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我国输电网线路建设战略的腐蚀与防护

放大字体  缩小字体发布日期:2007-05-25  浏览次数:483

随看我国经济建设的高速发展,电力负荷大幅增加,电压等级越来越高。我国正在实施的西电东送、南北互供和全国联网的输电网建设战略,使得电能的大容量远距离传输成为可能,同时,输电线路的长度也不断增加。到目前为止,我国已建成的35kV及以上电压等级的输电线路总长度达80余万公里,其中,500kV超高压线路为我国电网的主网架。我国西北电网正在建设750kV超高压输电线路,目前正在进一步探索研究1000kV或更高电压等级的特高压输电线路。因此,输电线路作为电力工业的重要基础设施,其安全可靠性直接关系到输电网的安全运行。

随着输电线路的不断建设,输电网资产管理问题日益突出,其中,以输电线路的寿命管理和腐蚀管理问题尤为突出。输电线路由架空导地线、绝缘子、金具、杆塔、基础和接地装置等部件组成,长期运行在野外,受到各种恶劣环境的侵蚀,使得输电线路导线、地线、金具、杆塔和基础等在腐蚀环境下受到严重的腐蚀破坏。我国幅员辽阔,在东部沿海地区有绵长的海岸线,西部有沙漠、盐湖等恶劣环境,尤其环渤海湾地区和内盐湖盐渍土地区以及重工业大气污染地区,腐蚀环境对输电线路设施造成的腐蚀破坏极大地影响到输电线路的安全运行。

腐蚀破坏给输电线路的安全可靠性和使用寿命造成潜在的危险,这已经受到世界各国输电行业的高度重视。美国电力科学研究院(EPRI)和加拿大电力技术研究机构(如Power   Tech   Lab等)把输电网的腐蚀评估、控制与防护等腐蚀管理问题列为输电网管理的重要研究课题,我国也正在对输电线路的腐蚀评估和防护等问题展开研究。

我国输电线路腐蚀与防护的现状

输电线路的腐蚀环境主要有大气腐蚀、水腐蚀和土壤腐蚀等。腐蚀破坏使得输电导线的寿命大大缩短,尤其对处于腐蚀环境下的输电线路,往往不能达到其预期设计寿命。浙江省洞头县位于东海洞头岛,洞头县电网的第一回35kv线路白门3571线和大洞3572线于1987年建成投运,由于设计时未考虑海岛盐雾气候,使用常规的导线,运行仅12年就出现了导线严重腐蚀、拉线普遍生锈等老化现象。北京供电公司现有35kV及以上的输电线路6614公里,其中存在大量运行时间超过25年以上的线路,个别线路运行时间超过50年,由于长年的风吹日晒、环境侵蚀,使得输电线路存在线路金具、架空地线和拉线锈蚀,杆塔锈蚀酥裂严重的情况存在较大安全隐患。由此可见,我国输电线路的腐蚀状况是比较严重的。

在我国输电线路的设计、施工和运行维护中,针对输电线路跨越地区的大气环境和水土环境,对输电导线、架空地线、金具、杆塔、基础和接地网等采取了必要的防护措施。导线、架空地线、金具和杆塔结构的腐蚀一般为大气腐蚀,杆塔基础和接地网的腐蚀多为土壤腐蚀。目前所采取的防腐措施取得了一定的效果,但对整个输电线路的腐蚀管理和控制问题还需要进行进一步探索,尤其近年电力通信中大量使用ADSS光缆而出现了一些新问题,对输电线路的腐蚀防护提出了新的研究课题。

1.导线和架空地线的腐蚀

导线和架空地线大量使用钢芯铝绞线或钢绞线,腐蚀破坏是钢芯铝绞线的主要破坏形式之一。导线的腐蚀是一个严重的问题,最易引起腐蚀的是钢芯。就导线架设的地区而言,沿海工业区、工业区、沿海地区和农村地区依次排列,腐蚀逐步减轻。在沿海工业区,钢绞线只有数年就严重腐蚀,钢芯铝绞线的钢芯也会引起严重腐蚀。采用镀铝锌合金的钢丝,钢丝寿命可延长1倍左右。然而,它仍不能与稀土电工铝导体相提并论,稀土电工铝的寿命至少可延长3~4倍以上。

钢芯铝绞钱在大气中受水分、化学气体和盐类物质等作用会发生腐蚀,腐蚀程度与导线的材质成分和制造工艺有密切关系。导线的腐蚀形态有化学腐蚀和电化学腐蚀,并以电化学腐蚀为主,而且主要是外层腐蚀。当空气湿度较大时,导线表面水分会凝聚成水膜,大气的O2、CO2及其它气体如H2S、NH2、SO2、NO2、Cl2、HCl等和盐类物质溶解于水膜中,形成电解液薄层。电解液薄层与金属氧化膜发生反应而产生孔蚀。在导线内部铝股与镀锌钢芯接触层,由于金属电极电位差异,也会产生接触腐蚀。铝股受腐蚀后表面会产生白色粉末,并布满麻点,铝股与钢芯接触层也会产生白色粉末状物,同时导线明显变脆,抗拉强度明显降低,严重时会造成断股、断线,大大地缩短了导线的使用寿命。

为提高钢芯铝绞线的耐蚀性,通常在钢芯线与铝绞之间涂上有机材料制成的防腐蚀油脂,阻挡雨露及腐蚀性气体对钢线的腐蚀,以延长钢线寿命,使之能与铝线寿命相匹配,但防腐蚀油脂增加了导线的重量,长期使用会由于老化而失效。如果用铝包钢线代替镀锌钢线,使导线中的承力与导电部分之间相接触的金属相同,则不会形成原电池。

2.ADSS光缆的腐蚀

ADSS光缆是近年在电力通信中广泛采用的一种全介质自承式光缆,与既有输电线路同塔并架,处于输电线路的强电场中,常常引起光缆护套的电腐蚀,影响ADSS光缆的安全性。

光缆的高压线路导线附近,导线周围空间存在电场,光缆对导线和地线之间的电容耦合使光缆处于一个空间电位的位置,当天气为雾、露或下小雨时,潮湿的污秽在光缆外护套表面形成一个电阻层。在空间电位的作用,护套表面对铁塔上的光缆接地金具之间流有电波,电流发热造成水分蒸发,使光缆外护套表面形成小段的干燥地带,阻断了电流,当干燥带的电位差达到一定高度时,便发生放电形成电弧,即干带电弧。它产生的热可以使交联聚合物逐步失去结合力而形成腐蚀,而护套会熔成洞,称为护套电腐蚀或电痕,导致断缆。因此,ADSS光缆的类型选择首先要考虑电气性能要求,即ADSS所能承受的空间感应电场(电位)的大小。

3.杆塔结构的腐蚀

传统输电杆塔一般为木质电杆、钢筋混凝土电杆和预应力混凝土电杆、钢管杆和铁塔等,近年也出现钢管混凝土电杆,大跨越输电塔则主要采用钢筋混凝土烟囱式塔、角钢塔、钢管塔或钢管混凝土塔等。这些杆塔结构尤其是钢结构自立塔和拉线塔,由于其制造材料本身的易腐蚀性,在其使用期内需要花费巨额资金对其进行维护。就木质电杆而言,其防腐处理的费用、维护费用以及报废处理所引起的环境污染问题等,是我国已不再使用木质电杆作为输电杆塔的原因之一,即使在森林资源丰富的北美地区,也由于木质电杆的腐蚀问题而逐渐转向采用其它材料的输电杆塔。混凝土杆塔的裂缝问题和钢筋锈蚀问题,大大限制了混凝土杆塔在输电线路中的应用。混凝土杆塔在出现裂缝或钢筋锈蚀后,往往使混凝土酥松、剥蚀以至钢筋锈断等,发生杆塔断裂倒塌等事故,而处于内盐湖地区的钢筋混凝土电杆的实际寿命只有3~5年。对输电铁塔和钢管杆,我国一般要求进行热浸镀锌防腐蚀处理,但经过若干年的使用之后,也往往由于锌层破坏而发生锈蚀,大大降低了钢结构构件的承载能力,其使用寿命往往取决于所使用环境的腐蚀程度。

美国土木工程师协会(ASCE)《输电铁塔设计导则》关于铁塔的腐蚀防护,规定处于腐蚀介质中的钢构件,必须采用镀锌或其它防腐蚀处理,最小厚度不得小于3/16英寸,在必要时应涂刷树脂保护涂层。对于强腐蚀环境下的钢构件,其厚度不得小于1/4英寸。在混凝土基础的设计时应采取构造措施,以减少腐蚀介质沉积对塔脚构件的腐蚀。我国的《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T 5154-2002)中,对杆塔结构的设计也提出了大致相同的要求,所有钢结构和钢绞线等必须进行镀锌防腐蚀处理。

4、基础的腐蚀

输电线路杆塔基础一般有岩石基础、钢结构基础和混凝土基础等,输电铁塔一般采用混凝土基础或钢筋混凝土基础。由于地下水含有各种化学成分,当某种成分过多时,对构成基础的混凝土和钢材都有较强的危害。因此,设计基础时必须考虑地下水、周围环境和土质对基础材料腐蚀的侵蚀性影响,对有腐蚀性地下水的基础必须采取有效的防护措施。

具有结晶性侵蚀的地下水,含有过多的硫酸根(SO42-)与混凝土中的水泥作用,使混凝土遭受侵蚀。因此,根据侵蚀等级而分别采取大于C50高强等级的普通硅酸盐水泥、普通抗硫酸盐水泥和高抗硫酸盐水泥等措施。具有结晶性侵蚀的地下水的判断方法和标准为:(1)地层中含有纤维状、透镜状、碎屑状、层状和结核状石膏;(2)盐湖、盐田、盐渍土和其它含盐(如岩盐、芒硝、光卤子、水氧镁石膏等)地区以及海水和海水渗入地区;(3)硫化矿及煤矿矿水渗入地区;(4)工业废水(酸性、含大量硫酸盐、镁盐及铵盐等)渗入地区;(5)使水矿化的地形地貌条件。 

具有分解性侵蚀的地下水、水中氢离子(pH值)、重碳酸根离子(HCO3-)及游历碳酸(CO2)等对混凝土具有分解破坏作用。当地下水具有分解性侵蚀时,宜采用不低于C30强度等级的水泥;当pH≤4.0时,宜采取在混凝土表面涂覆沥清或在基础周围填筑粘土保护层等防护措施。

5、接地网的腐蚀

接地网是输电线路的防雷保护装置,埋设于地面下0.3~0.8m的土壤中,常常由于土壤腐蚀环境作用而发生腐蚀。因此,土壤是造成其腐蚀的环境介质。当地网某段导体出现腐蚀,甚至因此而断裂时其导电性能必然大大降低,电阻必然增大,给输电线路防雷造成隐患。土壤腐蚀属于电化学腐蚀,它受土壤的pH值、杂散电流、化学反应、电阻率和微生物作用的影响极大,氧和水是土壤腐蚀的关键因素。由于土壤介质具有多样性、不均匀性等特点,腐蚀微电池和腐蚀宏电池共同作用。不同土质其腐蚀程度一般不同,排水性、通气性差而保持水分能力大的粘土和淤泥地细粒土壤比排水性和通气性良好的粗粒土壤锈蚀严重。

6、金具及其它部件的腐蚀

金具和避雷器等其它线路器材常有氧化腐蚀的危害。由于外部热缺陷的导体接头部位长期裸露在大气中运行,长年受到日晒、雨淋、风尘、结露及化学活性气体的侵蚀,造成金属导体接触表面严重锈蚀或氧化,氧化层会使金属接触面的电阻率增加几十倍甚至上百倍。

 

最新行业新闻2007年05月25日更新

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