：254耿汉杰1李诚1许崇武2常涌2
（1.武汉供电公司，湖北武汉4300002.武汉大学，湖北武汉430072）
[摘要]本文简要阐述输变电系统接地网防蚀保护的重要性及可采取的防蚀措施。介绍了采用电化学保护技术防止接地网腐蚀的工程实践效果及可替代碳钢的NAS材料的耐蚀性能。1对新、老接地网可采取的防蚀措施提出参考建议。
[关键词]接地网防蚀电化学保护NAS材
1输变电系统接地网需要防蚀保护
随着对电力输变电系统的安全性要求的提高，对接地网的性能和安全运行的要求也越来越严格，对接地体材料的耐腐蚀性和热稳定性的要求也越来越高。由于资源和经济等原因，我国接地网所用材料主要为碳钢。接地网的腐蚀源于普通碳钢在腐蚀性土壤环境中的电化学腐蚀以及电网设备运行中的泄流电流造成的腐蚀。腐蚀使接地网材料表面生成氧化物，截面积减小或甚至断裂，造成接地性能不良和热稳定性恶化，危及设备及人身安全。因此缓解接地网金属材料腐蚀，保证接地网接地性能的稳定性，延长接地网使用寿命，是输变电系统安全生产上要解决的课题。我国输变电系统变电站有许多是建在具有中等以上腐蚀性的土壤中，碳钢接地网的腐蚀十分普遍，据某省的调查统计，其中严重腐蚀的超过13。一些地区的输变电系统接地网的使用寿命仅有10年，腐蚀严重的3～4年就出现接地网或引下线腐蚀断裂。而且在这过程中因腐蚀发展使接地电阻增大而恶化接地网的接地性能。
图1为某滨海城市的一城区变电站包了某种降阻剂的碳钢接地网腐蚀状况，碳钢材料表面布满蚀坑，边缘腐蚀成刀口状。
图1某滨海城市城区变电站包了某种降阻剂的碳钢接地网
（碳钢材料表面布满蚀坑，边缘腐蚀成刀口状）
图2为某内陆城市的一城区变电站电缆沟中的接地网碳钢腐蚀状况。
图2某内陆城市城区变电站电缆沟中的接地网腐蚀
为防止接地网锈蚀影响接地性能，目前通常采用扩大接地体截面；使用镀锌钢材料；使用降阻剂、混凝土包裹等方法。也有想用导电涂料表面涂装等方法。
采用镀锌钢材料，试验表明，在输变电设备接地网有泄流电流的影响时，其耐蚀性能与普通碳钢相比，提高不多，不能明显改善接地网的防蚀性能。
使用降阻剂时，如果其降阻是由于含有强导电性的盐份起作用，则会增加对接地网的腐蚀性。
采用导电涂料表面涂装的方法由于对导电涂料的导电性能和理化性能要求高，价格昂贵，施工难度大，使用寿命有限。
经过多年的努力，我们对已在运行的接地网研究采用加电化学防蚀技术保护；对新建接地网，可采用耐蚀性能优良的非铜质NAS材料或加电化学防蚀技术保护的方法。
接地网实施电化学保护后，其腐蚀受到了抑制，电化学保护效果良好。在我们的工程实践中保护度达90以上，可使原接地网使用寿命延长1倍以上。
经过实验室试验及变电站现场埋置试验，开发筛选出的非铜质金属材料NAS在盐碱性、弱碱性和酸性土壤中，均表现出具有良好的耐蚀性能，比普通碳钢延长使用寿命2倍以上。
对《变电站接地网防蚀保护》课题的研究成果在2001年获得了《中国电力科学技术奖》（第一届）。
2接地网应用电化学保护方法防蚀
电化学阴极保护技术是控制和减缓接地网金属腐蚀的极有效而又很经济、省事的方法。可用于老、新接地网的防蚀保护，使原接地网使用寿命延长1倍以上，并且防止了因腐蚀而劣化接地性能。实践表明，对接地网实施电化学保护具有投资不大、施工快捷、运行稳定，保护效果良好。
电化学保护技术防蚀的原理是基于金属腐蚀的电化学理论，为了缓解金属在电解质（水、土壤等）中表面阳极区的溶解（腐蚀），人为地由外部向地下腐蚀的接地网金属提供阴极直流电流的方法，在被保护金属表面微阳极区叠加与局部腐蚀电流方向相反的电流，使金属电化学电位降低（阴极极化），迫使金属表面的阳极区消失或转变为阴极，因此从根本上降低金属的腐蚀倾向和腐蚀速率，减少金属的溶解，达到抑制接地网碳钢土壤腐蚀的效果。
在实际工程应用上，根据金属腐蚀电极过程动力学原理和碳钢在接地网土壤中的实测极化曲线及实际工程应用经验可知，从外部把阴极电流输入接地网系统时无须将碳钢的电位极化到最活泼的阳极区的开路电位，只须根据现场接地网结构和土壤理化及电学性能将碳钢的电化学电位阴极极化一定的幅度，碳钢在土壤中的腐蚀速率就有明显的下降，局部腐蚀倾向和程度明显减轻，保护效果显著，减缓金属的腐蚀达到满足接地网防蚀的要求。
根据外部提供阴极电流的方式的不同，阴极保护方法可分为牺牲阳极法和外加电流法两种。
牺牲阳极法是用一种更活泼的金属或合金与被保护的金属连接在一起，靠该合金不断地腐蚀溶解产生的电流来保护被保护的金属。可用作牺牲阳极的材料有锌合金，镁合金，铝合金等。这种方法不需要外部电源，但须在变电所地下埋设数量较多的牺牲阳极块，并且需定期更换。若土壤电阻率大，则因牺牲阳极金属能输出的电流很小而无法采用。
外加电流法阴极保护技术是依靠外部的自动控制直流恒电位/恒电流电源向接地网提供阴极保护电流的方法。它通过埋设于地下的阳极向作为阴极的接地网金属输送所需的保护电流；以参比电极来控制保护电流的大小。此种方法可输出的电流大且可调，电位可以人为设定，使用寿命长，因而适用于在面积大或土壤电阻率高的接地网上采用。但在保护装置系统的设计上要考虑全面，小心。
3接地网电化学防蚀保护工程的防蚀效果例
3.1某内陆城市城区变电站接地网电化学防蚀保护工程的防蚀效果
图3为该内陆城市城区变电站土壤内埋设的不连接地网，没有输变电系统泄流作用、没有电化学保护的碳钢试片照片（埋地180天）。
图3某内陆城市城区变电站不连接地网，没有泄流作用、
没有电化学保护的碳钢试片（埋地180天）
从图3可以看出，整个试片表面已坑洼不平，表面布满大量的直径超过3㎜、深度超过1㎜以上的大腐蚀坑。试片边缘也开始出现缺损，呈明显的局部腐蚀状态。
图4为该内陆城市城区变电站土壤内埋设的连接接地网、有输变电系统泄流作用、但有电化学保护的碳钢试片照片（埋地180天）。
图4某内陆城市城区变电站连接地网，有泄流作用
有电化学保护的碳钢试片（埋地180天）
从图4可以看到，试片表面平整，看不到明显的腐蚀坑，试片边缘整齐，没有缺损。局部腐蚀基本消除。
由埋设同样时间的、有和没有电化学保护的碳钢试片的失重量数据比较，该内陆城市城区变电站接地网电化学保护装置的防蚀保护度达到了93.4。
3.2某滨海城市城区变电站接地网电化学防蚀保护工程的防蚀效果
图5为该滨海城市城区变电站土壤内埋设的不连接地网，没有输变电系统泄流作用、未有电化学保护的碳钢试片照片（埋地380天）。
图5某滨海城市城区变电站不连接地网，没有泄流作用、
没有电化学保护的碳钢试片（埋地380天）
从图5可以看到，试片呈明显的局部腐蚀状态，表面已有大量的直径超过3㎜、深度超过2㎜的大腐蚀坑形成，边缘已现缺损。
图6为该滨海城市城区变电站土壤内埋设的连接接地网、有输变电系统泄流作用、得到电化学保护的碳钢试片照片（埋地380天）。
图6某滨海城市城区变电站连接地网，有泄流作用
有电化学保护的碳钢试片（埋地380天）
从图6可以看到，试片表面平整，没有明显局部腐蚀现象。试片边缘整齐、无缺损，保护良好。
由埋设同样时间的、有和没有电化学保护的碳钢试片的失重量数据比较，该滨海城市城区变电站接地网电化学保护装置的防蚀保护度达到了91.8。
4NAS材料在变电站土壤中的耐蚀性能
图7为在某滨海城市城区变电站土壤中不连接地网、埋设380天后取出NAS材料试片。
图7在某滨海城市城区变电站土壤中不连接地网的
NAS材料试片（埋地380天.锯口未封闭）
从图7可以看到，NAS材料表面基本平整，腐蚀轻，边缘完整、无缺损，部分表面尚有原始表面状态色。没有如在碳钢试片上出现的大而深的腐蚀坑以及明显的边缘缺损。
从在变电站土壤中埋设380天后失重量分析，NAS试片平均腐蚀速率只有同样条件下的碳钢试片腐蚀速率的五分之一～八分之一。
NAS材料在土壤中耐局部腐蚀的性能远强于碳钢，它的平均腐蚀速率也远低于碳钢。NAS材料接地网在土壤中的耐锈蚀性能和寿命是会远远超过普通碳钢接地网的。
5．结论
（1）在不同环境的变电站中的现场工程实践表明，接地网电化学保护技术能很好的减缓土壤中接地网碳钢材料的腐蚀，不仅降低了碳钢材料的平均腐蚀速率（降低了90以上），而且大大减轻了碳钢材料的局部腐蚀倾向和程度，能延长碳钢接地网的使用寿命一倍以上。接地网电化学技术防蚀方法对新、老碳钢接地网的防蚀保护均适用。
（2）研究的可用于接地网的NAS材料在变电站土壤埋设试验结果证实，NAS材料的耐土壤腐蚀性能优良，平均腐蚀速率只有碳钢的五分之一～八分之一，有很高的耐局部腐蚀性能。NAS材料可以用于敷设线路、铁塔和新变电站接地网，以及老接地网的翻修改造。
来源：中国电厂化学
