輸電線路桿塔接地裝置腐蝕程度診斷研究-第1篇

輸電線路桿塔接地裝置腐蝕程度診斷研究

Summary：伴隨人們生活水平的提升電力已然成為人們生活的重要資源，各類用電設備的增加使得供電企業(yè)的發(fā)展壓力加大。輸電線路桿塔的接地裝置是輸電線路的重要組成部分，其安全運行直接影響到電力系統(tǒng)的可靠性，對輸電線路的安全運行有著重要的意義。Keys：輸電線路；桿塔接地裝置；腐蝕程度；診斷引言電力行業(yè)對于我國社會發(fā)展和市場穩(wěn)定進步有十分重要的作用，電力接地是電力系統(tǒng)安全運行的重要保證，不僅可以降低電氣設備絕緣水平、保護接地、防止靜電干擾、檢測接地故障、防止電磁干擾，還可安全地進行電力系統(tǒng)中功能接地、等電位鏈接、作用接地等。但因為我國電力接地裝置一般都安裝在地底和空中，常暴露于土壤或大氣環(huán)境中，容易遭到大氣與土壤中的電化學腐蝕，影響電力系統(tǒng)的正常運行。1導體的材料所受影響接變電站接地網(wǎng)的導體遭受銹蝕損壞，主要是因長年間材料和其接觸的土壤進行化學反應以及電化學反應而產生的，與接變電網(wǎng)本身的材料的物理化學性質有關，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組成的結構決定的，并不是碳鋼本身。通常接變電站被腐蝕位置最嚴重的部分是在接變電站接地網(wǎng)焊接處。研究后發(fā)現(xiàn)，材料中的雜質易于使土壤銹蝕導體。并且導體材料碳素235類似的鍍鋅材料也會首先受到侵蝕。有文獻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構Q235抗腐蝕能力的數(shù)倍，但經試驗后發(fā)現(xiàn)，接變電站接地網(wǎng)所使用的材料鍍鋅鋼在1年內其鍍鋅層會被腐蝕。2輸電線路桿塔接地裝置腐蝕程度診斷2.1腐蝕接地極的接地電阻計算由于桿塔接地極主要依靠導體的外表面向大地流散，因此當電流通過接地引下線到達腐蝕的水平接地極時，主要通過接地極的徑向進行散流：首先在金屬導體內部軸向流通，到達接地極的各部位，再由金屬表面流向腐蝕產物層，最后由腐蝕層向大地泄露?；诖罱ǖ母g接地極的結構模型，腐蝕接地極的電流溢散示意圖。選取并放大腐蝕接地極的某一小段，流入該段的軸向電流為，流出為。從該段接地極金屬部分表面流散出去的電流為，該電流也是從金屬表面流入該段腐蝕接地極所覆蓋腐蝕層的電流，之后沿著腐蝕層空心圓環(huán)柱的徑向流通，到達腐蝕層外表面并向土壤流散。在散流過程中若將接地極金屬看作是源，腐蝕層與土壤在電路上呈串聯(lián)關系。因此，腐蝕接地極的接地電阻可被拆分為兩部分：一部分是土壤中散流時產生的散流電阻部分，電阻值為R1；另一部分為附著于接地極表面的腐蝕產物電阻部分，電阻值為R2。0d為接地極初始直徑，cd為接地極腐蝕后剩余金屬部分的有效直徑，本論文提出腐蝕系數(shù)來表達腐蝕程度，表達式為有效直徑與初始直徑的比值，如式：（1）（1）R2是以腐蝕產物為介質的空心圓環(huán)柱沿徑向方向的電阻，通過徑向積分得到其計算公式如式(2)，式中，r0為接地極的初始半徑，rc為接地極發(fā)生腐蝕后金屬部分的有效半徑，corr為腐蝕產物電阻率，L是接地極總長度。（2）由于腐蝕產物占據(jù)了一部分土壤散流空間，因此散流電阻R1需在直徑為cd的接地極接地電阻的基礎上，減去一個以土壤為介質的空心圓環(huán)柱電阻。散流電阻R1的計算公式如式(3)：（3）因此，腐蝕接地極的接地電阻計算方法如式（4）（4）由式(4)可以看出，腐蝕接地極的金屬直徑雖然減小，但土壤散流空間同時減小，土壤中的散流電阻部分并沒有發(fā)生改變。接地電阻的增大是由于電阻率較高的腐蝕產物附著于接地導體表面，阻礙了電流溢散過程。實際上，根據(jù)平均電位法計算接地電阻值的原理可知，當電流通過接地極向土壤中進行流散時，接地極被當作等勢體，其電位為接地極表面的電位。因此土壤中散流電阻的大小與接地極材質無關，只與接地極的尺寸大小、埋設深度以及環(huán)境土壤電阻率有關。腐蝕發(fā)生后，腐蝕接地極的整體電位變成了腐蝕產物層外表面的電位。若腐蝕接地極整體直徑未改變，腐蝕后流入土壤的電流實際上還是從腐蝕前的原位置流入，只是該位置由“金屬/土壤界面”變成了“腐蝕產物/土壤界面”。這也就從另一角度解釋了土壤散流電阻部分R1在發(fā)生腐蝕后并未改變的原因。2.2桿塔接地導體模型仿真在AnsoftMaxwell軟件中建立一種典型的桿塔接地裝置仿真模型，給予載以電流I的線電流源向接地引下線注入電流，接收線圈拾取接地導體的磁感應信號，設置接收線圈半徑0.25m。采用一個邊長100m的大正方體模擬均勻半空間，設置土壤電阻率ρ=50Ωm，桿塔接地裝置處在土壤模型上表面以下0.8m。選擇探測范圍，設定測線和測點間距。仿真結束，記錄測點位置磁感應強度數(shù)據(jù)，利用成圖工具繪制磁場強度等值線圖，其中紅色的圓點代表測點位置。通過分析磁感應場值圖上的場值等值線差異情況進行桿塔接地裝置的接地導體位置判斷。在桿塔接地裝置模型中，在輻射接地導體的區(qū)域，垂直橫跨接地導體設置了一條測線，測點包含測點9個，測點間的距離為1米。在經過接地導體的正上方的測點表現(xiàn)的場值最大，這個特征表現(xiàn)和形成田字網(wǎng)狀的區(qū)域所表現(xiàn)的磁感應特征相反。田字網(wǎng)狀區(qū)域接地導體上方磁感應場值為最小，而輻射接地導體上方的磁感應場值為最大。這是因為在田字網(wǎng)狀區(qū)域，桿塔接地導體形成了閉合回路，形成渦流，接收信號在網(wǎng)孔中心處附近為最大。而輻射接地導體中通過的電流散流到周圍土壤中，所以桿塔接地導體正上方的磁感應信號比周圍要大。2.3引射線配合垂直接地極使用多根垂直接地極時，由于各垂直接地極兩兩平行，其相互之間的屏蔽效應往往較大，為了對垂直接地極進行有效利用，將四根垂直接地極首先布置于射線和框體的連接處，然后依次沿著射線方向等距向外布置，隨著垂直接地極布置位置的外移，沖擊接地電阻整體趨于下降，即當垂直接地極布置在外引射線末端時，接地裝置整體降阻效果最優(yōu)。對此規(guī)律進一步探究，保持接地材料總長度不變，分別在外引射線末端和射線框體連接處同時施加垂直接地極，并在外引射線末端和射線中部同時施加垂直接地極，垂直接地極長度變化時的接地電阻，垂直接地極總長度恒定時，只在四條射線末端布置四條垂直接地極有最好的降阻優(yōu)化效果。對不同雷電流幅值及土壤電阻率進行仿真探究，所得規(guī)律與本結論一致。3接地材料的雜散電流腐蝕與防護（1）采用殺菌劑或抑制劑;改善環(huán)境條件，控制細菌的生長，如切斷硫化物礦石中硫的來源阻止流桿菌產生硫酸;使用表面涂層，并根據(jù)實際情況決定采用單一涂層還是混合涂層，采用有機涂層還是金屬鍍層;實施陰極保護，可使被保護材料周圍成為一個高pH值區(qū)，達到抑制細菌活動的目的。（2）長時間直流電流通過接地極注入大地，導致極址土壤發(fā)熱，引起材料腐蝕，威脅直流輸電工程的運行安全和可靠性。抑制直流接地極入地電流對金屬管道的影響，一方面可以增大直流接極地與管道之間的防護距離，另一方面盡可能地減少單極大地回線運行的次數(shù)和時間。為減少直流電流對桿塔接地體的腐蝕影響，一方面可增加桿塔接地體本身抗直流電流腐蝕的能力，另一方面可以減小流過桿塔接地體的電流。結語該方法應用于輸電線路桿塔接地裝置的地下導體腐蝕診斷領域，可以為非開挖和不停電的接地導體傷病診斷提供了參考依據(jù)，降低了診斷過程的經濟損失;此外