電網(wǎng)金屬設(shè)備大氣及土壤腐蝕地圖繪制

劉 俊，陳 浩，喬 欣，郭心愛，史賢達(dá)

（1.內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010020；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)高電壓與絕緣技術(shù)企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，內(nèi)蒙古呼和浩特 010020）

0 引言

電網(wǎng)設(shè)備的大氣和土壤腐蝕問題是影響其使用壽命及導(dǎo)致設(shè)備和結(jié)構(gòu)失效的重要原因之一。內(nèi)蒙古電網(wǎng)工程覆蓋區(qū)域廣闊，所處的自然環(huán)境復(fù)雜多樣，造成不同地區(qū)的環(huán)境腐蝕性不同，導(dǎo)致材料腐蝕程度及使用壽命差別很大。目前，電網(wǎng)設(shè)備前期材料選型及防腐設(shè)計(jì)的缺失、防腐手段的單一，導(dǎo)致蒙西電網(wǎng)設(shè)備，如桿塔、導(dǎo)線、地線、金具和接地網(wǎng)等，在一些地區(qū)自然環(huán)境下長期運(yùn)行時(shí)腐蝕問題嚴(yán)重，大量電網(wǎng)設(shè)備壽命不能滿足設(shè)計(jì)要求，后期運(yùn)維成本增加，由環(huán)境腐蝕引起的電網(wǎng)設(shè)備材料失效事故呈逐年上升趨勢，造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失。

為解決自治區(qū)電力設(shè)備服役環(huán)境腐蝕差異性較大且腐蝕治理手段單一、缺乏針對性等一系列問題，在蒙西范圍內(nèi)選取具有代表性的區(qū)域作為測試點(diǎn)，開展內(nèi)蒙古電網(wǎng)設(shè)備常用金屬及其防護(hù)材料實(shí)際環(huán)境的大氣標(biāo)準(zhǔn)曝曬試驗(yàn)及土壤環(huán)境埋樣試驗(yàn)研究，獲得典型材料不同大氣和土壤環(huán)境下的腐蝕速率，建立了涵蓋蒙西地區(qū)全部8 個(gè)盟市的腐蝕數(shù)據(jù)庫，繪制了蒙西電網(wǎng)設(shè)備材料環(huán)境腐蝕分布圖，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)蒙各地區(qū)腐蝕環(huán)境的分類分級，明確特定區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)設(shè)備材料腐蝕防護(hù)的具體要求。

1 腐蝕數(shù)據(jù)收集

結(jié)合蒙西地區(qū)電網(wǎng)線路的地域分布特點(diǎn)及電力工程材料腐蝕現(xiàn)狀調(diào)研結(jié)果，確定內(nèi)蒙地區(qū)電網(wǎng)設(shè)備的腐蝕關(guān)鍵影響因素，并統(tǒng)一大氣及土壤腐蝕環(huán)境數(shù)據(jù)測量和收集方法。在蒙西地區(qū)內(nèi)選取多個(gè)變電站作為測試點(diǎn)，分別開展熱鍍鋅鋼、碳鋼、冷鍍鋅鋼、鉻鎳不銹鋼、鉻錳及鋁合金材料在實(shí)際環(huán)境下的大氣標(biāo)準(zhǔn)暴曬試驗(yàn)，碳鋼、熱鍍鋅鋼及銅覆鋼材料土壤環(huán)境下埋樣試驗(yàn)，獲得典型材料不同大氣和土壤環(huán)境下的腐蝕速率。同時(shí)在部分地區(qū)設(shè)置大氣環(huán)境氯離子沉降速率測量裝置，以獲取大氣環(huán)境中氯離子沉降數(shù)據(jù)。綜合考慮國家腐蝕平臺(tái)、國家氣象局及中國環(huán)境監(jiān)測總站的相關(guān)數(shù)據(jù)，重點(diǎn)收集溫度、濕度、硫化物、氯化物等大氣環(huán)境及含水率、酸堿度、電導(dǎo)率、含鹽量等土壤環(huán)境的腐蝕關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

2 腐蝕地圖的繪制

圖1 為電網(wǎng)設(shè)備材料大氣及土壤腐蝕地圖繪制的具體流程。基于內(nèi)蒙古各地區(qū)大氣及土壤環(huán)境關(guān)鍵腐蝕因子觀測及現(xiàn)場投樣試驗(yàn)獲得的電網(wǎng)典型金屬材料腐蝕速率，根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，針對內(nèi)蒙古不同地區(qū)大氣及土壤腐蝕環(huán)境進(jìn)行分類分級。結(jié)合現(xiàn)有地圖構(gòu)建原則，確定腐蝕環(huán)境地圖構(gòu)建的基本結(jié)構(gòu)和功能。在計(jì)算機(jī)軟、硬件系統(tǒng)支持下，基于Java 的應(yīng)用框架和Oracle的數(shù)據(jù)庫管理，通過數(shù)字化手段以地理信息系統(tǒng)（GIS）、氯離子擴(kuò)散算法、反距離加權(quán)插值算法（IDW）為工具構(gòu)建內(nèi)蒙古電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行的大氣和土壤環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)庫并繪制電網(wǎng)設(shè)備材料環(huán)境腐蝕等級分布圖，實(shí)現(xiàn)內(nèi)蒙古地區(qū)大氣/土壤環(huán)境腐蝕性、腐蝕因子及腐蝕等級的查詢。圖2 和圖3 分別為蒙西地區(qū)電網(wǎng)金屬設(shè)備的大氣及土壤腐蝕分布圖，根據(jù)地圖可明確特定區(qū)域金屬部件的環(huán)境腐蝕適應(yīng)性，確定特定區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)設(shè)備材料腐蝕防護(hù)的具體要求。同時(shí)根據(jù)服役環(huán)境腐蝕特點(diǎn)，可直觀地提出內(nèi)蒙古電網(wǎng)設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)及接地體金屬材料的差異化防腐設(shè)計(jì)方法。

圖1 大氣及土壤腐蝕圖繪制流程

圖2 蒙西地區(qū)電網(wǎng)設(shè)備大氣腐蝕地圖

圖3 蒙西地區(qū)電網(wǎng)設(shè)備土壤腐蝕地圖

3 結(jié)論

通過收集蒙西電網(wǎng)輸變電設(shè)備金屬材料的掛樣及埋樣腐蝕數(shù)據(jù)，建立了涵蓋蒙西地區(qū)全部盟市的腐蝕數(shù)據(jù)庫，繪制了內(nèi)蒙古電網(wǎng)設(shè)備材料環(huán)境腐蝕分布圖，集成了腐蝕地圖可視化功能，實(shí)現(xiàn)了蒙西各地區(qū)腐蝕環(huán)境的分類分級，明確特定區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)設(shè)備材料腐蝕防護(hù)的具體要求，完成不同腐蝕等級環(huán)境下電力設(shè)備的差異化選材及防腐設(shè)計(jì)，為蒙西地區(qū)電網(wǎng)設(shè)備在設(shè)計(jì)、制造及驗(yàn)收階段的選材及防腐提供依據(jù)。