500 kV輸電鐵塔金具閉口銷銹蝕原因分析

陳 浩，劉 俊，郭心愛，孫云飛，張志浩

(1. 內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院，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，呼和浩特 010020 )

0 引言

閉口銷通常使用在輸電鐵塔金具的螺栓上，主要起限位作用。若閉口銷因腐蝕失效而脫落，將造成金具及其連接線斷開或掉落，引起大面積停電跳閘事故。通常閉口銷的更換需要高空停電作業(yè)，極不方便，因此應(yīng)避免其腐蝕失效，以節(jié)省運(yùn)維檢修成本〔1,2〕。

某500 kV輸電線路巡檢人員在無(wú)人機(jī)巡視過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)個(gè)別輸電鐵塔橫擔(dān)及地線掛點(diǎn)閉口銷銹蝕嚴(yán)重，該條輸電線路位于某重工業(yè)園區(qū)內(nèi)，周邊煤化工等高污染企業(yè)眾多，已投運(yùn)6年。為找出輸電鐵塔金具閉口銷銹蝕原因，防止同類銹蝕失效再次發(fā)生,保證輸電線路的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)并分析原因。

1 理化檢測(cè)

1.1 宏觀檢驗(yàn)

對(duì)銹蝕的輸電鐵塔金具閉口銷進(jìn)行宏觀形貌觀察，發(fā)現(xiàn)送檢閉口銷均存在嚴(yán)重腐蝕損傷，且已失去金屬光澤，黃褐色的腐蝕產(chǎn)物呈層片狀分布在整個(gè)閉口銷表面，部分腐蝕產(chǎn)物已脫落，閉口銷表面存在大量的腐蝕坑，未見明顯機(jī)械損傷及塑性變形，如圖1所示。

圖1 銹蝕的閉口銷宏觀形貌

1.2 顯微組織分析

DL/T 1343—2014《電力金具用閉口銷》中規(guī)定閉口銷材料應(yīng)采用奧氏體不銹鋼，其金相組織應(yīng)為單相奧氏體組織。通過(guò)對(duì)銹蝕的輸電鐵塔金具閉口銷取樣進(jìn)行金相顯微組織分析，發(fā)現(xiàn)其金相組織為塊狀鐵素體+大量彌散分布的碳化物，與奧氏體不銹鋼微觀組織特征完全不符，同時(shí)表面存在深淺不一的腐蝕凹坑，如圖2所示。

圖2 銹蝕的閉口銷各部位金相組織

1.3 材質(zhì)分析

利用能譜分析儀(EDS)對(duì)銹蝕閉口銷母材進(jìn)行成分分析，檢測(cè)結(jié)果見圖3及表1。可以看出，閉口銷母材的主要成分為Fe和C元素，未見奧氏體形成元素Mn、Ni及增強(qiáng)鋼材耐腐蝕性元素Cr，判斷閉口銷應(yīng)為普通碳鋼，而非奧氏體不銹鋼。

圖3 銹蝕閉口銷母材EDS分析譜圖

表1 閉口銷母材能譜分析結(jié)果 單位：%

1.4 腐蝕產(chǎn)物微觀形貌與能譜分析

利用掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)銹蝕的輸電鐵塔金具閉口銷腐蝕產(chǎn)物微觀形貌進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如圖4所示?？梢钥闯鲩]口銷腐蝕產(chǎn)物較致密，呈層片狀，并伴有眾多大小不一的塊狀顆粒。

圖4 銹蝕閉口銷腐蝕產(chǎn)物SEM形貌

利用能譜分析儀(EDS)對(duì)銹蝕閉口銷的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行成分分析，檢測(cè)結(jié)果見圖5及表2?？梢钥闯?，閉口銷腐蝕產(chǎn)物的主要成分為Fe、O、S，應(yīng)為鐵的氧化物及硫酸亞鐵；閉口銷表面的Si主要以氧化硅的形式存在，應(yīng)為砂石吸附在閉口銷表面所致。

圖5 銹蝕閉口銷腐蝕產(chǎn)物EDS分析譜圖

表2 腐蝕產(chǎn)物能譜分析結(jié)果 單位：%

1.5 硬度試驗(yàn)

按照GB/T 4340.1—2009《金屬材料 維氏硬度試驗(yàn) 第1部分：試驗(yàn)方法》要求，對(duì)銹蝕的閉口銷取樣，在Tukon2500-6全自動(dòng)維氏硬度測(cè)試儀上進(jìn)行硬度測(cè)試，結(jié)果表明閉口銷維氏硬度值在198～205 HV之間，轉(zhuǎn)換為布氏硬度值在191～199 HBW范圍內(nèi)，滿足標(biāo)準(zhǔn)對(duì)閉口銷硬度值不小于130 HBW的要求。

2 分析與討論

DL/T 1343-2014《電力金具用閉口銷》中規(guī)定閉口銷材料應(yīng)采用奧氏體不銹鋼且硬度值不小于130 HBW。因?yàn)椴讳P鋼中鉻含量較高，鉻可以使得鐵基固溶體的電極電位提高，同時(shí)吸收鐵的電子使其鈍化，阻止電化學(xué)腐蝕的發(fā)生。而本次銹蝕的閉口銷母材化學(xué)成分中僅含有鐵和碳元素，未見奧氏體形成元素錳、鎳及增強(qiáng)鋼材耐腐蝕性元素鉻,同時(shí)微觀組織為塊狀鐵素體+大量彌散分布的碳化物,與奧氏體不銹鋼微觀特征完全不符，經(jīng)分析銹蝕的閉口銷材質(zhì)為普通碳鋼，而非奧氏體不銹鋼，造成其防腐性能嚴(yán)重不足〔3-7〕。

此外，該輸電線路周邊重工業(yè)企業(yè)較多，多年來(lái)因工業(yè)生產(chǎn)所排放的煙氣及粉塵導(dǎo)致線路附近空氣中二氧化硫等腐蝕性氣體含量較高。當(dāng)雨水、雪水或潮氣吸附于閉口銷表面形成薄液膜時(shí)，空氣中的二氧化硫會(huì)溶入液膜中，并在氧化劑及陽(yáng)光的作用下生產(chǎn)硫酸，與鐵作用生成易溶于水的硫酸亞鐵。同時(shí)，硫酸亞鐵遇水溶解后會(huì)發(fā)生水解生成硫酸，新生成的硫酸再與鐵作用生成硫酸亞鐵，按照這種循環(huán)的模式閉口銷基體不斷被腐蝕消耗直至徹底失效〔8-11〕。

3 結(jié)論與建議

綜上分析，本次500 kV輸電鐵塔金具閉口銷腐蝕損傷的主要原因?yàn)?，一方面閉口銷因材質(zhì)錯(cuò)用導(dǎo)致其耐腐蝕能力嚴(yán)重下降，無(wú)法滿足服役環(huán)境的防腐要求；另一方面，長(zhǎng)年的工業(yè)污染使得線路周邊形成強(qiáng)腐蝕性的大氣環(huán)境，造成防腐性能不足的閉口銷快速腐蝕損傷并出現(xiàn)大面積腐蝕坑。

建議：首先加強(qiáng)對(duì)重工業(yè)污染區(qū)在役輸電鐵塔金具閉口銷的巡視力度，發(fā)現(xiàn)腐蝕損傷嚴(yán)重的閉口銷應(yīng)及時(shí)處理；其次，對(duì)同批次在用金具閉口銷進(jìn)行材質(zhì)鑒定，杜絕材質(zhì)不合格的閉口銷繼續(xù)在電網(wǎng)設(shè)備中使用；最后，在投運(yùn)前開展閉口銷化學(xué)成分和硬度檢測(cè)，防止因材質(zhì)錯(cuò)用導(dǎo)致的設(shè)備失效，做到關(guān)口前移，避免電網(wǎng)事故的發(fā)生〔12-14〕。