變電站接地網(wǎng)腐蝕影響因素及機(jī)理分析

在電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，變電站接地網(wǎng)對(duì)于電力系統(tǒng)以及系統(tǒng)維護(hù)人員的保護(hù)作用十分明顯，但接變電站藏于地底經(jīng)過(guò)多年的土壤腐蝕形成了化學(xué)以及電化學(xué)的侵蝕，使導(dǎo)電材料的性能降低，從而直接影響到接地網(wǎng)對(duì)于電力系統(tǒng)的保護(hù)。近年我國(guó)技術(shù)人員、研究人員針對(duì)接變電站的接地網(wǎng)進(jìn)行了多方位、立體式研究，而本文即是將腐蝕性因素進(jìn)行了分析，并對(duì)于化學(xué)反應(yīng)也進(jìn)行了研究，對(duì)于其機(jī)理進(jìn)行了深入介紹。

1 變電站接地網(wǎng)導(dǎo)體遭受腐蝕原因

1.1 導(dǎo)體的材料所受影響

接變電站接地網(wǎng)的導(dǎo)體遭受銹蝕損壞，主要是因長(zhǎng)年間材料和其接觸的土壤進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)以及電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的，與接變電網(wǎng)本身的材料的物理化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，而碳鋼接受的腐蝕是接變電站受腐的主要原因。接變電站接受到的腐蝕很大程度是其材料本身的理化性質(zhì)組成的結(jié)構(gòu)決定的，并不是碳鋼本身。通常接變電站被腐蝕位置最嚴(yán)重的部分是在接變電站接地網(wǎng)焊接處。研究后發(fā)現(xiàn)，材料中的雜質(zhì)易于使土壤銹蝕導(dǎo)體。并且導(dǎo)體材料碳素235類(lèi)似的鍍鋅材料也會(huì)首先受到侵蝕。有文獻(xiàn)提到的接變電站接地網(wǎng)耐腐蝕材料是合金鋼且合金鋼是碳素結(jié)構(gòu)Q235抗腐蝕能力的數(shù)倍，但經(jīng)試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，接變電站接地網(wǎng)所使用的材料鍍鋅鋼在1年內(nèi)其鍍鋅層會(huì)被腐蝕[1-2]。

1.2 土壤的影響

土壤對(duì)于接變電站接地網(wǎng)的影響是土壤復(fù)雜的系統(tǒng)性而致。土壤中的氣態(tài)物質(zhì)、液態(tài)物質(zhì)、固態(tài)物質(zhì)以及微生物和零星電流，這些不同的性質(zhì)與成分對(duì)于接變電站接地網(wǎng)材料的腐蝕被稱(chēng)之為土壤腐蝕。這些成分具有三種特性，分別是相對(duì)固定性、不均衡性、多相性。土壤的這些性質(zhì)主要是由其成分所致，土壤中充滿(mǎn)了無(wú)機(jī)物、有機(jī)物、水及氧氣等氣體，并含有膠體粒等多種物質(zhì)，無(wú)機(jī)物主要是由氧化物及礦物質(zhì)等組成。在地球表面，土壤中充斥著礦物質(zhì)、微生物及有機(jī)物質(zhì)；土壤也分層次，各層的土壤以及團(tuán)聚物由不同的顆粒物組成，這些組成的物質(zhì)相較于其他物質(zhì)相對(duì)較為穩(wěn)定。這也就決定了土壤與接地網(wǎng)導(dǎo)體的接觸中形成的相互作用是較為穩(wěn)定的，土壤對(duì)導(dǎo)體產(chǎn)生長(zhǎng)時(shí)間的銹蝕則會(huì)產(chǎn)生較大變化和影響，主要作用的因素包括土壤電阻率、含氧量、含水量、PH 值、微生物等情況[3-4]。

土壤電阻率。分析某塊土壤的電阻率，主要是與其結(jié)構(gòu)有關(guān)，當(dāng)然也與其所含的水量以及鹽堿度強(qiáng)相關(guān)。也就是說(shuō)，土壤的電阻率顯示著土壤是否易于導(dǎo)電，也顯示著土地能夠與接地網(wǎng)導(dǎo)體產(chǎn)生作用的難易程度。土壤的電阻率越大、則顯示對(duì)于接地網(wǎng)導(dǎo)體材料的腐蝕將會(huì)越弱，而宏電池產(chǎn)生主導(dǎo)作用時(shí)土壤的電阻率是產(chǎn)生腐蝕的主要原因。

土壤含氧程度對(duì)導(dǎo)體腐蝕程度的影響情況。接變電站接地網(wǎng)材料是否易于接受氧化，也是對(duì)于導(dǎo)體產(chǎn)生腐蝕的重要因素，土壤中的氧氣也會(huì)極大地影響接地網(wǎng)材料的腐蝕程度，它可以從地表空氣進(jìn)入土壤中，也可從雨水或地表水中溶解，氧氣對(duì)于接地網(wǎng)的腐蝕主要原因是形成了氧濃差電池。干燥的土壤滲透氧氣含量大，而潮濕的則恰恰相反。

土壤含水量。接變電站接地網(wǎng)點(diǎn)的腐蝕程度還與土壤中的水分相關(guān)。這是因?yàn)樗种泻须娊赓|(zhì)，會(huì)引起電化學(xué)腐蝕。水中所含的酸堿成分是其與材料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的媒介，接變電站接入網(wǎng)的腐蝕性狀均與水有密不可分的關(guān)聯(lián)，且土壤受到腐蝕也與周?chē)奈⑸锖恳约八呢S富程度有較大關(guān)系。

土壤的PH 值。接變電站接地網(wǎng)的腐蝕程度與土壤的酸堿度也有較大關(guān)系，土壤酸堿度也即其PH 值，體現(xiàn)了土壤中的酸堿離子的含有量，土壤在PH 值為6至6.75時(shí)呈中性，而PH 值在7.5至9.5時(shí)則為堿性；土壤PH 值在3至6時(shí)土壤PH 值為酸性。PH 值越小也就是土壤的酸性越強(qiáng)，則接變電站接地網(wǎng)的材料腐蝕性就會(huì)越強(qiáng)，小于4的酸性土壤中會(huì)發(fā)生析氫反應(yīng)。即使測(cè)量的土壤的PH 值位于非酸性及堿性的情況，也會(huì)對(duì)于導(dǎo)體產(chǎn)生腐蝕。故而，測(cè)定土壤PH 值評(píng)估土壤對(duì)接變電站接地網(wǎng)的腐蝕性是不太準(zhǔn)確的，必須要考慮酸性物質(zhì)的多少。土壤腐蝕性與酸堿程度的關(guān)系：土壤PH 值＞8.5土壤腐蝕程度極低，7.0～8.0時(shí)低，5.5～7.0時(shí)中等，4.5～5.5時(shí)高。

土壤是否具有微生物的情況。土壤中的微生物也是對(duì)于接變電站接入網(wǎng)材料產(chǎn)生腐蝕的重要因素，微生物代謝物的多寡會(huì)直接影響土壤的酸性程度，也會(huì)對(duì)材料進(jìn)行電化學(xué)腐蝕。并不是微生物對(duì)其進(jìn)行直接的腐蝕，通常情況下厭氧菌會(huì)在無(wú)氧或缺氧情況下生存，但厭氧菌會(huì)對(duì)導(dǎo)體的鍍鋅層產(chǎn)生非常強(qiáng)烈的銹蝕作用，且酸性鹽也會(huì)對(duì)于接地網(wǎng)的導(dǎo)體進(jìn)行腐蝕。微生物的本身并不會(huì)產(chǎn)生銹蝕，而是他們的代謝物導(dǎo)致產(chǎn)生此種情況。

土壤中存在的不規(guī)則電流。土壤中不規(guī)則的電流存在于變電站的直流設(shè)備的材質(zhì)變化中，如絕緣程度降低或損壞、電流位于接地網(wǎng)中時(shí)，不規(guī)則地存在于土壤中成為陽(yáng)極區(qū)；而變電站接地網(wǎng)的導(dǎo)體作為陰性區(qū)，陰陽(yáng)極會(huì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，土壤中存在的不規(guī)則電流越多則會(huì)影響越大。從以上分析中可得出結(jié)論，接變電站接地網(wǎng)的腐蝕受土壤多種因素的影響，土壤的各種因素交織影響產(chǎn)生了相互作用。在評(píng)價(jià)腐蝕程度時(shí)，需要考慮多個(gè)維度進(jìn)行評(píng)判。

2 接變電站接地網(wǎng)被腐蝕的影響因素

導(dǎo)體銹蝕的原因?yàn)榻饘偈艿交瘜W(xué)反應(yīng)，失去電子而與土壤的相關(guān)物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程，材質(zhì)上逐漸形成銹層，土壤中也會(huì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)以及腐蝕，這對(duì)于接變電站接入網(wǎng)產(chǎn)生了較大影響。

2.1 化學(xué)腐蝕

土壤的各種因素會(huì)對(duì)接變電站接地網(wǎng)的材質(zhì)導(dǎo)體進(jìn)行腐蝕，而其在土壤中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，均是為接地網(wǎng)表面與土壤接觸中發(fā)生了氧氣與其進(jìn)行了化學(xué)反應(yīng)形成銹蝕物，而分析后可以得出，化學(xué)腐蝕僅是導(dǎo)體被銹蝕很小的原因之一，并無(wú)電流產(chǎn)生。

2.2 電化學(xué)腐蝕因素

在土壤中的導(dǎo)體被受到了銹蝕，主要是因?yàn)槠鋵?dǎo)體表面與土壤之間發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。電位差會(huì)不同程度地存在，電化學(xué)腐蝕也會(huì)產(chǎn)生，電化學(xué)反應(yīng)會(huì)出現(xiàn)陰極反應(yīng)以及陽(yáng)極反應(yīng)，在不同的土壤環(huán)境下反應(yīng)也會(huì)不同。

在酸性土壤中。鐵元素以水和離子的狀態(tài)與不規(guī)則電流在土壤中積聚，并在一定環(huán)境下與導(dǎo)體的電子進(jìn)行反應(yīng)，其陽(yáng)極反應(yīng)式為：Fe+nH2O→Fe2+·nH2O+2e-，土壤PH 值小于4時(shí)，陰極處易發(fā)生析氫反應(yīng)。

在非酸性土壤中。土壤溶液中Fe 也是以水合離子的形式存在。其陽(yáng)極反應(yīng)式為：Fe+nH2O→Fe2+·nH2O+2e-，土壤中滲透著氧氣，當(dāng)氧氣充足時(shí)生成的Fe(OH)2易被氧化成Fe(OH)3。其陰極反應(yīng)為：O2+H2O→2Fe(OH)3，在缺少氧氣或氧氣不多的情況時(shí)，土壤中的酸鹽會(huì)在微生物的作用下將還原，促進(jìn)了接變電站接地網(wǎng)在土壤中的腐蝕：