浅谈220kV变电站电缆屏蔽线腐蚀断裂的原因

浅谈220kV变电站电缆屏蔽线腐蚀断裂的原因

龙中柱

广东卓能电力工程有限公司

摘要：220KV变电站在长期运行过程中，经常会因为各种因素所影响而出现电缆屏蔽线腐蚀断裂问题。这种情况一旦产生，不仅会给整个电网带来较大的安全隐患，而且还会影响到人们的正常用电需求。因此，相关单位必须重视变电站的定期检查和维护工作，对其电缆屏蔽线腐蚀断裂原因进行全面的分析，并及早采取有效措施加以解决，这样才能达到理想的运行状态，为电网的可持续发展提供可靠的保障。

关键词：220kV变电站；电缆屏蔽线；断裂原因；解决措施

变电站是现下电网建设中最为重要的组成部分，其运行质量的好坏可以直接影响到整个电网的稳定性和安全性，因此，保障变电站正常运行状态，十分关键。然而在其实际工作时，却经常发生电缆屏蔽线腐蚀断裂现象，尤其是在220kV变电站中，这种情况屡见不鲜。本文也会以某220KV变电站为例，对这种电缆屏蔽线腐蚀断裂的原因进行深入的探究，并对应的提出一些可行性强的解决措施，以便为相关人士作为参考借鉴。

1.案例分析

某电力公司在对两个220kV变电站进行年检时，发现都存在端子箱内信号控制电缆屏蔽线腐蚀现象，部分端子箱内电缆屏蔽线甚至已处于完全断裂的状态，具体检查结果如下：

第一，这两座变电站始建于2008年，在其所涉及的电流互感器端子箱、电压互感器端子箱内，部分由信号控制的电缆屏蔽线出现了不同程度的腐蚀现象或断裂情况，导电性能大大降低，其中，甲变电站相邻一座大型的化工厂，导致整个变电站区域的大气环境中NH3、H2S浓度严重超标，而乙变电站环境空气质量则相对良好；第二，两座变电站电流互感器、电压互感器、远方操作箱等内部的端子箱信号控制电缆屏蔽线均存有不同程度的腐蚀，且部分电缆屏蔽线甚至因为腐蚀过重而发生粉碎性断裂情况，导电能力完全丧失，经技术人员检验发现，现场存有的腐蚀产物中，含有大量的腐蚀断线，且基本以白色粉末混合物为主；第三，采用专用设备测量现场多台未完全断裂的配电箱屏蔽线感应电流，测量结果显示这些配电箱屏蔽线感应电流基本处于0.7-2.5A之间。

2.腐蚀产物分析

2.1特性分析

两座变电站屏蔽线均为铜包铝线，这种屏蔽线主要是由铝芯线和外包铜层所构成，按照铜包铝线设计要求，变电站屏蔽线铜层厚度应小于线半径的3.5%或5.0%，并且铜包铝线的应用优势十分明显，不仅导电能力和导热性能较高，而且线重量极为轻便，所需成本也是处于合理范围内。而对于屏蔽线产生腐蚀的产物进行分析后可以看出，这些产物中的阳离子是由铝、铜所构成，阴离子则是由预热降解的碳酸根、碳酸氢根、复合经基所构成为主，并且这些构成元素在酸溶解试验过程中，会产生大量的气泡，这种现象表明，阴离子中的碳酸根、碳酸氢根严重超标。按照相应的腐蚀机理，这些对变电站屏蔽线产生腐蚀的产物中，绿色粉末为铜腐蚀产物、白色粉末则为铝腐蚀产物，这些产物基本是由空气中的CO2和H20所产生。并且现场取回的腐蚀样品呈弱酸性，这也说明腐蚀产物中还含有一定的酸性气体，而这种气体很容易会对铜包铝线造成腐蚀影响。

2.2晶体结构分析

相关技术监督人员采用X射线衍射方法，对现场所提取的腐蚀产物样品进行了精确的分析，分析结果表明，腐蚀产物样品表面晶体结构主要为氢氧根和少量的铜，且样品中的氢氧根明显超标，所含有的少量铜物质完全被腐蚀。

3.腐蚀原因分析

从变电站现场屏蔽线腐蚀产物试验分析，可以看出，存在的腐蚀原因大致是由以下几方面因素所致：首先，信号控制电缆屏蔽线主体为铜包铝线，其很容易会受到外界环境所影响，进而出现腐蚀或断裂现象；其次，变电站端子箱内湿度较大，而铜包铝屏蔽线表面所形成的液膜极易为腐蚀因素提供电解质环境，所以在线的薄弱部位，就会因为水汽结露的大量沉积，而出现腐蚀现象；最后，甲变电站区域大气环境中含有大量的NH3和H2S，并且还含有NaCI、灰尘等微小固体杂质颗粒，这些物质会与铜包铝屏蔽线表面所形成的液膜紧紧吸附在一起，久而久之，就会形生腐蚀产物，对屏蔽线造成严重的影响。

4.腐蚀机理分析

4.1外层铜大气腐蚀因素

众所周知，铜在大气中一般自身会产生相应的抗腐蚀能力，这与其热力学功能有着十分紧密的联系，因为铜的电极电位要高于其它金属物质。据相关技术人员鉴定，长期处在大气中的铜物质表面会自动形成一层绿色腐蚀产物保护膜，即铜绿，该保护膜主要是由氯化铜、碳酸根、氢氧根、硫酸铜、铜原子等物质所构成。当铜外层液膜中存有的SO2,N20,NH3等气体分子超过定额基准后，铜绿保护膜腐蚀速度就会逐渐加快。

4.2外层铜裂纹现象的产生

铜包铝线在加工和使用阶段，其外层表面就会产生一定的裂纹现象，究其原因，主要是因为铜包铝线中铜含量较少，一旦受到腐蚀因素所侵袭，就会发生这种情况。而相对来说，铝的电极电位较低，其若是长期处于大气中，就会形成一层由于铝在大气中会形成一层A1203保护膜，尽管这种保护膜的抗腐蚀能力较强，但是若与铜物质长时间接触，就会产生相应的液膜电解质，如若构成原电池，则势必会加快变电站屏蔽线的腐蚀速度。

4.3铜铝间电化学腐蚀原理

通过X射线衍射方法的检测，可以得知，若是处在相同液膜电极液条件下，则铜包铝线中的铜为正极、铝为负极，而阴极反应则以化学公式2H2O+4e-4OH-来表示，阳极发生铝失去电子反应则以公式AI-AI3++3e来表示，其中,AI3+在电解质中会与OH-、O2等形成Al(OH)3和A10(OH)等晶态结构。在这一过程中，铜物质不会受到任何腐蚀因素所影响，因此，X射线衍射方法下的变电站屏蔽线不存在任何铜腐蚀产物。

4.4屏蔽线断裂情况的产生

该断裂情况主要是因为变电站屏蔽线受到严重的腐蚀所致。当腐蚀断裂点位于线最薄弱部位时，就会加速腐蚀速度，使其出现明显的断裂情况。

5.相关解决对策

5.1做好铜包铝屏蔽线日常检查工作

首先，外观检查。相关检测人员必须采用涡流探伤设备，严格检查铜包铝线的外观质量，看其是否存在露铝、裂纹及凹陷等不良情况，一旦发现，要立即采取措施加以处理；其次，采用断面抛光测量法来探测铜包铝与纯铜铜层厚度，看其是否与基准设计要求相吻合；再次，要详细检查铜包铝与纯铜导体电阻率，使其处于合理范围内；第四，全面检查铜包铝与纯铜的抗拉强度，使之低于纯铜线的抗拉强度即可；最后，要检测铜包铝熔点，看其是否与限参数相一致，并且溶解后的颜色要以绿、白色为主。

5.2加强变电站屏蔽电缆的设计

首先，这两个变电站屏蔽电缆的接地方式必须保证符合国家相应的规范要求，因为铝金属长期暴露在空气中会加快氧化速度，所以，为了避免腐蚀和断裂现象的发生，就要采取截面大于4平方毫米的多股铜线将屏蔽层和端子箱接地铜相连接的方式进行接地处理；其次，要全面改善配电箱的密封性能，尤其要保持箱内的湿度，使其处在可控范围内，必要时，还要添加适量的及干燥剂，以免湿度过大给屏蔽线造成腐蚀影响；最后，要及时更换出现腐蚀和断裂情况的屏蔽线，可以利用铜线来替代。

结束语：

综上所述，为了保证变电站的安全运行，相关单位就要重视其电缆屏蔽线的定期检测和维修工作，在熟知各项腐蚀因素和控制要求的基础上，采取有效解决措施加以及时解决，这样才能提高屏蔽线的抗腐蚀性能，为整个电力系统的可持续发展打下夯实的基础。

参考文献：

[1]卢立.220kV变电站选址环境检测及腐蚀试验分析[J]河北电力技术,2017,10:44-45

[2]郭军科220kV变电站铜材腐蚀的原因分析与对策[J]腐蚀与防护,2017,06:19-20