輸電線路桿塔接地裝置腐蝕程度診斷研究-第1篇

輸電線路桿塔接地裝置腐蝕程度診斷研究

Summary：伴隨人們生活水平的提升電力已然成為人們生活的重要資源，各類用電設(shè)備的增加使得供電企業(yè)的發(fā)展壓力加大。輸電線路桿塔的接地裝置是輸電線路的重要組成部分，其安全運(yùn)行直接影響到電力系統(tǒng)的可靠性，對輸電線路的安全運(yùn)行有著重要的意義。Keys：輸電線路；桿塔接地裝置；腐蝕程度；診斷引言電力行業(yè)對于我國社會(huì)發(fā)展和市場穩(wěn)定進(jìn)步有十分重要的作用，電力接地是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要保證，不僅可以降低電氣設(shè)備絕緣水平、保護(hù)接地、防止靜電干擾、檢測接地故障、防止電磁干擾，還可安全地進(jìn)行電力系統(tǒng)中功能接地、等電位鏈接、作用接地等。但因?yàn)槲覈娏拥匮b置一般都安裝在地底和空中，常暴露于土壤或大氣環(huán)境中，容易遭到大氣與土壤中的電化學(xué)腐蝕，影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。1導(dǎo)體的材料所受影響接變電站接地網(wǎng)的導(dǎo)體遭受銹蝕損壞，主要是因長年間材料和其接觸的土壤進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)以及電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的，與接變電網(wǎng)本身的材料的物理化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，而碳鋼接受的腐蝕是接變電站受腐的主要原因。接變電站接受到的腐蝕很大程度是其材料本身的理化性質(zhì)組成的結(jié)構(gòu)決定的，并不是碳鋼本身。通常接變電站被腐蝕位置最嚴(yán)重的部分是在接變電站接地網(wǎng)焊接處。研究后發(fā)現(xiàn)，材料中的雜質(zhì)易于使土壤銹蝕導(dǎo)體。并且導(dǎo)體材料碳素235類似的鍍鋅材料也會(huì)首先受到侵蝕。有文獻(xiàn)提到的接變電站接地網(wǎng)耐腐蝕材料是合金鋼且合金鋼是碳素結(jié)構(gòu)Q235抗腐蝕能力的數(shù)倍，但經(jīng)試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，接變電站接地網(wǎng)所使用的材料鍍鋅鋼在1年內(nèi)其鍍鋅層會(huì)被腐蝕。2輸電線路桿塔接地裝置腐蝕程度診斷2.1腐蝕接地極的接地電阻計(jì)算由于桿塔接地極主要依靠導(dǎo)體的外表面向大地流散，因此當(dāng)電流通過接地引下線到達(dá)腐蝕的水平接地極時(shí)，主要通過接地極的徑向進(jìn)行散流：首先在金屬導(dǎo)體內(nèi)部軸向流通，到達(dá)接地極的各部位，再由金屬表面流向腐蝕產(chǎn)物層，最后由腐蝕層向大地泄露。基于搭建的腐蝕接地極的結(jié)構(gòu)模型，腐蝕接地極的電流溢散示意圖。選取并放大腐蝕接地極的某一小段，流入該段的軸向電流為，流出為。從該段接地極金屬部分表面流散出去的電流為，該電流也是從金屬表面流入該段腐蝕接地極所覆蓋腐蝕層的電流，之后沿著腐蝕層空心圓環(huán)柱的徑向流通，到達(dá)腐蝕層外表面并向土壤流散。在散流過程中若將接地極金屬看作是源，腐蝕層與土壤在電路上呈串聯(lián)關(guān)系。因此，腐蝕接地極的接地電阻可被拆分為兩部分：一部分是土壤中散流時(shí)產(chǎn)生的散流電阻部分，電阻值為R1；另一部分為附著于接地極表面的腐蝕產(chǎn)物電阻部分，電阻值為R2。0d為接地極初始直徑，cd為接地極腐蝕后剩余金屬部分的有效直徑，本論文提出腐蝕系數(shù)來表達(dá)腐蝕程度，表達(dá)式為有效直徑與初始直徑的比值，如式：（1）（1）R2是以腐蝕產(chǎn)物為介質(zhì)的空心圓環(huán)柱沿徑向方向的電阻，通過徑向積分得到其計(jì)算公式如式(2)，式中，r0為接地極的初始半徑，rc為接地極發(fā)生腐蝕后金屬部分的有效半徑，corr為腐蝕產(chǎn)物電阻率，L是接地極總長度。（2）由于腐蝕產(chǎn)物占據(jù)了一部分土壤散流空間，因此散流電阻R1需在直徑為cd的接地極接地電阻的基礎(chǔ)上，減去一個(gè)以土壤為介質(zhì)的空心圓環(huán)柱電阻。散流電阻R1的計(jì)算公式如式(3)：（3）因此，腐蝕接地極的接地電阻計(jì)算方法如式（4）（4）由式(4)可以看出，腐蝕接地極的金屬直徑雖然減小，但土壤散流空間同時(shí)減小，土壤中的散流電阻部分并沒有發(fā)生改變。接地電阻的增大是由于電阻率較高的腐蝕產(chǎn)物附著于接地導(dǎo)體表面，阻礙了電流溢散過程。實(shí)際上，根據(jù)平均電位法計(jì)算接地電阻值的原理可知，當(dāng)電流通過接地極向土壤中進(jìn)行流散時(shí)，接地極被當(dāng)作等勢體，其電位為接地極表面的電位。因此土壤中散流電阻的大小與接地極材質(zhì)無關(guān)，只與接地極的尺寸大小、埋設(shè)深度以及環(huán)境土壤電阻率有關(guān)。腐蝕發(fā)生后，腐蝕接地極的整體電位變成了腐蝕產(chǎn)物層外表面的電位。若腐蝕接地極整體直徑未改變，腐蝕后流入土壤的電流實(shí)際上還是從腐蝕前的原位置流入，只是該位置由“金屬/土壤界面”變成了“腐蝕產(chǎn)物/土壤界面”。這也就從另一角度解釋了土壤散流電阻部分R1在發(fā)生腐蝕后并未改變的原因。2.2桿塔接地導(dǎo)體模型仿真在AnsoftMaxwell軟件中建立一種典型的桿塔接地裝置仿真模型，給予載以電流I的線電流源向接地引下線注入電流，接收線圈拾取接地導(dǎo)體的磁感應(yīng)信號，設(shè)置接收線圈半徑0.25m。采用一個(gè)邊長100m的大正方體模擬均勻半空間，設(shè)置土壤電阻率ρ=50Ωm，桿塔接地裝置處在土壤模型上表面以下0.8m。選擇探測范圍，設(shè)定測線和測點(diǎn)間距。仿真結(jié)束，記錄測點(diǎn)位置磁感應(yīng)強(qiáng)度數(shù)據(jù)，利用成圖工具繪制磁場強(qiáng)度等值線圖，其中紅色的圓點(diǎn)代表測點(diǎn)位置。通過分析磁感應(yīng)場值圖上的場值等值線差異情況進(jìn)行桿塔接地裝置的接地導(dǎo)體位置判斷。在桿塔接地裝置模型中，在輻射接地導(dǎo)體的區(qū)域，垂直橫跨接地導(dǎo)體設(shè)置了一條測線，測點(diǎn)包含測點(diǎn)9個(gè)，測點(diǎn)間的距離為1米。在經(jīng)過接地導(dǎo)體的正上方的測點(diǎn)表現(xiàn)的場值最大，這個(gè)特征表現(xiàn)和形成田字網(wǎng)狀的區(qū)域所表現(xiàn)的磁感應(yīng)特征相反。田字網(wǎng)狀區(qū)域接地導(dǎo)體上方磁感應(yīng)場值為最小，而輻射接地導(dǎo)體上方的磁感應(yīng)場值為最大。這是因?yàn)樵谔镒志W(wǎng)狀區(qū)域，桿塔接地導(dǎo)體形成了閉合回路，形成渦流，接收信號在網(wǎng)孔中心處附近為最大。而輻射接地導(dǎo)體中通過的電流散流到周圍土壤中，所以桿塔接地導(dǎo)體正上方的磁感應(yīng)信號比周圍要大。2.3引射線配合垂直接地極使用多根垂直接地極時(shí)，由于各垂直接地極兩兩平行，其相互之間的屏蔽效應(yīng)往往較大，為了對垂直接地極進(jìn)行有效利用，將四根垂直接地極首先布置于射線和框體的連接處，然后依次沿著射線方向等距向外布置，隨著垂直接地極布置位置的外移，沖擊接地電阻整體趨于下降，即當(dāng)垂直接地極布置在外引射線末端時(shí)，接地裝置整體降阻效果最優(yōu)。對此規(guī)律進(jìn)一步探究，保持接地材料總長度不變，分別在外引射線末端和射線框體連接處同時(shí)施加垂直接地極，并在外引射線末端和射線中部同時(shí)施加垂直接地極，垂直接地極長度變化時(shí)的接地電阻，垂直接地極總長度恒定時(shí)，只在四條射線末端布置四條垂直接地極有最好的降阻優(yōu)化效果。對不同雷電流幅值及土壤電阻率進(jìn)行仿真探究，所得規(guī)律與本結(jié)論一致。3接地材料的雜散電流腐蝕與防護(hù)（1）采用殺菌劑或抑制劑;改善環(huán)境條件，控制細(xì)菌的生長，如切斷硫化物礦石中硫的來源阻止流桿菌產(chǎn)生硫酸;使用表面涂層，并根據(jù)實(shí)際情況決定采用單一涂層還是混合涂層，采用有機(jī)涂層還是金屬鍍層;實(shí)施陰極保護(hù)，可使被保護(hù)材料周圍成為一個(gè)高pH值區(qū)，達(dá)到抑制細(xì)菌活動(dòng)的目的。（2）長時(shí)間直流電流通過接地極注入大地，導(dǎo)致極址土壤發(fā)熱，引起材料腐蝕，威脅直流輸電工程的運(yùn)行安全和可靠性。抑制直流接地極入地電流對金屬管道的影響，一方面可以增大直流接極地與管道之間的防護(hù)距離，另一方面盡可能地減少單極大地回線運(yùn)行的次數(shù)和時(shí)間。為減少直流電流對桿塔接地體的腐蝕影響，一方面可增加桿塔接地體本身抗直流電流腐蝕的能力，另一方面可以減小流過桿塔接地體的電流。結(jié)語該方法應(yīng)用于輸電線路桿塔接地裝置的地下導(dǎo)體腐蝕診斷領(lǐng)域，可以為非開挖和不停電的接地導(dǎo)體傷病診斷提供了參考依據(jù)，降低了診斷過程的經(jīng)濟(jì)損失;此外