輸電線路桿塔接地引下線腐蝕問題及對策分析

中國電力工程顧問集團西南電力設計院有限公司 胡全 鄢藝

長期以來，輸電線路接地裝置通常采用扁鋼、圓鋼、鍍鋅鋼、銅、銅覆鋼等金屬材料作為接地主材，然而此類材料存在的主要問題為抗腐蝕性不足。扁鋼、圓鋼的抗腐蝕性差；相對于圓鋼而言，鍍鋅鋼的抗腐蝕性有所加強，但仍存在較為明顯的腐蝕現象；銅、銅覆鋼材料的抗酸性和抗腐蝕性能較差。近年來，柔性石墨接地材料以其較強的抗腐蝕性、良好的降阻性能和耐沖擊性能，以及具有運輸、施工便捷性，而得到廣泛應用。

輸電線路采用柔性石墨材料作為接地主材時，往往與金屬材料存在連接，如石墨材料連接處與金屬固定器件接觸點，以及柔性石墨材料與金屬引下線連接點等。從近年實踐來看，柔性石墨接地材料在發揮其優越性能的同時，與金屬的連接處經常發生嚴重銹蝕，隨著使用時間的不斷增加，會導致連接點電阻增大，甚至電氣連接失效，嚴重威脅電力系統運行安全。

因此，研究柔性石墨接地材料與金屬連接點出現腐蝕現象的形成原因和改進方案，對提高接地裝置安全性具有重要意義。

輸電線路接地用柔性石墨材料的結構及性能優勢

輸電線路用柔性石墨接地材料一般采用高純度鱗片石墨（純度≥95%），通過石墨氧化處理和高溫膨化工藝制作成膨化石墨，并配合一定比例的無機纖維和合成纖維、水乳性粘接劑等材料，經輥壓、熱塑，及絞線成型工藝制備而成。其主要性能優勢體現為：

（1）相對常規接地金屬材料，石墨的化學性質非常穩定。在酸性、堿性、鹽漬土壤環境中耐腐蝕性能均遠遠優于圓鋼、銅覆鋼等傳統金屬接地材料，可降低接地裝置的全壽命周期成本。

（2）柔性石墨接地材料具有良好的導電性能和抗沖擊特性。相關試驗表明，柔性石墨接地體在120千安沖擊電流作用下結構穩定，充分滿足雷電流和線路短路電流的排散要求。柔性石墨復合接地材料具有良好的吸濕保濕能力，電阻率小、磁導率高、趨膚深度小，有效散流面積、耐沖擊性能高于常規接地材料。

（3）柔性石墨接地材料柔韌性好，在實際工程中布置非常方便，安裝方式靈活；同時，柔性石墨接地材料表面與土壤粘合度高，接地體與土壤的接觸電阻更低，更利于電流排散。

輸電線路接地引下線腐蝕成因分析

輸電線路采用柔性石墨復合接地材料后，與金屬連接處的腐蝕主要為縫隙腐蝕和電偶腐蝕。

縫隙腐蝕

柔性石墨接地材料屬于非金屬材料，與接地體金屬部件之間一般采用壓接方式進行連接。由于壓接面存在微小縫隙，為導電性介質的浸入和滯留提供了空間，一旦土壤中的腐蝕性介質浸入，就會形成縫隙腐蝕，加速接觸面金屬的腐蝕。

縫隙腐蝕過程可以看作是先后形成氧濃差電池和閉塞電池的作用過程。

腐蝕初始階段，氧去極化腐蝕在縫隙內外均勻進行，由于接觸縫隙中介質滯留，縫內氧氣消耗后難以得到補充，縫隙內外形成氧濃度差，從而構成氧濃差電池，縫隙內為陽極，縫隙外為陰極。

陽極發生反應為：

陰極發生反應為：

隨著上述反應的發展，縫隙內的氧氣消耗完，縫隙內外表面宏觀上構成閉塞電池，此時接觸面縫內腐蝕反應為：

可見，隨著腐蝕的深入發展，接觸面上氫離子濃度增加，PH值降低，加速金屬腐蝕。并且，如果選用的石墨產品中殘留有硫離子基團，這些基團通過擴散作用向縫內遷移，從而大大加快腐蝕速度。

電偶腐蝕

柔性石墨腐蝕電位遠高于金屬，在導電性電解質的作用下，將形成以金屬為陽極、石墨為陰極的電偶腐蝕。根據金屬腐蝕理論，當柔性石墨材料與金屬在土壤電解質中接觸時，由于實際電位存在差異，便會形成電子流動，形成腐蝕電池，造成圓鋼溶解速度加快，形成接觸面的局部腐蝕。

圓鋼等金屬陽極反應式為：

而石墨在此反應中是一種惰性電極，在反應中起到形成電位差的作用，本身不參與化學反應過程，陰極反應為土壤電解質中的氫離子被還原成氫氣放出。反應中的氫離子一方面來源于土壤中，尤以酸性土壤為最；另一方面，在一定的濕度下，金屬表面會形成水膜，柔性石墨材料中殘存的cl-、so42-、s2-、so2、so3進入水膜中，促使其酸性增強，進而產生更多的氫離子，形成大量的微觀電池，加快金屬腐蝕。

陰極反應式為：

輸電線路接地引下線連接方案改進措施

從本文分析可知，當輸電線路采用柔性石墨作為接地材料時，為減少和防止石墨與金屬連接面的腐蝕，主要方法是減緩和阻止其化學反應進程，主要途徑是對接地體本身連接處和接地體與桿塔引下部分進行優化處理。

接地體本體連接方式優化方案

為了獲得更好的力學性能，使接頭更加牢靠，柔性石墨材料之間進行連接時，往往采用金屬進行壓接固定，這種方式給電化學腐蝕提供了條件。隨著材料科學的不斷發展，現在高強度非金屬螺栓等產品已比較成熟，可將原鍍鋅鋼等以及螺栓固定用金屬材料改為新型高強度非金屬板材和螺栓，從而避免形成柔性石墨材料與金屬材料的接觸，避免腐蝕產生。

接地體與金屬引下線連接方案優化

柔性石墨材料較為柔軟，即使是鎧裝石墨引下線，在受外力拖拽時也易導致與塔腳脫離連接，在受雨水沖刷時也易造成石墨流失，破壞和影響接地效果。因此，以鍍鋅圓鋼等金屬材料作為引下線與石墨接地裝置在土壤中連接，仍是重要的連接方式。

目前，金屬引下線和柔性石墨接地體連接主要有螺栓壓接和楔形壓接。可將石墨纜用鋅皮纏繞2～3圈，然后繼續將石墨纜和鍍鋅鋼纏繞2～3圈，使石墨材料與圓鋼材料之間接觸更加緊密，減少電位差，亦對鍍鋅鋼形成陰極保護。纏繞完成后使用新型高強度非金屬板材和螺栓進行壓接，壓接完成后使用瀝青進行包裹，以限制電化學反應所需條件的形成。

結論

本文對輸電線路采用柔性石墨接地體后石墨與金屬連接點腐蝕問題進行了分析，并提出了相應的改進措施。

（1）輸電線路接地用柔性石墨材料具有較強的抗腐蝕性、良好的降阻性能和耐沖擊性能，以及運輸和施工的便捷性，相對傳統接地材料具有優勢。

（2）本文重點分析出，輸電線路采用柔性石墨接地材料后，與金屬連接點存在電化學腐蝕的成因，主要為縫隙腐蝕和電偶腐蝕。

（3）根據腐蝕原理，結合新型非金屬材料的應用情況，提出當輸電線路采用柔性石墨材料接地時，使用高強度非金屬材料進行石墨材料壓接的改進措施，在柔性石墨與鍍鋅鋼使用非金屬材料壓接后，使用鋅皮纏繞進行均壓和陰極保護，并使用瀝青進行包裹，以限制電化學反應條件的形成。

輸電線路接地引下線。 資料圖