摘要：电力架空地线，肩负着保护架空输电线路免遭雷电袭击的作用，它贯穿于整条电力大动脉，对输电线路的安全稳定运行，减少雷击故障率起到至关重要的作用，因此架空地线的施工质量关系到整条线路的经济效益，保证锈蚀地线治理工程的施工安全和施工质量是关键所在。基于此，本文就某500kV输电线路架空地线腐蚀断裂问题进行了分析。
关键词：500kV输电线路；架空地线；腐蚀断裂；问题
1架空地线腐蚀断裂情况
某500kV线路于早些年间投运，其中167-168号区段杆塔、导线等设备为投运的老线路，已经运行26年。杆塔型号为：167号为ZB13-36；168号为ZB13-39。167-168号塔档距为475m。架空地线为钢绞线，型号为GJ-70，总股为19股，抗拉强度设计值为1225MPa。该线路167-168号塔间的导线跨越若干铝矿冶炼厂，腐蚀断裂区段架空地线位于铝矿冶炼厂上方，168号塔距铝矿冶炼厂约220m。
经了解，巡视人员在巡视该500kV线路过程中，发现167-168号塔档内右架空地线多处严重断股，表面腐蚀非常严重。具体位置为：168号塔小号侧第3～4间隔棒区间内导线上方。该处出现多处断股，断点约20余处，断股区域长度约30m。断股最多处达7股，其他断股处断股数量分别为1～7股不等，地线变得非常松散，外圈12根钢丝几乎完全腐蚀，呈片状；内圈6根钢丝腐蚀也非常严重，表面存在大量的腐蚀产物。巡视中还发现，对应于168号塔小号侧第1～3间隔棒之间的架空地线即使没有断股，受腐蚀也很严重，其中外圈12根钢丝腐蚀非常严重，表面存在大量的腐蚀产物；内圈6根钢丝存在较为严重的腐蚀现象，表面腐蚀产物的附着量较外圈12根钢丝略少。
对单股地线试样清洗后进行宏观观察。用加有缓蚀剂的清洗液（500ml盐酸＋500mlL去离子水＋20g六次甲基四胺）去除腐蚀产物后多点测量其腐蚀后的直径，并与未腐蚀的单股地线进行对比。截取两段2Cm长腐蚀后的单股地线，干燥后其中一段连同未腐蚀单股地线用环氧树脂封住，用光学显微镜观察截面腐蚀情况；另一段则放入扫描电子显微镜（SEM），观察其微观腐蚀形貌；用附带的能谱仪进行腐蚀产物能谱分析。刮取样品断线的腐蚀产物，研磨至200目后，用Ｘ射线衍射仪测定其成分。试验采用Cu靶进行，2θ范围为10°～60°，扫描速度为5°/min，内标物为ZnO，各个晶态相选取特征峰为：α－FeOOH的（110）峰，β－FeOOH的（110）峰，γ－FeOOH的（020）峰，Fe3O4的（220）峰和ZnO的（100）峰。ZnO与腐蚀产物的质量比为3∶7。
2检测结果
2.1腐蚀宏观形貌
对比单股镀锌钢绞线腐蚀前后形貌可知，腐蚀后的地线表面被红褐色疏松易碎的腐蚀产物覆盖，局部显露出黄色和棕色锈点，清洗后发现单股钢丝线明显变细，表面粗糙不平，并有明显的凹坑。用游标卡尺测量部分凹陷处直径发现，最细处仅为1.12mm，对比断裂前的2.16mm减少了近50％，显然已不符合使用要求。腐蚀后的单股钢丝线用手轻轻一掰即发生脆性断裂，其韧性和强度相比腐蚀前大幅度降低。
2.2微观分析
单股地线腐蚀后，其地线表面腐蚀产物层有近1mm厚，并且与环氧树脂交界处凹凸不平，出现了较为明显的点蚀坑。点蚀坑深入基体，服役过程中容易造成应力集中，降低材料的强度。地线表面被片层状腐蚀产物覆盖，并且存在较多的裂纹和孔洞。这些裂纹和孔洞在大气环境下会成为腐蚀因子接触基体的通道，造成基体腐蚀。刮取地线表面的腐蚀产物，研磨后进行SEM观察，发现其主要为多面体颗粒并且棱角分明。放大颗粒的一个表面，发现有较多垂直基体生长的片状物质。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆对所选取位置进行EDS测试可见此附着物中O的含量很高，原子比占到总量一半以上，其次为Fe和Zn，另外还有少量的Si和S。
2.3组分分析
将研磨好的附着物粉末进行半定量X射线衍射分析，对比谱线为短期户外暴露试验腐蚀产物的衍射谱。腐蚀地线附着物的成分种类与短期户外暴露的大气腐蚀产物成分基本类似，主要为α－FeOOH，β－FeOOH，γ－FeOOH，Fe3O4以及无定形产物，鉴于Ｘ射线衍射的分辨率较低，微晶和非晶等无定形产物无法进行定量分析。而对比两种粉末可以看出，断裂地线腐蚀产物中的α－FeOOH含量略高于户外暴露腐蚀产物中的含量，但β－FeOOH和γ－FeOOH含量较后者偏低，Fe3O4含量则两者相似。
3结论分析
经现场调查发现该地线所用材质为镀锌钢绞线。这种导线在内陆洁净或者腐蚀不严重的环境中，其表面由于雨水或者潮气形成的薄液膜而呈现中性，发生锌阳极溶解和氧阴极还原反应。该反应生成的Zn（OH）2呈碱性，可使得镀锌层表面水膜pH上升到8.5左右，随后受空气中CO2作用进一步生成溶解度很低的碱式碳酸锌，构成8μm以上致密薄膜，减少基体与大气中氧气接触，从而减缓后续腐蚀，确保线路长期不会因腐蚀造成断裂事故。
但本试验的EDS结果则显示，单股地线表面腐蚀产物中已经含有大量Fe的氧化物和Zn的氧化物，表明地线表面的镀锌层已经腐蚀完全，丧失了保护能力，Fe基已开始大量腐蚀。地线腐蚀产物成分与短期大气腐蚀产物相似，其中α－FeOOH含量较高，这也进一步表明该断裂地线表面已发生长期的大气腐蚀，腐蚀产物比较稳定。产物中仍有β－FeOOH以及γ－FeOOH，则说明大气腐蚀依然在进行，两者会继续向α－FeOOH转变，基体也在不断地被腐蚀。
架空地线在该地区大气腐蚀严重，这显然与当地大气环境有关。现场调查发现，架空地线所处区域全年降水充沛。地线周围的工业园中，有较多的金属冶炼厂、热电厂、燃煤厂、化工厂，这些工厂工作时，会产生SO2，SO3随烟气排放，附着在架空地线表面的灰尘中。在空气湿度较大或下雨时，架空地线表面附着一定厚度的水膜，SO2，SO3也会溶解在水中，形成H2SO3和H2SO4等强酸性腐蚀介质，使得架空地线表面发生化学腐蚀。而且其形成的腐蚀产物较疏松，有利于吸附更多的腐蚀介质，进一步加剧了腐蚀速度，导致腐蚀更加严重。
4结束语
综上所述，镀锌钢铰线的大气腐蚀是导致架空地线断裂的直接原因，空气中的SO2含量逐年升高加速了这一过程。工业大气环境中，镀锌处理并不能对钢铰线材质的架空地线提供持续长久的保护，SO2会迅速消耗掉基体表面的镀层。对途经腐蚀性环境下的钢绞线架空地线，建议全面检查其表面腐蚀程度，必要时取样进行截面积损失分析和机械性能试验，不合格的应及时更换。加强腐蚀性环境下和老旧线路架空地线表面腐蚀情况的监督手段和力度。对处在腐蚀性环境下的500kV输电线路架空地线，建议采用铝包钢绞线。线路设计路径应远离化工厂等具有腐蚀性的区间。
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论文作者:索寅生
论文发表刊物:《电力设备》2017年第22期
论文发表时间:2017/12/1
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