220 kV變電站選址環(huán)境檢測及腐蝕試驗分析

郭軍科，宋 卓，盧立秋，林 琳

(天津市電力科學(xué)研究院，天津 300384)

某供電公司所屬待建的220 kV變電站位于城市的城郊結(jié)合部，新站選址北面和西面分別有一條河溝，兩條河溝交匯于選址西北方向100 m附近，選址南部300 m處有一個電鍍廠，電鍍廠處理后的廢水排入河溝，造成了新站選址周邊水域污染；同時在新站選址東部400 m處有一生活污水泵站，泵站主要功能是把當(dāng)?shù)馗浇S和居民區(qū)的生活廢水輸送到污水處理廠。通過多次實地勘察、調(diào)查和分析，發(fā)現(xiàn)待建變電站選址周邊水體水質(zhì)發(fā)黑，同時據(jù)泵站運行控制人員介紹，在中繼泵開啟或天氣炎熱的時候，泵房周邊大氣中有明顯的異味。由于曾經(jīng)發(fā)生過室內(nèi)變電站受周邊污水處理廠嚴(yán)重影響的事例[1]，為評價電鍍廠排放污水和泵站揮發(fā)性氣體對待建變電站金屬構(gòu)件和地埋件造成的腐蝕程度，避免變電站建成投運后設(shè)備具有安全運行隱患和造成巨額投資浪費，因此對新站選址所處環(huán)境進行了試驗檢測并判斷其腐蝕影響。

1 環(huán)境檢測

試驗檢測的主要內(nèi)容為：對新站選址地進行多點多次空氣采樣，進行硫化氫、氨氣和二氧化硫氣體檢測分析；在合適位置采集土壤進行檢測分析，分析土壤中的有害組分含量和揮發(fā)可能性；對附近的地表水和地下水進行檢測，分析其造成腐蝕影響的物質(zhì)；將檢測數(shù)據(jù)與相關(guān)國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進行比較。制作腐蝕指示片，處理、稱量后埋在相應(yīng)位置土壤中和懸掛在空氣中進行環(huán)境腐蝕情況檢測評估。

試驗檢測的依據(jù)主要有：GB 50021《巖土工程勘察規(guī)范》、GB 15262《環(huán)境空氣二氧化硫的測定甲醛吸收-副玫瑰苯胺分光光度法》、GB/T 14678《空氣質(zhì)量硫化氫、甲硫醇、甲硫醚和二甲二硫的測定 氣相色譜法》、GB/T 14679《空氣質(zhì)量氨的測定次氯酸鈉-水楊酸分光光度法》、GB/T 15618《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》和GB 11889-GB 11915《水質(zhì)》系列標(biāo)準(zhǔn)。

1.1 大氣檢測及分析

不同時間在新站選址地面1 m處進行3次大氣檢測，數(shù)據(jù)見表1，選取某空曠農(nóng)田變電站大氣作為參比，數(shù)據(jù)見表2。氣體污染物濃度由對應(yīng)液體藥劑吸收后根據(jù)相應(yīng)試驗方法測得。為減少測量數(shù)據(jù)的偏差，每次檢測選4個采樣點，每個點進行2次平行測量，試驗所得數(shù)據(jù)之和除以8得到以下各數(shù)據(jù)。

由表1可以看出，一定風(fēng)向條件下新站選址處于生活污水泵房下風(fēng)口，天氣炎熱時，大氣中的污染物氣體的質(zhì)量濃度要高于其他氣象條件時。從表1和表2進行對比也可以看出，表1大氣中的H2S、SO2的質(zhì)量濃度均明顯高于表2中某空曠農(nóng)田處變電站大氣對應(yīng)值的質(zhì)量濃度。除NH3外，H2S的質(zhì)量濃度高于GB 14554《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的環(huán)境污染物三級控制標(biāo)準(zhǔn)值，大氣中的SO2明顯超出GB 3095《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的二級日平均標(biāo)準(zhǔn)值3～4倍，并且超過了三級日平均標(biāo)準(zhǔn)值。

表1 新站待建地址大氣測量數(shù)據(jù) mg/m3

表2 某空曠農(nóng)田處變電站大氣測量數(shù)據(jù) mg/m3

經(jīng)驗表明[2]，大氣組分中的SO2和H2S氣體除了會對鐵、鋁、鉛等金屬造成腐蝕外，對銅的腐蝕尤為嚴(yán)重。原選址大氣中的含硫化合物明顯偏高，將與變電站金屬物質(zhì)發(fā)生化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)。銅材料與SO2、SO3或H2S作用形成黑色附著物或淺綠色斑塊，鐵材料表面發(fā)暗，鋁材料表面也變得疏松多孔，鉛將會有很高的腐蝕速率。在待建變電站中，除有外護層保護的材料不容易受到腐蝕外，斷路器、接地開關(guān)、接地銅排、繼電器連接線等金屬裸露部位，均會受到大氣環(huán)境的明顯影響。

1.2 土壤檢測及分析

取100 g現(xiàn)場土壤樣品(地下90 cm)，放入500 g除鹽水(電導(dǎo)率<0.3 μS/cm)中，充分?jǐn)嚢?0 min，靜置沉降2 h，取其上層清液(過濾后)進行水質(zhì)項目測試。土壤樣品測試結(jié)果見表3。

表3 土壤樣品測試結(jié)果

取地下90 cm處土壤樣品，自然風(fēng)干，研碎，用堿溶解后測定其中金屬離子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，見表4。

表4 土壤中重金屬離子的質(zhì)量分?jǐn)?shù) mg/kg

從表3、表4中可以看出，新站選址處土壤含鹽量明顯高于市區(qū)變電站(參比站1)、大幅小于臨海變電站(參比站2)，但受環(huán)境影響，硫化物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)要高于其他2座變電站，且含有大量重金屬污染物，其中汞和鉛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過了GB/T 15168中土壤環(huán)境二級標(biāo)準(zhǔn)值，總鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過三級標(biāo)準(zhǔn)值要求。

因此，原選址土壤環(huán)境中含有較多的硫酸根、氯根、硫化物以及其它重金屬離子，將對接地網(wǎng)、鋼筋、地埋電纜等地下材料具有很強的腐蝕性。

1.3 水質(zhì)檢測及分析

從水源的外狀來看，選址處地表水為渾黑色，味腥臭，地下水過濾后較清澈透明。取選址土壤地下水(地表面下120 cm處)，經(jīng)過濾紙過濾，將附近地表水與土壤地下水按照1∶1進行混合，對混合水樣進行檢測對比(參比水樣為該地區(qū)的正常地下水水質(zhì))，試驗數(shù)據(jù)見表5。

表5 水質(zhì)檢測結(jié)果

從表5分析檢測數(shù)據(jù)來看，地表水和地下水按照1∶1混合后，與本城郊結(jié)合部地域的地下水水質(zhì)相比較，具有較高的電導(dǎo)率，較高的硫酸根離子和氯離子密度，特別是水中NH3-N密度很高，表明該污水具有豐富有機物。因此，原選址水環(huán)境中含有的硫酸根、硫化物和富有機物成分，將對鋼筋混凝土基礎(chǔ)、瀝青覆蓋層、高分子聚合物等地下材料，以及金屬塔基等近地表面材料將有明顯的腐蝕影響。

2 腐蝕試驗

2.1 地埋腐蝕片

2.1.1 試驗條件

為評價選址地土壤和水土混合物對金屬材質(zhì)的腐蝕作用，采用經(jīng)典的質(zhì)量損失方法進行地埋腐蝕指示試驗。

埋樣周期：90天；埋樣腐蝕片材質(zhì)：黃銅、紫銅、鑄鐵、A3鋼；埋樣地點：共6個點(遺失1處)；埋樣深度：地面下50 cm。

2.1.2 試驗過程

制作不同材質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)腐蝕指示片，確保金屬表面光潔度；挖土埋下后記錄好時間；埋置周期到達(dá)后取出試片；腐蝕指示片的處理：用清水沖洗干凈后，用8%硫酸+0.4%緩蝕劑的熱酸洗溶液進行清洗；用無水酒精干燥處理后稱重。同時進行空白試驗。

2.1.3 試驗結(jié)果(見表6)

表6 地埋腐蝕掛片的質(zhì)量減輕情況

表6中地埋指示片數(shù)據(jù)表明，碳鋼腐蝕速率在“小(<0.05 mm/a)、中(0.05～0.2 mm/a)、大(0.2～1 mm/a)、很大(>1 mm/a)”4個等級分類中，屬于腐蝕性“大”這一等級，銅質(zhì)材料腐蝕同樣明顯。

2.1.4 試驗分析

通過對比新址選址和某辦公地(作為自然環(huán)境空白對比值)的指示片腐蝕質(zhì)量減少情況來看，由于新址選址土壤中具有較高氯離子和硫離子含量，待建變電站的地埋腐蝕掛片中銅材和A3鋼腐蝕速率大大高于自然環(huán)境。

2.2 懸掛腐蝕片

2.2.1 試驗條件

腐蝕片材質(zhì)選用紫銅和A3鋼，表面光潔度同地埋腐蝕片。

2.2.2 試驗過程

除地埋腐蝕片外，在待建站選址處附近的鐵塔上2處位置懸掛指示片，材質(zhì)為黃銅(表面積90 cm2)和碳鋼(表面積28 cm2)，懸掛前指示片表面光潔無任何附著物，在空氣中懸掛1個月后取回。

2.2.3 試驗結(jié)果及分析

指示片表面外觀有明顯變化，銅材表面變?yōu)樗{(lán)黑色，碳鋼表面銹蝕。對銅材表面的腐蝕產(chǎn)物進行元素分析檢測，結(jié)果見表7。

表7 銅材表面腐蝕產(chǎn)物的原子組成比例 %

表7數(shù)據(jù)表明，表面腐蝕物的主要原子有銅、硫、碳、氧、氮，因此銅材表面腐蝕基本組成為Cu2(OH)2CO3、CuS、Cu2S和銅氨絡(luò)離子，從銅材掛片表面顏色為深藍(lán)偏黑色也驗證了這一點。

3 結(jié)論及建議

通過待建變電站原選址地的大氣、土壤、水體等因素的分析檢測，以及采用腐蝕地埋片和大氣掛片等手段，對變電站選址環(huán)境進行了環(huán)境檢測和試驗分析，評價了環(huán)境對金屬材料的腐蝕影響。與參照對象進行對比并參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程后，認(rèn)為該選址環(huán)境條件惡劣，將對變電站高壓輸電線、輸電線鐵塔及鍍鋅層、變電站接地網(wǎng)系統(tǒng)、變電站金屬外表面和接頭等都具有顯著的腐蝕傾向，不能保證變電站的安全穩(wěn)定運行，故該變電站在距原選址地2 km異地而建。

新建變電站應(yīng)考慮環(huán)境因素對變電站設(shè)備的腐蝕情況，在選址時應(yīng)注意：引起電力設(shè)施腐蝕問題的因素不僅跟電力設(shè)施直接接觸的介質(zhì)有關(guān)，而且與設(shè)施的周邊環(huán)境因素(如大氣環(huán)境、氣候條件、水體及土壤)有密切關(guān)系。因此，開展環(huán)境土壤、水質(zhì)和大氣等可能造成電力設(shè)備(包括設(shè)備設(shè)施的金屬和非金屬構(gòu)件)發(fā)生腐蝕的各種因素的檢測評價工作，對待建及運行變電站有重要意義。

參考文獻：

[1] 李 興，郭軍科.35 kV室內(nèi)變電站銅材腐蝕的原因分析與對策[J].腐蝕與防護.2004,25(3)：133-134.

[2] 天華化工機械及自動化研究設(shè)計院.腐蝕與防護手冊：腐蝕理論、試驗及監(jiān)測[M].2版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009.