湖北电网220kV变电站接地网腐蚀状况及安全运行对策研究

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1、湖北省电机工程学会电厂化学专委会 2007 年学术年会论文 湖北省电机工程学会电厂化学专委会 2007 年学术年会论文 1湖北电网 220kV 变电站 接地网腐蚀状况及安全运行对策研究 湖北电网 220kV 变电站 接地网腐蚀状况及安全运行对策研究 喻亚非 詹约章 林志伟 袁重 （湖北省电力试验研究院，武汉，430077） 摘 要摘 要 报告介绍了 2006 年对湖北电网 220kV 变电站接地网腐蚀状态的调查结果，对接地网这种重要隐蔽设施的现状进行了开挖检查，对土壤环境、材质、接地网腐蚀散流特性等多方面的研究和综合分析，发现了引起接地网腐蚀的主要原因与土壤的酸碱性和土壤中含有的侵蚀性离子（C

2、lSO 42）总量密切相关，提出了安全运行的有效对策。 关键词关键词 湖北电网；220kV 变电站；接地网；腐蚀；对策 1 概述 到 2006 年 6 月湖北省电网有 220kV 变电站 78 座，其中投入运行 15 年以上的有 33 座， 占 42.3%，见附表 1。按照接地网平均腐蚀率 0.1mm/a 计算，505 的扁钢 15 年后截面积腐 蚀 30%，构成安全隐患。事实上近两年黄冈崔家垸和咸宁塘角镇两站开挖检查的情况表明， 有的腐蚀已经很严重， 甚至穿孔断裂。 为紧密围绕“稳主网， 防人身， 保设备”的工作重点， 按国家电网公司开展反事故斗争 确保迎峰度夏期间电网安全稳定运行的有关的要

3、求， 湖北省电力试验研究院在省电力公司的组织下于 2006 年下半年对湖北电网 220kV 运行了 15 年以上的变电站接地网腐蚀状况进行专项调查和综合分析。 目的旨在调查因腐蚀造成的不安 全因数及影响程度，有的放矢地制定接地网安全运行的有效措施。 调查的内容主要有地网埋深、主地网及引下线的腐蚀状况、土壤的 pH 值、电导率、土 壤的化学成分分析、土壤的透气性能及地表面绿化状况、地网材质及强度、接地网腐蚀散流 特性研究试验等。 2 接地网现状调查及其综合分析 调查以在变电站现场进行开挖检查方式进行，我们选择了不同地区、不同土壤，运行年 限都在 15 年以上的变电站 20 个，个别变电站运行达

4、30 多年。腐蚀检查的具体情况见附录 检查表。 湖北省变电站接地网材料主要是不同尺寸的扁钢、园钢及镀锌扁钢、镀锌园钢。 2.1 地域分布 2.1 地域分布 湖北电网 220kV 变电站接地网腐蚀状态调查在地域上包括了武汉、孝感、襄樊、十堰、 荆州、荆门、宜昌、黄石、鄂州、黄冈、咸宁、随州 12 个供电公司，除山区少土地质外， 主要土壤地质基本都涉及到了，具有广泛的代表性。 2.2 接地网腐蚀状况调查 2.2 接地网腐蚀状况调查 2.2.1 接地网引下线的腐蚀 接地网引下线的腐蚀在各变电站都有不同程度的发生， 腐蚀部位主要集中在地表至地下 100mm 处，其表现形式是接地钢材表面有明显鼓泡状氧化

5、物，氧化物疏松多孔，除掉氧化物湖北省电机工程学会电厂化学专委会 2007 年学术年会论文 湖北省电机工程学会电厂化学专委会 2007 年学术年会论文 2后，接地材料腐蚀减薄或锈断，比较典型的照片如图 1、图 2。 图 1 图 2 图 1 图 2 2.2.2 主地网的腐蚀 调查的 20 个变电站主地网的腐蚀状况各不相同，有的变电站地网腐蚀严重，如咸宁塘 角变（图 4） ，但这种严重的腐蚀所占比例较小，有的变电站地网几十年基本不腐蚀或腐蚀 较少，如荆州袁市变（图 5） ，这样的变电站比例也较小。其它的变电站地网腐蚀情况介于 这两者之间占大部分。 图 4 咸宁塘角变地网 图 5 袁市变地网 图 4

6、咸宁塘角变地网 图 5 袁市变地网 调查的各变电站主地网腐蚀情况见表 1。 表 1 各变电站主地网腐蚀情况简表 表 1 各变电站主地网腐蚀情况简表 变电站名称 运行时间 （年） 主地网尺寸 mm 地网埋深 mm 腐蚀状况 孝感红石坡 16 扁钢 505 650900 一处地网氧化皮下不均匀的腐蚀， 扁钢减 薄较多，另一处腐蚀较轻。 襄樊韩岗 15 扁钢 505 500 主地网未见明显腐蚀。 扁钢下表面个别部 位有局部腐蚀特征。 襄樊顺安 17 扁钢 605 600700 主地网未见明显腐蚀。 扁钢下表面个别部 位有局部腐蚀特征。 襄樊乔营 22 扁钢 405 300 扁钢有一较厚氧化皮， 氧化

7、皮下有明显局 部腐蚀，扁钢边缘呈锯齿状。 十堰龙虎沟 17 扁钢 606 700 扁钢有轻微的局部腐蚀， 主要在扁钢的下 表面，扁钢表面可见镀锌层。 荆门枣山 15 园钢 12 400 腐蚀轻微，园钢直径基本无变化。 荆州袁市 32 园钢 12 700 表面轻微的均匀腐蚀 荆州容城 15 扁钢 405 800 表面均匀基本无腐蚀，可见镀锌层 宜昌猇亭 13 扁钢 505 350 以局部腐蚀为主 湖北省电机工程学会电厂化学专委会 2007 年学术年会论文 湖北省电机工程学会电厂化学专委会 2007 年学术年会论文 3变电站名称 运行时间 （年） 主地网尺寸 mm 地网埋深 mm 腐蚀状况 宜昌枝

8、江 13 扁钢 605 500 有较厚的黑色氧化皮或鼓泡状， 局部腐蚀 较重，氧化皮下坑洼不平。 黄石铁山 16 扁钢 606 650 扁钢表面有一层氧化皮， 氧化皮下为均匀 腐蚀。 黄石石板路 14 扁钢 505 300700 扁钢表面有一层较厚氧化皮， 氧化皮下有 局部腐蚀。 鄂州朗家贩 18 扁钢 405 200 扁钢表面有一层氧化皮，主要是局部腐 蚀，个别点较严重。 黄冈路口 15 扁钢 505 250700 扁钢表面有一层较厚氧化皮， 氧化皮下有 局部腐蚀。 武汉岳府湾 16 扁钢 806 300400 扁钢表面有一层氧化皮，表面基本较好， 个别部位局部腐蚀较重。 武汉关山 3 园钢

9、 12 300 表面有腐蚀， 有一层氧化皮， 呈局部腐蚀， 除掉氧化皮后，整体减薄。 武汉锅顶山 28 扁钢 506 500 钢表面为分布不均匀的红色氧化皮， 呈局 部腐蚀特征。 武汉岱家山 34 扁钢 404 100300 表面有一薄层氧化皮， 里层为黑色， 整体 腐蚀不重， 有个别局部腐蚀点。 另一埋深 100mm 处基本无腐蚀。 咸宁塘角 22 扁钢 404 800 扁钢表面有较厚的氧化皮， 除去氧化皮后 整体减薄， 边缘呈锯齿状， 个别部位穿孔。咸宁茶庵 4 扁钢 606 800 局部出现腐蚀点 在主地网的腐蚀形态中，局部腐蚀占大部分，局部腐蚀的危害性较大，容易在局部腐蚀 穿孔至断裂。

10、而主地网均匀腐蚀也存在，主要出现在特定的土壤状况，如土壤的均匀性和密 实性等。 2.3 接地网腐蚀与土壤的相关性 2.3 接地网腐蚀与土壤的相关性 我们对地网土壤的物理化学性能做出综合分析，以便对地网的腐蚀原因有一个基本了 解，利于对土壤环境因素腐蚀活性的评价。 2.3.1 土壤物理性质及其影响 土壤的物理性质主要是土壤的种类、土壤的透气性、土壤的含水率和土壤电阻率。 土壤的种类主要有：沙性土壤、黏性土壤、沙粘性土壤；从土壤组成来分可分为无机质 土壤和有机质土壤；从盐分组成又可分为碱性土壤和盐类土壤。现场检查的 20 个变电站主 要是沙性土壤、黏性土壤、沙粘性土壤，这种不同性质的土壤将影响到土

11、壤的透气性、土壤 的水分保持，从而影响腐蚀的特征。 （1）土壤透气性 土壤的透气性不同， 会使氧气扩散土壤不同部位的浓度不同， 而产生氧浓度差异充气电 池，产生腐蚀。一般认为钢表面不透气区（点）会成为阳极产生腐蚀，透气区（点）成为阴 极不产生腐蚀。不均匀的透气性，会产生局部腐蚀。密实性的土壤发生均匀性腐蚀可能性更 高一些。土壤的透气性受土壤的质地、结构、结合松紧度和水分的影响，地网土壤的透气性 还受到安装施工中回填土壤的密实性和土壤中石块、草根及建筑垃圾的影响。 （2）土壤含水量 土壤中含水量对腐蚀的影响很大， 土壤中存在的水分对于金属溶解的离子化过程及土壤 电解质的离子化是必需的。 土壤的含

12、水量又是一个容易变化的物理因素。 它不仅依赖于气候湖北省电机工程学会电厂化学专委会 2007 年学术年会论文 湖北省电机工程学会电厂化学专委会 2007 年学术年会论文 4条件的变化，而且还决定于土壤保持水分的能力。土壤的含水量影响着土壤的透气性，影响 土壤中可溶盐的数量及其导电性。 土壤含水量与腐蚀的关系一般认为土壤的腐蚀存在一个临 界含水量，在临界点腐蚀最大；土壤含水量为零时，钢基本不发生腐蚀；含水量为 10%12% 时，腐蚀速度达到最大；含水量为 12%25%时，维持最大腐蚀速度；含水量为 25%40%时 腐蚀速度逐渐减小，含水量超过 40%时，则出现较低的恒定腐蚀速度。 土壤含水量受当

13、地气候条件如日照、降雨量、季节变化的影响较大，在调研中我们取的 是某一天的土样，测定含水量的意义不大，因此没有做定量检测。 地表种草和碳钢在土壤的埋深不但影响着主地网处土壤的含水量， 而且也影响着土壤的 透气性。 从检查情况看， 各变电站土壤物理性质差别较大， 就是同一变电站内土壤也有差异， 土壤的密实性方面差异更大一些。各变电站土壤基本情况见表 2。 表 2 各变电站主地网土壤情况表 表 2 各变电站主地网土壤情况表 变电站名称 地表情况 土壤类型 土壤透气性 孝感红石坡 地表有较好的草坪 土壤上层红色，黏性土壤，较深处为土灰色，沙土层。 土壤较密实，潮湿，见地下水。 襄樊韩岗 地表有较好的

14、草坪 深灰色粘性土壤，引下线附近有较多的小石头。 土壤较密实 襄樊顺安 地表为翻新土，无草坪 黄色粘性土壤，引下线附近有较多的小石头。 土壤较疏松不密实 襄樊乔营 地表种有葱兰草 土壤为黏性带沙土壤 密实性一般 十堰龙虎沟 地表种有草坪 沙石性土壤，粗沙石较多 。 空隙较多 荆门枣山 地表种有草坪 土壤为粘沙性土壤，黏性土壤为致密的泥土块。 土壤较密实，黏土块间有间隙。 荆州袁市 地表种有草坪 土壤为河塘泥沙性土壤，上层为黄灰色、约厚 800mm1000mm，下层为灰色。泥沙细腻、潮湿、致密。 荆州容城 有较好的草坪 土壤为黄色黏性沙土 土壤密实 宜昌猇亭 有较稀疏草坪 土壤中有鹅卵石、粗沙石

15、。 土壤较疏松，空隙较多。 宜昌枝江 地表种有草坪 黄色黏性土壤，土壤中有粗沙石。 密实性一般 黄石铁山 地表草坪较茂密 土壤呈灰黑色，沙性土壤为主。 土壤偏疏松 黄石石板路 地表有草坪 土壤为红色黏性土壤，含有沙石。 土壤较疏松 鄂州朗家贩 土壤表面有草坪 沙性粘土壤，为黄褐色。 土壤较密实 黄冈路口 地表有较好的草坪 土壤上层浅黄色黏性土壤，开挖地网时见水， 下层为黄红色黏性土壤，土壤潮湿。 土壤不密实 武汉岳府湾 地表有稀疏的草 土壤为黄色黏性土壤 土壤较密实 武汉关山 地表有较好的草坪 红黄色沙性粘土壤 土壤较疏松 武汉锅顶山 地表面为草坪，部分老土壤表面周边为水泥地 老地网土壤为黄色

16、粘土； 新地网土壤为回填土，有较多石块，黄色粘土。 土壤较疏松 武汉岱家山 地表为草坪， 黑色沙性土壤，有碎石混杂。 土壤潮湿，土壤渗水率强。咸宁塘角 地表有较好草坪，经常施肥。 土壤为红色黏性土壤，有少量石块。不同部位密实性有差异，密实性一般 （3）土壤电阻率 湖北省电机工程学会电厂化学专委会 2007 年学术年会论文 湖北省电机工程学会电厂化学专委会 2007 年学术年会论文 5土壤电阻率在防腐工程中是判断土壤腐蚀性的基本参数， 土壤电阻率越低， 腐蚀性越强。 土壤电阻率、含盐量与土壤腐蚀性的关系如表 3 所示。 表 3 金属腐蚀程度与土壤电阻率和含盐量的关系 表 3 金属腐蚀程度与土壤电阻率