电力线路接地网腐蚀分析及防护途径

电力线路接地网腐蚀分析及防护途径

张靖、崔冰嫱、王玉萍

国网山西省电力公司输电检修分公司 山西太原 030000

摘要：所谓的电路线路接地网主要是指由钢筋组成的金属导体网与土壤相接触，如果出现雷击或者雷电波袭击情况时，接地网设施会更好地发挥出自身的作用优势，将电流引入到大地当中。可以说，接地网质量的好与坏往往会对防雷效果产生至关重要的影响。结合当前运行情况来看，因受到多方面不确定因素的干扰影响，导致接地网在运行期间容易出现腐蚀问题。一旦腐蚀面积过大，接地网整体的导电性能会严重下降，给输电线路防雷安全构成严重威胁。针对于此，建议相关人员必须采取针对性措施加以解决。

关键词：电力线路；腐蚀

在电力系统中, 为保障人身安全和电气设备安全运行, 在验收规范 (GB 50163-92) 和运行规程中都明确规定:电气装置、电力线路杆塔的底座、外壳等金属部分, 均应接地或接零。且要求其接触电阻值必须达到并保持在要求的电阻值范围内。随着电力系统建设的发展, 电网电压等级、结构都越来越复杂, 安全运行的要求越来越高, 因此接地装置在电网中的重要性越来越大。

接地装置由接地体和接地线组成, 埋入地中并直接与土壤接触的金属导体称为接地体, 电气设备、杆塔的接地螺栓等 (零电位点) 与接地体连接的在正常情况下不载流的金属导体称为接地线。接地体一般采用角钢、圆钢或钢管金属材料等。由于钢铁等金属材料本身的活跃属性, 以及所埋设的周围环境, 如地下水位较高且偏酸、偏碱性较强, 往往更加容易氧化、腐蚀, 造成其运行工况和寿命达不到设计要求。

为保护电力系统中接地体的金属材料, 减缓其氧化、腐蚀速度, 目前最经济的、主要的控制措施就是覆盖涂层, 即在接地体表面镀上一层锌。锌在自然环境中比较容易氧化, 且氧化后形成的一层难溶于水和耐酸性、耐碱性的氧化锌薄膜成为接地圆钢保护层, 使其与外界环境分离, 从而避免钢材被周围环境腐蚀。但在材料运输和焊接、埋设等施工过程中, 不可避免会破坏部分镀锌涂层, 所以一般情况下会考虑采取加大钢材的直径来抵消腐蚀速度。如采用Φ22～25的镀锌圆钢作为接地网。但当接地体所处条件比较恶劣时, 如变电站或线路位于海边滩涂, 或者是河岸边的跨越塔位, 此时通过加大钢材的面积、直径都难以保证其运行工况及寿命 (包括基础钢筋也同样面临腐蚀问题) , 而且经济性也成为问题。

1 电力线路接地网腐蚀情况的成因分析

一般来说，输电线路接地网通常会埋设在地面下的0.3～0.8m的土壤位置当中。因此，从客观角度上来看，造成电力线路接地网腐蚀问题的主要原因在于土壤环境。究其原因，主要是因为土壤环境主要是由土粒、水以及空气等成分组成，在结构方面表现复杂。同时，土粒中还包括较多无机矿物质以及有机物质。在水分的作用下，土壤很容易形成离子导体，形成腐蚀性电解质效应[1]。

从化学角度上来看，土壤腐蚀属于电化学腐蚀领域范畴。在金属以及相关介质的化学作用下，很容易形成腐蚀原电池，并发生相应的腐蚀反映。除此之外，土壤还受到p H值以及电阻率等因素的影响，会进一步加剧对电力线路接地网的腐蚀程度。结合当前情况来看，多数电力线路接地网在长期运行过程中容易受到土壤境的影响而出现大面积腐蚀问题，亟待解决。

2 电力线路接地网腐蚀问题的影响因素分析

关于电力线路接地网腐蚀问题的影响因素分析，我们基本上可以从以下几点进行概括与论述：

(1）孔隙度影响因素。孔隙度影响因素也可以理解为透气性影响因素，主要根据土壤透气性表现情况对接地网腐蚀程度进行研究与分析。一般来说，透气性表现较好的无粘性土壤，在接地网腐蚀程度方面表现较轻。而密不透气的粘土土壤，在接地网腐蚀程度方面表现较重；

(2）含水量影响因素。土壤中的含水量表现成分往往会对金属溶解的离子化过程以及土壤电解质的离子化过程产生至关重要的影响。当土壤含水量较高时，且饱和度<95%时，氧的扩散渗透率明显受到阻碍影响，导致腐蚀速率降低。但是随着含水量的不断减少，饱和度也会发生明显下降，此时接地网腐蚀速率会明显加快[2];

(3）电阻率影响因素。对于石渣土等土质的电阻率而言，明显要比其他土壤的电阻率要低。土壤电阻率表现较低时，接地网所受到的腐蚀影响也会明显降低；

(4）土壤酸碱度影响因素。当土壤酸碱度表现失衡时，如酸性指标过高或者碱性指标过高时，接地网腐蚀速率就会明显加快。

3 电力线路接地网腐蚀问题的防护途径研究

对于腐蚀问题表现较为严重的接地网，必须及时进行定向改造，或者是予以重新铺设。与此同时，相关负责人员应该事先采取针对性防护措施预防腐蚀问题。

(1）建议相关负责人员应该明确掌握电力线路接地网腐蚀问题的具体成因以及相关影响因素，从多个方面针防护途径问题进行统筹规划与合理部署。如为有效降低接地电阻，建议相关负责人员可以在接地网改造期间，利用防腐降阻剂提高防腐性能；

(2）为防止电化学腐蚀问题反复出现，建议相关负责人员应该采取涂沥青漆处理方法，针对地面入土处以及水平接地体之间进行处理。除此之外，对于腐蚀问题表现较为严重的粘土环境，应该优先利用金属防腐技术方法，重点针对接地地下引线进行金属保护层处理。必要时，也可以借助加入稀土元素的圆钢进行防腐防护处理。如此一来，电力线路接地网腐蚀问题基本上可以得到有效缓解。

4阴极保护法的选择应用

在船舶、管道运输、水闸等其他领域的工程系统中, 阴极保护法已经被广泛应用, 但在我省电力系统中还没有使用, 针对海门电厂送出500 kV线路的实际情况, 该线路有50多基塔位位于海岸滩涂, 环境较为恶劣, 防腐蚀要求较高, 与一般的加大材料直径和覆盖涂层 (镀锌) 等方法比较, 采用阴极保护法是较经济的做法。同时结合附近没有电源且线路基础规模小而分散的情况, 牺牲阴极保护法成了对该线路工程的接地装置和塔基基础进行保护的首选。

由于在金属表面上的阳极反应和阴极反应都有自己的平衡点, 为了达到完全的阴极保护, 必须使整个金属的电位降低到最活泼点的平衡电位。设金属表面阳极电位和阴极电位分别为Ea和Ec, 金属腐蚀过程由于极化作用, 阳极和阴极的电位都接近于交点S所对应的电位Ecorr (自然腐蚀电位) , 这时的腐蚀电流为Icorr。进行阴极极化后, 电位将从向更负的方向移动, 阳极反应曲线EcS从S向C点方向延长, 当电位极化到E1时, 所需的极化电流为I1, 相当于AC线段, 其中BC线段这部分为外加的, AB线段这部分电流是阳极反应所提供的电流, 此时金属尚未腐蚀。如果使金属阴极极化到更负的电位, 例如达到Ea, 这时由于金属表面各个区域的电位都等于Ea, 腐蚀电流为零, 金属达到了完全保护状态, 此时外加电流Iapp1即为完全保护所需电流

5 结语

总而言之，电力线路接地网腐蚀程度往往会对线路防雷整体效果产生至关重要的影响。如果不加以及时处理，势必就会对输电线路安全运行质量构成威胁。针对于此，建议相关负责人员应该及时查明造成电力线路接地网腐蚀问题的具体成因。并根据成因问题表现采取针对性措施加以解决，以防止腐蚀面积的不断扩大而对电力线路整体运行质量造成不利影响。同时，采取科学、合理的防护管理手段，减轻接地网腐蚀程度，确保电力线路运行安全。

参考文献

[1] 虞锦孙.京九南线电力线路接地网存在的问题研究[J].河南科技, 2020(16):124-126.

[2] 白建国.电力线路运行常见故障与维护方法[J].企业科技与发展, 2019(02):176-177.