方玉群，周海飛，邢哲鳴，陳晨，金德軍

（1.國網(wǎng)浙江省電力公司金華供電公司，浙江金華321017；2.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014）

輸電線路鐵塔塔腿防腐的失效分析與預(yù)防

方玉群1，周海飛2，邢哲鳴1，陳晨1，金德軍1

（1.國網(wǎng)浙江省電力公司金華供電公司，浙江金華321017；2.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014）

部分110～220 kV輸電線路在運(yùn)行過程中，鐵塔塔腿經(jīng)常出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕的情況，影響了桿塔的安全運(yùn)行。為此，對鐵塔塔腿腐蝕原因進(jìn)行了剖析，對現(xiàn)場腐蝕樣本進(jìn)行形貌、EDS能譜、X射線衍射、元素分布等分析，進(jìn)一步闡述了塔腿防腐失效的內(nèi)在因素，并提出了相關(guān)防腐對策。

鐵塔塔腿；腐蝕；失效分析；預(yù)防

近幾年來，110 kV及以上輸電線路塔腿塔材嚴(yán)重腐蝕的現(xiàn)象時有發(fā)生，任其發(fā)展必將直接影響線路安全運(yùn)行，進(jìn)而有可能造成鐵塔傾倒事故。因此，迫切需要在現(xiàn)場實地考察的基礎(chǔ)上，通過各種實驗室測試手段，結(jié)合相應(yīng)的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，從材料與結(jié)構(gòu)因素、施工因素、環(huán)境因素等角度探討塔腿塔材嚴(yán)重腐蝕的原因，在此基礎(chǔ)上提出相關(guān)建議。

1 現(xiàn)場腐蝕情況

2014年6月，某供電公司輸電運(yùn)檢班發(fā)現(xiàn)所轄110 kV線路部分桿塔基礎(chǔ)保護(hù)帽風(fēng)化嚴(yán)重，塔材腿部存在腐蝕情況。為了解塔材腐蝕情況，敲開塔腿保護(hù)帽，發(fā)現(xiàn)主材和大斜材都存在著嚴(yán)重腐蝕，運(yùn)行人員現(xiàn)場用游標(biāo)卡尺測量主材和大斜材經(jīng)腐蝕之后的厚度，主材厚度正常值為0.820 cm，腐蝕最嚴(yán)重處為0.636 cm，有3根大斜材幾乎被腐蝕爛斷，4根接地引下線腐蝕嚴(yán)重，如圖1和圖2所示。

圖1 基礎(chǔ)保護(hù)帽現(xiàn)場情況

圖2 主材及大斜材腐蝕現(xiàn)場情況

經(jīng)查閱相關(guān)圖紙資料，該塔于2004年12月23日投運(yùn)，塔型為7727型，主材采用Q345熱鍍鋅角鋼，斜材采用Q235熱鍍鋅角鋼，前后檔距分別為369 m和376 m。經(jīng)現(xiàn)場勘查，發(fā)現(xiàn)該塔位于山坡上，土質(zhì)為巖石，大號側(cè)跨越江面，距桿塔橫線路左側(cè)約500 m處有一化工廠。

2 失效原因分析

2.1 質(zhì)量問題

國網(wǎng)公司鐵塔保護(hù)帽施工標(biāo)準(zhǔn)工藝要求規(guī)定：保護(hù)帽強(qiáng)度等級不低于C15；使用中粗砂，含泥量不大于5%；應(yīng)使用粒徑5～20 mm的碎石，含泥量不大于2%；主板與靴板之間的縫隙應(yīng)采用密封（防水）措施；保護(hù)帽頂面應(yīng)留有排水坡度，頂面不得積水[1]。

經(jīng)現(xiàn)場開挖檢查（如圖3所示），該塔保護(hù)帽存在以下嚴(yán)重質(zhì)量問題：

（1）保護(hù)帽整體呈粉塵狀，水泥比例嚴(yán)重不足，含泥量嚴(yán)重超標(biāo)，遠(yuǎn)高于砂含泥量5%和石含泥量2%的要求。

（2）石子使用不規(guī)范，未采用要求規(guī)定的碎石，而是大量采用大塊風(fēng)化石，最大的石子粒徑達(dá)到240 mm，遠(yuǎn)超5～20 mm的要求。

（3）主板與靴板之間的縫隙未采取任何密封（防水）措施。

（4）由于保護(hù)帽質(zhì)量及自然風(fēng)化因素影響，保護(hù)帽頂面無排水坡度，導(dǎo)致整個保護(hù)帽積水嚴(yán)重。

分析認(rèn)為，正是由于保護(hù)帽在施工時存在嚴(yán)重問題，在自然環(huán)境作用下快速風(fēng)化，致使保護(hù)帽內(nèi)部疏松且存在大量大小不一的空洞，為水分在毛細(xì)作用下的長期滯留提供了方便，從而加速了塔腿的腐蝕。

圖3 保護(hù)帽現(xiàn)場照片

2.2 酸雨腐蝕

根據(jù)現(xiàn)場了解，該腐蝕鐵塔附近有一家規(guī)模較大的化工廠，其產(chǎn)品包括氫氟酸、鹽酸、二氟一氯甲烷等。據(jù)浙江省環(huán)境監(jiān)測中心數(shù)據(jù)顯示，腐蝕鐵塔所處區(qū)域2012年降雨的pH值為4.91，為明顯的酸性雨水，2012年降雨中Cl-（氯離子）濃度達(dá)0.787 mg/L，同年大氣中SO2（二氧化硫）年均濃度為0.028 mg/m3。而通過對腐蝕鐵塔實地采集的雨水樣本進(jìn)行陰離子色譜分析，結(jié)果顯示雨水中除濃度最高的SO42-（硫酸根離子）外，Cl-含量高達(dá)0.98 mg/L，如表1所示。

表1 腐蝕鐵塔實地采集雨水樣本的陰離子色譜分析結(jié)果

一般認(rèn)為，Cl-與硫化物是導(dǎo)致金屬腐蝕最重要的因素。Cl-對材料腐蝕的影響主要表現(xiàn)為對材料表面氧化膜和鈍化膜的破壞作用[2]，硫化物與鋼鐵反應(yīng)生成易溶的硫酸亞鐵，從而進(jìn)一步水解生成了硫酸，硫酸繼續(xù)和鐵作用，整個過程具有自催化反應(yīng)的特征[3]。

由于該塔周圍雨水樣品中Cl-含量高達(dá)0.98 mg/L，SO42-含量高達(dá)4.91 mg/L，因此可以認(rèn)為，Cl-對鈍化膜的破壞以及對點(diǎn)蝕的促進(jìn)作用是毋庸置疑的，硫化物對Cl-的腐蝕作用則具有相當(dāng)?shù)膮f(xié)同效果。

綜上所述，由于保護(hù)帽為混凝土澆筑，呈堿性，酸雨的環(huán)境對混凝土具有很強(qiáng)的破壞性，因此，酸雨也是造成鐵塔塔腿腐蝕的重要原因。

3 腐蝕材料及其結(jié)構(gòu)分析

為進(jìn)一步了解腐蝕過程，截取塔腿不同腐蝕程度樣本進(jìn)行形貌、能譜及X射線衍射、元素分布分析。圖4、圖5分別為輕度和重度腐蝕塔腿樣本的表面形貌及對應(yīng)的EDS能譜、X射線衍射譜，表2和表3為Q235鋼和Q345鋼的化學(xué)成分和輕度腐蝕塔腿樣本能譜數(shù)據(jù)。圖6為塔腿腐蝕樣的截面形貌。

由圖4可知，輕度腐蝕塔腿樣品的腐蝕產(chǎn)物呈多孔狀，疏松地附著在表面，對進(jìn)一步腐蝕已毫無抑制作用。表2和表3的數(shù)據(jù)顯示：腐蝕產(chǎn)物中的硫含量與氯含量均大幅高于基材，且與雨水中相關(guān)數(shù)據(jù)（見表1）較為匹配，可以認(rèn)為腐蝕產(chǎn)物中的硫與氯來源于環(huán)境，而非基體本身。

圖4 輕度腐蝕塔腿樣表面形貌及EDS能譜

圖5 嚴(yán)重腐蝕塔腿的表面形貌和X射線衍射譜

表2 Q235鋼和Q345鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

圖6 塔腿腐蝕樣本的截面形貌

圖5表明：對于腐蝕更為嚴(yán)重的塔腿樣品，其腐蝕產(chǎn)物呈多層結(jié)構(gòu)，疏松附著的表層下面尚有裂紋密集的里層，此時腐蝕產(chǎn)物很容易從基體表面剝離。對應(yīng)的X射線衍射譜顯示，鋅元素以氧化物及碳酸鹽形態(tài)存在，金屬鋅已完全被消耗，伴隨出現(xiàn)鐵的腐蝕產(chǎn)物。隨著鋅腐蝕產(chǎn)物的逐漸剝離，碳鋼基材的腐蝕將明顯加速。

通過圖5、圖6，結(jié)合能譜數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：

（1）塔腿表面熱鍍鋅層的內(nèi)部密集分布著大小不一的孔洞，可以判定為點(diǎn)蝕。

（2）孔洞周圍硫、氧的濃度非常高，氯分布于整個區(qū)域，孔洞處濃度稍高。

（3）熱鍍鋅層幾乎完全被鋅、碳、氧3種元素占據(jù)，說明氧化物、碳酸鹽的確為鋅層的腐蝕產(chǎn)物。

通過上述材料及結(jié)構(gòu)分析認(rèn)為：由于酸性、高氯離子及硫化物濃度的雨水長期滯留于疏松多孔的保護(hù)帽中，構(gòu)成了易于發(fā)生腐蝕的外部條件，在腐蝕產(chǎn)物疏松多孔結(jié)構(gòu)因素的共同作用下，導(dǎo)致了該110 kV線路塔腿塔材的嚴(yán)重腐蝕，由于腐蝕的隱蔽性進(jìn)一步導(dǎo)致了某些大斜材的徹底銹斷。

表3 輕度腐蝕塔腿樣本表面EDS能譜數(shù)據(jù)

4 預(yù)防對策

4.1 采取包覆材料

對于新建鐵塔，在澆制保護(hù)帽之前，建議明確使用包覆材料將構(gòu)件與外界環(huán)境隔離；對于已投入運(yùn)行的鐵塔，若主材未發(fā)生嚴(yán)重腐蝕的，可先使用包覆方式使構(gòu)件與外界環(huán)境隔離，然后再澆筑保護(hù)帽；對于銹蝕嚴(yán)重的主材和斜材，建議進(jìn)行更換，同時做好包覆防腐措施。防腐所用包覆材料一般可采用礦脂防蝕膏、防蝕帶及防腐涂料，如圖7所示。

圖7 鐵塔塔腳包覆前后外觀對比

4.2 改進(jìn)鐵塔塔腳板

保護(hù)帽的主要作用是保護(hù)地腳螺栓不會因偷盜、銹蝕等原因造成鐵塔傾覆。從圖1可知，對于處于保護(hù)帽內(nèi)的大斜鐵，其銹蝕嚴(yán)重程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于主材，主要是因為相比于主材，大斜鐵的厚度和寬度較小，在鍍鋅層被破壞后，腐蝕進(jìn)程不斷加快，最終導(dǎo)致大斜鐵完全失效。

綜合考慮保護(hù)帽的基本功能和圖1所反應(yīng)的問題，分析認(rèn)為將大斜鐵下端部一同澆制在保護(hù)帽內(nèi)的做法非常不合理，考慮到目前大部分110～220 kV線路常規(guī)塔型大斜材下端部與塔腳板底部距離一般在200 mm左右,如圖8虛線部分所示。根據(jù)國網(wǎng)公司保護(hù)帽施工標(biāo)準(zhǔn)工藝“保護(hù)帽寬度應(yīng)保證塔腳板和地腳螺栓保護(hù)厚度不小于50 mm，高度應(yīng)以超過地腳螺栓50～100 mm為宜并不小于300 mm”的要求，在正常澆制的情況下，下端部均會被澆制在保護(hù)帽內(nèi)。

因此，應(yīng)考慮對鐵塔塔腳板進(jìn)行改進(jìn)。考慮到保護(hù)帽300 mm高度要求，建議將大斜材所連塔腳板鋼板加寬，在大斜材料下端部的原兩連接孔移至沿著中心延長線上端部位置，一方面保證在不改變塔型設(shè)計的前提下能順利安裝，所產(chǎn)生的成本費(fèi)用也很小，另一方面保證下孔中心與塔腳板底部400 mm左右的凈空距離，確保正常保護(hù)帽澆制后，大斜材不會被澆制在保護(hù)帽內(nèi)（如圖8所示）。

4.3 加強(qiáng)質(zhì)量控制、驗收和運(yùn)行管理

基建施工過程，施工單位和監(jiān)理單位應(yīng)加強(qiáng)過程管控，嚴(yán)格按國網(wǎng)公司保護(hù)帽施工標(biāo)準(zhǔn)工藝要求規(guī)定進(jìn)行施工，確保保護(hù)帽澆制質(zhì)量。

運(yùn)行接收單位應(yīng)加強(qiáng)驗收管理，對于保護(hù)帽驗收不能只進(jìn)行外觀檢查，還應(yīng)根據(jù)一定的比例對保護(hù)帽敲開進(jìn)行抽檢；在投產(chǎn)1年時間內(nèi)，加強(qiáng)保護(hù)帽的運(yùn)行檢查，對于發(fā)現(xiàn)的保護(hù)帽質(zhì)量問題，應(yīng)及時向基建主管部門反饋，要求施工單位按要求重新澆制保護(hù)帽。

在日常巡視過程中，運(yùn)行單位對于發(fā)現(xiàn)保護(hù)帽風(fēng)化現(xiàn)象，應(yīng)引起充分重視，全面排查鐵塔主材和斜材的銹蝕情況，及時安排大修，確保線路安全運(yùn)行。

5 結(jié)論

（1）保護(hù)帽在施工時存在嚴(yán)重問題，在自然環(huán)境作用下快速風(fēng)化，致使保護(hù)帽內(nèi)部疏松且存在大量大小不一的空洞，水分在毛細(xì)作用下長期滯留，從而加速塔腿的腐蝕。

（2）酸性、高氯離子及硫化物濃度的雨水，長期滯留于疏松多孔的保護(hù)帽中，構(gòu)成了發(fā)生腐蝕的有利外部條件，在腐蝕產(chǎn)物疏松多孔結(jié)構(gòu)因素的共同作用下，導(dǎo)致塔腿塔材發(fā)生嚴(yán)重腐蝕。

（3）在保護(hù)帽澆制之前，使用包覆材料使構(gòu)件與外界環(huán)境隔離，可有效防止塔腳塔材的腐蝕。

（4）應(yīng)采取措施對鐵塔塔腳板進(jìn)行改進(jìn)，確保鐵塔斜材不被澆制在保護(hù)帽內(nèi)部。

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（本文編輯：徐晗）

Failure Analysis and Prevention of Tower Leg Corrosion of Transmission Lines

FANG Yuqun1，ZHOU Haifei2，XING Zheming1，CHEN Chen1，JIN Dejun1
（1.State Grid Jinhua Power Supply Company，Jinhua Zhejiang 321017，China；2.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

Serious leg corrosion affecting operation safety of towers is quite common in the operation of some110～220 kV transmission lines.Therefore，the paper discusses the corrosion causes and analyzes the corrosion sampling through morphology，EDS energy spectrum，X-ray diffraction and element；besides，it expounds intrinsic factors of anti-corrosion failure of the tower leg and presents some countermeasures.

tower leg；corrosion；failure analysis；prevention

10.19585/j.zjdl.201706015

1007-1881（2017）06-0064-04

TM753

B

2017-04-07

方玉群（1977），男，高級工程師，主要從事輸電線路運(yùn)行、檢修技術(shù)管理工作。