接地網防蝕金屬材料性能試驗研究

摘 要：電力系統中，變電站的接地網運行狀況直接影響到變電站的安全穩定，而在接地網中，金屬材料的選擇和使用就非常重要，一定要選擇性能優良具有極高穩定性的金屬材料，以保證電力系統的安全穩定運行。經過相關的性能試驗研究，表明金屬材料CL2在耐蝕性方面要比普通的碳鋼高很多，有效地延長了接地網的使用壽命。

關鍵詞：接地網；耐蝕金屬材料；電化學測試

中圖分類號：U668.2 文獻標識碼：A

1 概述

隨著經濟建設的發展，我國的各個行業都得到了快速的進步，在市場經濟快速發展的同時，對于電力的需求就有所提高，那么對于電力的供應質量就要給予更高的重視。在變電站運行期間，為了保護變電的安全穩定運行，一般都會采取接地網的有效措施，那么在接地網中，對于接地材料的選擇和使用需要性能良好的金屬材料以保證變電的安全運行。經過實際的試驗證明發現，在接地網埋地試驗中，將普通的碳鋼材料埋入地下，在經過兩年的時間后材料出現了嚴重的腐蝕現象，非常不利于接地網功能的發揮。

腐蝕是導致接地體事故擴大的一個主要原因。因為對于運行多年的接地網而言，由于腐蝕性土壤環境中的電化學腐蝕以及電網設備等運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，不能滿足熱穩定性的要求，因而電路電流將會燒壞接地網，使得變電站內出現高電位差，造成其它主設備的毀壞事故，還會危及人身安全。由于接地網埋設在地下，一旦腐蝕嚴重到使接地網的接地電阻不合格，甚至局部斷裂時，接地網的翻修改造是相當費勁和困難的，費用也是巨大的。因此防止接地網腐蝕，保證接地性能的穩定性，延長接地網的使用壽命，是電力系統安全經濟生產所迫切需要解決的課題。

2 試驗情況

由于接地網土壤腐蝕是一個緩慢過程，因此為了能快速優選出所需的材料，在實驗室里進行了電化學測試，試驗測試方法包括極化曲線、交流阻抗和動電位掃描。

2.1 極化曲線測試

2.1.1 試驗條件

試驗采用三電極體系，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1cm3的小塊，留出一表面作為研究面，其余表面用環氧樹脂密封；參比電極為飽和甘汞電極，通過魯金毛細管插入電解池；輔助陽極為鉑電極。試驗介質為土壤水土比為5：1的浸出液。試驗所用儀器為TD 3690型恒電位儀，HD-1A型信號發生器及3086-1AX-Y型記錄儀。

試驗時，起掃電位的選擇是陽極極化時起掃電位比自腐蝕電位低100mV，陰極極化時起掃電位比自腐蝕電位高100mV。每次掃描的速度為2mV/s。

2.1.2 試驗數據處理

采用BETACRUNCH（VERSION）程序進行計算。

2.2 交流阻抗測試

2.2.1 試驗條件

試驗采用三電極體系，介質為水土比為5：1的土壤浸出液和水土比為2：1的泥漿，試驗使用的儀器為EGG公司的交流阻抗測試儀，包括鎖相放大器，M283恒電位儀。計算機3個硬件部分通過GPIB總線連接起來。軟件為M398阻抗數據專用測量軟件。

2.2.2 數據處理

以頻率最低處的阻抗值（|Z|0.05）來表征材料在介質中的耐蝕性能。|Z|0.05越高，說明材料的耐蝕性能越好，反之亦然。

2.3 電解測試

電解時試驗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極連接，電解所用介質為變電站土壤的水土比為2：1的泥漿，電解時間3h，電解電流為64.0mA，槽壓為150V。

3 試驗結果和討論

3.1 極化曲線測試

極化曲線測試試驗的結果可見，在這些土壤介質中，材料CL1、CL2的腐蝕速率較其它材料低，其耐蝕性能較好。

3.2 交流阻抗測試

試驗結果可見，材料CL1、CL2的阻抗值明顯高于其它材料，比普通碳鋼高出2個數量級。材料CL4、CL5的耐蝕性能與普通碳鋼差不多，甚至有時還不如普通碳鋼。

3.3 電解測試

經過電解測試后，可以從結果看到，鍍鋅鋼的耐蝕性能要較CL1和CL2差很多，后兩種金屬材料在耐蝕性上要比普通的碳鋼高出很多。在經過電解試驗后，鍍鋅鋼的表層發生了剝離現象，從而就會加速里層材料的腐蝕速度，而在其他兩種材料的表面卻沒有這種現象發生。

3.4 現場埋置試驗

不同材料制作的試片在變電站現場土壤中埋置624天后挖出，經過表面處理后測定材料的腐蝕速率，結果可見，材料CL1和CL2的腐蝕速率較碳鋼及鍍鋅鋼要小得多。

同種材料，當與接地網連接時其腐蝕速率高于接地網不連接時的腐蝕速率，原因是與接地網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泄流時的電流電解腐蝕。

在變電站土壤現場埋置試驗過程中發現，與接地網連接的鍍鋅鋼材料在不到1年時間其表面鍍鋅層就已經被電解腐蝕掉，而未與接地網連接的鍍鋅鋼材料其表面鍍鋅層卻完好。從現場埋置材料試片測定的腐蝕速率結果也可以看出，鍍鋅鋼用作接地網材料時其耐蝕性能較普通碳鋼沒有多大提高，因此用鍍鋅鋼材料來延長接地網使用壽命意義不大。

4 結論

4.1 一般情況下，在土壤的腐蝕性比較嚴重的地區，會優先考慮鍍鋅鋼的使用，因為鍍鋅鋼外層的鋅在腐蝕電位方面要比普通的碳鋼要低，所以說在腐蝕的順序上，首先是鍍在外面的鋅層發生反應，然后是里邊的材料，有效延長了鍍鋅鋼的使用壽命。但是這種方法是在鍍鋅鋼不接觸電流的情況下，而在接地網材料中是會有接地電流通過的，那么在電流的作用下，就會加速鋅的電解而被腐蝕，所以說將鍍鋅鋼應用到接地網的材料中對于延長壽命來講并沒有起到多大的作用。

4.2 經過一系列的化學實驗是物理實驗，對于材料CL2的耐蝕性進行了分析研究，結果發現無論是在土壤浸出液還是在泥漿中，其耐蝕性都要比普通的碳鋼高出很多，證明其耐蝕性較強。

4.3 經過了上述的論斷后，得知材料CL2的耐蝕性能較強，比較適合應用到變電站的接地網中，適合做接地網材料。并且在材料的成本因素和安全性等方面它都是比較合適的材料，對于變電站的安全穩定運行有極大的保障，所以應該將這種材料廣泛的推廣應用到接地網中。

參考文獻

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