhǎng)期安全運(yùn)行的保證。因此，有必要對(duì)架空輸電導(dǎo)線的防腐材料和制備工藝進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究，開發(fā)低成本、高性能的防腐油脂和防腐導(dǎo)線材料產(chǎn)品，獲得先進(jìn)的合金鍍層和鋁包鋼制備技術(shù)，進(jìn)一步完善防腐導(dǎo)線標(biāo)準(zhǔn)體系，規(guī)范產(chǎn)品生產(chǎn)和質(zhì)量，滿足我國(guó)惡劣使用環(huán)境下架空輸電線路安全可靠運(yùn)行的要求。

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