大型電網設施腐蝕源污穢圖信息管理系統研究與開發

郭軍科 于金山 盧立秋 蘇展

（天津市電力公司電力科學研究院 天津 300384）

電網容量和電壓等級隨著國民經濟的快速發展而日益擴展，電力常用金屬材料如銅、鐵、鋁、鋅等，以及電力常見非金屬材料如地埋電纜、高分子聚合物、瓷材、混凝土基礎等，做為電力電源的主要輸變電設施組成部分在城市區域內被廣泛使用。然而在社會經濟和電力事業不斷發展的同時，嚴格的環保制度和排放要求并未能完全阻止社會對資源與能源的過渡利用開發，大量廢水、廢渣、廢氣仍然被排放到水體、地下和空氣等自然環境中去，在給人們健康和生活帶來不便的同時，也對電力設施造成較大的腐蝕危害[1]。因為設備腐蝕所造成的電力安全隱患時刻威脅著電網的安全穩定運行，有數起這樣由于環境因素造成輸變電設施嚴重腐蝕的事例[2]。為了使電力設備安全、經濟、持續發展，必須監測和控制電網主要設備周邊自然環境因素的污染，并通過合理設計、改造或防腐手段來加強電力設施的防腐蝕能力。

1 環境腐蝕影響點分類及匯總

為了建立城區內對主要電力設施產生影響的腐蝕源信息庫，確定環境腐蝕影響點并進行匯總分析，第一步需要通過多種渠道和方式收集大型城區的污染源，全面掌握各類環境重要污染源的數量、行業和地區分布，主要污染物及其排放量、污染源周邊環境情況、污染治理設施運行狀況、污染治理水平等情況；然后從電網輸變電設備地理信息系統中，選擇需要加以重點關注的變電站、地埋地理電纜和輸電線路，按照重要電網設施500m圓徑范圍，利用GPS定位坐標技術，從第一步收集的環境污染源中尋找出對應的腐蝕影響點。

由于電力金屬設備和材料有的裸露于大氣中，有的與土壤或水體直接接觸，它們被腐蝕的原因和機理也不盡相同。經驗表明[3]，銅、鐵、鋁、鋅、錫、鉛等各種金屬部件，與潮濕大氣中的硫化氫、二氧化硫、氨、氮氧化物和粉塵、NaCl海鹽粒子、酸性氯離子等物質中的一部分會發生表面薄層電解液下的化學-電化學腐蝕過程；而埋于地下的鋼筋混凝土、接地引下線、接地主網、電力電纜等則可能受到土壤和水質中的酸堿溶液、硫酸根離子、氯離子、有機溶劑、重金屬、微生物等條件中一種或幾種因素的腐蝕影響[4]，造成材料的損壞和設備的停運，降低供電可靠性。因此根據調查匯總結果，把電網設備環境腐蝕影響點分為電鍍及金屬加工類、油品加工類、污水處理類、染料加工類、化學工業品制造類、造紙印刷類、涂料類、粉塵類、廢棄物和垃圾存放地九種類別，表格模型見表1。

表1 電網設備環境腐蝕影響點匯總表（模型）

2 建立城區腐蝕源污穢圖信息管理系統

大型城區各類重點污染源檔案和各級污染源信息數據庫，主要達到以下目標要求：提供地區的地理背景圖，提供35kV及以上電壓等級的變電站、5kV及以上不同電壓等級的電力電纜、主要輸電線路、桿塔和重要的環境污染源的顯示；能夠提供這些重要污染源不同范圍內土壤、大氣、水質等情況的查詢，查詢污染源點500m范圍內所包含的變電站和其他主要輸變電設施數量；對環境腐蝕影響點進行不同污染類型的污染等級分類；能根據不同的污染源和不同的電力設備制定不同的腐蝕與防護處理措施并給出相關的建議，建立專家診斷分析系統；能根據污源點實際情況（大氣、土壤、水質等情況），合理的選擇相應設計和基礎建設需求并給出相關的建議；能夠根據建站地址統計該建站地址500m范圍內不同污染類型、不同污染等級的污染源數量；能夠根據用戶的需求自定義大氣、土壤、水質的測試項目；能夠根據用戶的需求自定義重要電網設施；能夠提供專業統計報表等。

系統基于GIS技術完成，根據軟件使用者對不同功能的需求，該系統的軟件體系架構采用C/S兩層結構和B/S三層結構相結合的方案。C/S結構實現污源點的編輯和污源點基本信息的維護，供專業人員維護污源點的數據；B/S結構實現電纜腐蝕源污穢圖的管理，用戶是所有擁有相應權限的人員，為數眾多，是系統使用人員的主體。

腐蝕源污穢圖信息管理系統整個系統的框架包含兩部分：污染源維護子系統和web管理子系統，見圖1。

2.1 污染源維護子系統

污染源維護子系統實現污染源和污染源信息的維護工作，主要功能有：（1）地圖功能，如顯示地理背景，包括污染源、電纜、變電站、線路等位置，具有縮放、前后進、漫游等一些常用的圖形操作功能。（2）污染源和污染源土壤、水質、大氣信息的維護和調整。（3）系統維護，包括測試項目增減、項目名稱實驗方法、依據標準和增加、刪除等。

2.2 Web 管理子系統

web管理子系統實現污染源信息的發布、信息統計、污染源信息的高級查詢、分析功能，初始頁面見圖2。主要內容有：（1）污染源信息屬性查詢顯示，有圖形上拉框選中查詢和樹形列表列出兩種方式。（2）污染源信息高級查詢：查詢污染源某個指定范圍內的變電站；查詢變電站某個指定范圍內的污染源。（3）污染源屬性統計：污染源基本情況統計。（4）分析功能：對不同的污染類型、不同的污染等級、不同的電網設施給出防腐處理方案的提示和相關建議。（5對擬建或新建變電站提供技術支持：根據變電站建站地址某個范圍內不同污染等級污染源的數量，提示建站需要進一步采用的試驗方法和其它建議。（6）系統維護和權限管理。

圖1 腐蝕源污穢圖信息管理系統框架圖

圖2 信息管理系統Web管理子系統

3 城區腐蝕源污穢圖信息管理系統的作用

腐蝕源污穢圖信息管理系統通過對大型城市城區進行有效污染點區域情況分析，對電力設施周圍環境因素的檢測分析功能，依據腐蝕源對不同電網材料的腐蝕影響，提出對策措施制定出合理方案，其最重要的作用體現在基建工程方面。在相關的行業標準中，也明確對變電站選址腐蝕源問題提出要求。如DL5056《變電站總布置設計技術規程》指出[5]：“針對所址附近有污染源的變電所進行總體規劃應遵循的原則：對于不同性質的污染源對變電所的影響程度和應保持的距離要求，在選擇所址時應予考慮與確定，在進行總體規劃時，只能根據污染源性質和風向，盡量避開其不利影響，減輕對所區環境的污染。”在DL5170《變電所巖土工程勘測技術規程》中提到[6]：“所址不宜設在大氣嚴重污穢地區和嚴重鹽霧地區，必要時，應采取防污染措施。對所址土壤及地下水的腐蝕檢測。”

腐蝕源污穢圖信息管理系統能夠根據擬建站的地址查詢分析待建站地址范圍內不同污染類型、不同污染等級的污染源信息，防止新建變電站的誤選址，為擬建變電站和線路走向提供翔實數據，為設備材料選型和系統設計提供參考，在電力設施基建工作開展前做出對策方案，可以防止投運后貴重設備因腐蝕問題、防腐措施不當造成非計劃停運和經濟損失。

4 結語

4.1 環境腐蝕數據采集，獲得原始性數據，通過數據評價，數據處理和綜合分析，獲得不同自然環境中的腐蝕規律，建立數據庫及其應用系統，實現材料腐蝕數據共享，為輸變電工程提供材料環境腐蝕數據服務。

4.2 環境腐蝕源污穢圖信息管理系統，以外部環境因素對電網主要設施產生腐蝕影響的角度出發，能實現從前期設計、基建施工、驗收投產到穩定運行的全過程監督檢測和評估。

4.3 大量環境腐蝕數據的積累，為合理選材和腐蝕行為預測提供依據。

[1]葉堤,趙大為,李娟,等.大氣污染對碳鋼的腐蝕影響研究[J].重慶建筑大學學報，2005,27（1）:80-83.

[2]李興,郭軍科.35kV室內變電站銅材腐蝕的原因分析與對策[J].腐蝕與防護.2004,24（3）:78-83.

[3]天華化工機械及自動化研究設計院.腐蝕與防護手冊（第二版腐蝕理論、試驗及監測）[M].北京:化學工業出版社,2009.

[4]孫秋霞,材料腐蝕與防護[M].北京:冶金工業出版社,2001.

[5]DL/T5056-2007變電站總布置設計技術規程.

[6]DL/T5170-2002變電所巖土工程勘測技術規程.