接地網(wǎng)防蝕金屬材料性能試驗(yàn)研究

1、接地網(wǎng)防蝕金屬材料性能試驗(yàn)研究摘要：研究經(jīng)濟(jì)有效的耐蝕接地網(wǎng)金屬材料對(duì)于進(jìn)步電網(wǎng)工作穩(wěn)定性有重要意義。用電化學(xué)測(cè)試方法及電解試驗(yàn)方法在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)展了金屬材料耐蝕性能挑選試驗(yàn)，并在變電站現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)展了小型埋置試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果說明，金屬材料L2的耐蝕性能比普通碳鋼高57倍，這對(duì)于延長(zhǎng)接地網(wǎng)使用壽命具有重要意義；鍍鋅鋼作為接地材料對(duì)于延長(zhǎng)接地網(wǎng)使用壽命實(shí)際作用不太顯著。關(guān)鍵詞：接地網(wǎng)；耐蝕金屬材料；電化學(xué)測(cè)試1引言變電站容量的擴(kuò)大對(duì)接地網(wǎng)平安運(yùn)行的要求更為嚴(yán)格，對(duì)接地體的熱穩(wěn)定性的要求更高。在我國，由于資源、經(jīng)濟(jì)等原因，接地網(wǎng)所用的材質(zhì)主要為普通碳鋼。接地網(wǎng)腐蝕通常呈現(xiàn)局部腐蝕形態(tài)，發(fā)生腐蝕后接地網(wǎng)碳鋼材料

2、變脆、起層、松散，甚至發(fā)生斷裂。某鹽堿性土壤變電站現(xiàn)場(chǎng)與接地網(wǎng)連接的普通碳鋼試片埋置2年后的外表情況。一般性土壤變電站現(xiàn)場(chǎng)與接地網(wǎng)連接的普通碳鋼試片埋置226天后的外表情況。無論在鹽堿性土壤中還是在一般性土壤中，接地網(wǎng)的碳鋼試片腐蝕是非常嚴(yán)重的，其外表有許多局部腐蝕坑，試片邊緣也不完好。腐蝕是導(dǎo)致接地體事故擴(kuò)大的一個(gè)主要原因。因?yàn)閷?duì)于運(yùn)行多年的接地網(wǎng)而言，由于腐蝕性土壤環(huán)境中的電化學(xué)腐蝕以及電網(wǎng)設(shè)備等運(yùn)行中的泄流造成的腐蝕使得接地體截面減小，甚至斷裂，造成接地性能不良，不能滿足熱穩(wěn)定性的要求，因此電路電流將會(huì)燒壞接地網(wǎng)，使得變電站內(nèi)出現(xiàn)高電位差，造成其它主設(shè)備的毀壞事故，還會(huì)危及人身平安。由于

3、接地網(wǎng)埋設(shè)在地下，一旦腐蝕嚴(yán)重到使接地網(wǎng)的接地電阻不合格，甚至局部斷裂時(shí)，對(duì)接地網(wǎng)的翻修改造是相當(dāng)費(fèi)力和困難的，費(fèi)用也是宏大的。因此防止接地網(wǎng)腐蝕，保證接地性能的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)接地網(wǎng)的使用壽命，是電力系統(tǒng)平安經(jīng)濟(jì)消費(fèi)所迫切需要解決的課題。對(duì)于接地網(wǎng)防腐蝕的研究，目前國內(nèi)主要有兩條道路1，一是研制耐蝕性能優(yōu)良而且經(jīng)濟(jì)性好的導(dǎo)電材料以取代目前普遍使用的碳鋼；二是采用電化學(xué)保護(hù)技術(shù)以減緩正在服役的接地網(wǎng)的腐蝕速度，延長(zhǎng)使用壽命。原武漢水利電力大學(xué)“接地網(wǎng)防蝕研究及應(yīng)用課題組經(jīng)過長(zhǎng)期大量的試驗(yàn)，已經(jīng)挑選出耐蝕性能優(yōu)良且價(jià)格合理的材料，可以取代目前廣泛使用的普通碳鋼。2試驗(yàn)情況由于接地網(wǎng)土壤腐蝕是一個(gè)緩慢

4、過程，因此為了能快速優(yōu)選出所需的材料，在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)展了電化學(xué)測(cè)試，試驗(yàn)測(cè)試方法包括極化曲線、交流阻抗和動(dòng)電位掃描。由于變電站接地網(wǎng)要承受雷電流及電網(wǎng)不平衡電流的泄流作用，因此在對(duì)材料進(jìn)展挑選時(shí)必須理解材料的耐電解電流腐蝕的性能，為此在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)展了材料的電解試驗(yàn)。試驗(yàn)所用土壤介質(zhì)的理化性質(zhì)分析結(jié)果，其自腐蝕電位為-688V。根據(jù)德國DIN50929土壤腐蝕性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)該土壤為腐蝕性土壤2。試驗(yàn)所挑選的材料為2種稀土鋼材L4和L5及3種常見外表處理的合金鋼L1、L2和L3。為了便于比照，試驗(yàn)還使用了普通碳鋼及鍍鋅鋼。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室初步試驗(yàn)的結(jié)果，在變電站現(xiàn)場(chǎng)土壤中埋置了一定數(shù)量的材料試片以理解材料

5、在變電站土壤現(xiàn)場(chǎng)中的耐蝕性能。1極化曲線測(cè)試1試驗(yàn)條件試驗(yàn)采用三電極體系，即工作電極、參比電極和輔助陽極。其中工作電極是將各種材料制作成體積為13的小塊，留出一外表作為研究面，其余外表用環(huán)氧樹脂密封；參比電極為飽和甘汞電極，通過魯金毛細(xì)管插入電解池；輔助陽極為鉑電極。試驗(yàn)介質(zhì)為土壤水土比為5:1的浸出液。試驗(yàn)所用儀器為TD3690型恒電位儀，HD-1A型信號(hào)發(fā)生器及3086-1AX-Y型記錄儀。試驗(yàn)時(shí)，起掃電位的選擇是陽極極化時(shí)起掃電位比自腐蝕電位低100V，陰極極化時(shí)起掃電位比自腐蝕電位高100V。每次掃描的速度為2V/s。2試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理采用BETARUNHVERSIN程序進(jìn)展計(jì)算。2交流阻

6、抗測(cè)試1試驗(yàn)條件試驗(yàn)采用三電極體系，介質(zhì)為水土比為5:1的土壤浸出液和水土比為2:1的泥漿，試驗(yàn)使用的儀器為EGG公司的交流阻抗測(cè)試儀，包括鎖相放大器，283恒電位儀。計(jì)算機(jī)3個(gè)硬件局部通過GPIB總線連接起來。軟件為398阻抗數(shù)據(jù)專用測(cè)量軟件。2數(shù)據(jù)處理以頻率最低處的阻抗值|Z|0.05來表征材料在介質(zhì)中的耐蝕性能。|Z|0.05越高，說明材料的耐蝕性能越好，反之亦然3。3電解測(cè)試電解時(shí)試驗(yàn)材料與直流電源正極連接，用石墨棒作為陰極與直流電源的負(fù)極連接，電解所用介質(zhì)為變電站土壤的水土比為2:1的泥漿，電解時(shí)間為3h，電解電流為64.0A，槽壓為150V。轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.3試驗(yàn)結(jié)果和討論3

7、.1極化曲線測(cè)試極化曲線測(cè)試試驗(yàn)的結(jié)果可見，在這些土壤介質(zhì)中，材料L1、L2的腐蝕速率較其它材料低，其耐蝕性能較好。3.2交流阻抗測(cè)試試驗(yàn)結(jié)果可見，材料L1、L2的阻抗值明顯高于其它材料，比普通碳鋼高出2個(gè)數(shù)量級(jí)。材料L4、L5的耐蝕性能與普通碳鋼差不多，甚至有時(shí)還不如普通碳鋼。3.3電解測(cè)試從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，鍍鋅鋼耐電流電解腐蝕性能較差，材料L1和L2的耐電流電解腐蝕性能較好，其耐蝕性能比普通碳鋼要高得多。電解完畢后觀察材料外表可以看出，鍍鋅鋼外表的鍍層出現(xiàn)了局部剝離現(xiàn)象，而其它材料外表均沒有出現(xiàn)這種現(xiàn)象。?3.4現(xiàn)場(chǎng)埋置試驗(yàn)不同材料制作的試片在變電站現(xiàn)場(chǎng)土壤中埋置624天后挖出，經(jīng)過外表

8、處理后測(cè)定材料的腐蝕速率，結(jié)果可見，材料L1和L2的腐蝕速率較碳鋼及鍍鋅鋼要小得多。同種材料，當(dāng)與接地網(wǎng)連接時(shí)其腐蝕速率高于接地網(wǎng)不連接時(shí)的腐蝕速率，原因是與接地網(wǎng)連接的試片除了要受到土壤自然腐蝕作用外，還要受到變電站接地網(wǎng)泄流時(shí)的電流電解腐蝕。在變電站土壤現(xiàn)場(chǎng)埋置試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，與接地網(wǎng)連接的鍍鋅鋼材料在不到1年時(shí)間其外表鍍鋅層就已經(jīng)被電解腐蝕掉，而未與接地網(wǎng)連接的鍍鋅鋼材料其外表鍍鋅層卻完好。從現(xiàn)場(chǎng)埋置材料試片測(cè)定的腐蝕速率結(jié)果也可以看出，鍍鋅鋼用作接地網(wǎng)材料時(shí)其耐蝕性能較普通碳鋼沒有多大進(jìn)步，因此用鍍鋅鋼材料來延長(zhǎng)接地網(wǎng)使用壽命意義不大。4結(jié)論1在土壤腐蝕性較嚴(yán)重的地區(qū)，為了延長(zhǎng)接地網(wǎng)使

9、用壽命，在設(shè)計(jì)時(shí)往往考慮采用鍍鋅鋼。其防腐蝕的原理是鋅的腐蝕電位較普通碳鋼的低，在土壤介質(zhì)中鋅優(yōu)先被腐蝕掉從而保護(hù)了普通碳鋼，到達(dá)延長(zhǎng)碳鋼使用壽命的目的。在沒有電流作用下，鍍鋅鋼的使用壽命確實(shí)較長(zhǎng)，在變電站土壤現(xiàn)場(chǎng)埋置試驗(yàn)的結(jié)論也是如此。但是作為接地材料，由于其要受到接地電流的作用，鍍鋅鋼外表的鍍鋅層很快就會(huì)被電解掉，因此鍍鋅鋼對(duì)延長(zhǎng)接地網(wǎng)的使用壽命實(shí)際作用不大。2根據(jù)實(shí)驗(yàn)室電化學(xué)測(cè)試的結(jié)果可知，無論是在土壤浸出液中還是在土壤泥漿中，材料L2的耐蝕性能較其他材料的耐蝕性能好，是普通碳鋼耐蝕性能的57倍。3經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試說明，材料L1和L2的耐蝕性能較普通碳鋼要強(qiáng)得多，這對(duì)于延長(zhǎng)變電站接地網(wǎng)的使用壽命，確保接地網(wǎng)平安經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重大意義。同時(shí)考慮材料的經(jīng)濟(jì)性及來源等因素，本文推薦用非銅質(zhì)材料L2替代普通碳鋼用于接地網(wǎng)防腐蝕。參考文獻(xiàn)1許崇武，胡學(xué)文，彭泉光，等接地網(wǎng)防蝕研究及應(yīng)用R武漢：武漢水利電力大學(xué)，20002王光雍，王海江，銀耀德，等自然環(huán)境的腐蝕與防護(hù)北京：化學(xué)工業(yè)出版社，19973吳麗蓉，胡學(xué)文，許崇武