变电站接地网阴极保护技术应用研究文献综述

发布时间：2012-03-19 13:00:32 来源：文档文库

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文献综述

1.研究背景

腐蚀是金属和周围环境发生化学或电化学反应而导致的一种破坏性侵蚀，金属发生腐蚀是一种自然的趋势。腐蚀不仅给金属材料造成的直接和间接损失是巨大的，而且还会给设备造成灾难性的破断事故，腐蚀造成工程设施中物质的跑、冒、滴、漏等，也会引起环境污染，影响人类的生态环境[1-3]。因此，采用有效措施避免或减缓金属腐蚀成为材料学科的一个重要领域。

变电站接地网是用于工作接地、防雷接地、保护接地的重要设施，是确保人身、设备、系统安全的重要环节。接地网属于隐蔽工程，在施工和运行中很容易被忽视。当事故出现时，若接地网有缺陷，短路电流无法在土壤中充分扩散，使接地的设备金属外壳带高电压而危及人身安全和击穿二次保护装置绝缘，甚至损坏设备，扩大事故，破坏电网系统稳定。埋地接地装置受土壤的化学与电化学腐蚀不可避免，同时还要承受地网散流与杂散电流的腐蚀。因此，接地网防腐保护是保证电力系统正常工作和安全运行的一项重要措施。在接地网防腐措施中，阴极保护是一种科学可行的方法，具有施工简单快捷、投资不大、保护效果好的特点[4]。

2.研究的目的和意义

可靠接地是电力系统稳定运行的一个重要条件。随着电力系统容量增加，网络复杂性增加，自动化水平提高，接地网能力下降引起的电力事故逐渐增多，造成的危害也随之增多，经济损失会越来越大。因此电力系统接地网的抗腐蚀保护也随之显得越发重要。

接地材料的使用寿命，取决于其满足地网接地电阻要求的时间。在一定土壤内，接地材料的电阻值由接地材料的长度和半径决定。接地网一旦设计好，其腐蚀速率影响接地材料的半径，随接地网的腐蚀，其半径减小，接地电阻增大。当电阻增大到一定值时，便不能满足地网要求。接地材料的腐蚀速率越小其使用寿命越长。

接地系统的防腐措施主要有改变接地装置材料、涂刷导电防腐涂料、阴极保护三种方法。目前采用的接地材料有钢、铜、镀锌、镀铜、钢外涂防腐导电涂料等几种。改变接地装置材料如改碳钢为铜，耐蚀能力是得到了极大的提高，但价格昂贵并给与其相连的金属构件带来严重的电偶腐蚀；刷导电防腐涂料，可以延长接地网的寿命，但涂层存在老化的问题，同时涂层若存在漏涂、针孔、破损等缺陷，会在这些区域产生严重的局部腐蚀；阴极保护是目前防止地下金属结构物腐蚀的最为有效的方法[5-7]。

目前，变电站一般采用定期开挖检查的方式对接地网进行检查，不仅需要组织大量的人力物力，同时还需要对变电站进行停电检修。电化学保护技术是控制和减缓金属腐蚀的极有效而又经济、简便的方法，是基于金属腐蚀的电化学理论，由外部向地下腐蚀的接地网金属材料提供阴极直流电流，使金属电位降低(阴极极化)，从根本上降低金属的腐蚀倾向和腐蚀速率，从而达到抑制接地网金属材料的腐蚀的效果。将阴极保护技术应用于变电站接地网的保护可以大大减缓接地网的腐蚀速度，延长接地网的安全运行时间。

3.接地网防护技术的发展

3.1 采用铜材接地

在变电站接地网材料的选用上，铜比钢要好。因为铜的导电性好，电阻率是钢的1/8，泄流快。铜的耐腐蚀性强，在土壤中的铜接地网表面会产生附着力极强的Cu(OH)2，能很好的保护内部的铜材，有效阻断腐蚀进一步发生，但价格昂贵，可使用镀铜接地棒作为接地材料[8] 。

3.2 高效膨润土降阻防腐

降阻剂的结构致密，含氧量少，使钢接地体基本上不和氧接触，防止了吸氧腐蚀。接地体添加高效膨润土降阻后，接地体不直接与周围土壤接触，当接地体通过较大工频接地短路电流和冲击电流时，电火花发生在降阻剂与土壤之间，从而使接地体免遭电火花腐蚀[9]。

3.3 防腐导电涂料

导电防腐涂料是指电导率在10S/cm以上的具有导体和半导体性能的涂料。国内用于接地网防腐的涂料，按导电添加剂分类，有镍粉型、石墨型、纳米碳型和有机导电聚合物型4种类型。

3.4 接地网阴极保护

阴极保护是对被保护的金属施以阴极电流，使金属表面阴极极化，电位负移到金属表面阳极的平衡电位，消除其化学不均匀性所引起的腐蚀电池，从而保护金属免遭介质腐蚀的防腐蚀技术。根据保护电流来源不同，阴极保护又分为牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护。

不管是外加电流阴极保护还是牺牲阳极阴极保护，都存在一个保护电位。电位过高，达不到保护效果，电位过低，金属材料可能会产生氢脆现象或者高pH值的应力腐蚀等问题。理论上在这一电位下，金属腐蚀已停止或可忽略[10]。国外对阴极保护准则的规定不尽相同，美国NACERP0169标准规定，钢和铁的电位应达到-850 mV（vs铜/饱和硫酸铜)或更低，阴极极化至少100 mV[11]。我国在2005年参照ISO15589标准编写的阴极保护准则规定，阴极保护电位应在-1200～-850mV（vs铜/饱和硫酸铜）。

4 阴极保护的发展趋势

目前在西方发达国家，金属阴极保护防腐得到了广泛应用，并取得明显的效果。我国埋地管网一般都要求埋地的新建金属管道必须采用阴极保护，储罐和钢质管道在改造时应逐步采用阴极保护。

阴极保护技术在国外一些变电站、发电厂，已有许多成功的应用。但铜或铜包钢组成的接地装置能与附近地下其他钢结构、钢管和电缆的铅护套形成腐蚀原电池，铜作为腐蚀原电池的阴极会加速地下其他钢金属结构的腐蚀。因此国外特別是欧洲变电站与发电厂各种接地装置都采用钢结构结合阴极保护的做法；美国近年来的做法是变电站与发电厂的各种接地装置逐步淘汰采用铜或铜包钢的结构，改用钢结构加阴极保护的做法。随着人们对金属阴极保护技术的认识与研究的不断提高，特别是认清变电站与发电厂的接地装置采用铜结构的危害，推广“阴极保护”应用，是目前电力行业值得重视的反事故技术措施。

参考文献

[1] British Corrosion Journal, 2000, 35(1):22

[2] 侯德龙,敖宏,何德山,等. 阴极保护技术与牺牲阳极材料的进展[J]. 中国稀土学报, 2002, 20(3):207～210