□王 浩(濮陽市豫安防腐有限公司)

一、陰極保護(hù)

利用陰極保護(hù)技術(shù)預(yù)防接地網(wǎng)的自然腐蝕和表面結(jié)垢現(xiàn)象,能有效地保證接地系統(tǒng)的完整性，使接地電阻小于規(guī)定的0.5Ω，保證供電生產(chǎn)安全。

（一）該技術(shù)的特點(diǎn)

陰極保護(hù)技術(shù)有充分的理論依據(jù)，根據(jù)各地的土質(zhì)及地表介質(zhì)的不同性質(zhì)，依據(jù)變電站運(yùn)行的年限，一般設(shè)計(jì)保護(hù)年限為30～50年，在此期間，使接地網(wǎng)的接地電阻小于0.5Ω，與其他方法相比，該技術(shù)的防腐保護(hù)效果非常明顯。

（二）接地網(wǎng)系統(tǒng)腐蝕機(jī)理

金屬在海水、淡水及土壤介質(zhì)中的腐蝕主要為電化學(xué)腐蝕，另外還有微弱的細(xì)菌腐蝕及雜散電流腐蝕。其腐蝕等級分為強(qiáng)、中、弱3種，具體如表1。

表1 腐蝕等級表

在腐蝕等級較強(qiáng)和中等地區(qū)，主要為酸、堿性土壤介質(zhì)，就要考慮接地網(wǎng)保護(hù)問題。在弱腐蝕地區(qū)，主要為巖石介質(zhì)，就要考慮降阻問題。

電化學(xué)腐蝕的機(jī)理：由于金屬中總是含一定量雜質(zhì)，如角鋼、扁鋼或圓鋼等，除了鐵質(zhì)之外，還有少量碳(C)等，當(dāng)放在酸、堿土壤介質(zhì)中時，F(xiàn)e與C分別產(chǎn)生了電極電位即：

上式中對Fe和C雖然環(huán)境相同，但反應(yīng)各種物質(zhì)介質(zhì)E是不相同的，所以Fe的E和C的E的值不相同，在Fe與C之間，必然形成電位差，當(dāng)構(gòu)成閉合電路時，有腐蝕電流通過，腐蝕因此產(chǎn)生了。這種腐蝕是微電池腐蝕，但腐蝕的快慢決定了腐蝕電流的大小，腐蝕電流由兩個因素決定：即Fe-C極間電阻的數(shù)值和電極附近的土壤介質(zhì)及其含氧量。

接地網(wǎng)系統(tǒng)中的另一種腐蝕為宏電池腐蝕，主要是因?yàn)橥粋€地網(wǎng)，有時處在不同的土壤中，造成接地網(wǎng)周圍含氧量及其介質(zhì)的不同，而形成宏電池，腐蝕嚴(yán)重，而發(fā)生在土壤交界處的腐蝕，會使金屬形成穿孔腐蝕或斷開。

在潮濕的土壤中，地網(wǎng)接地電阻小，但腐蝕嚴(yán)重，在干燥土壤中則相反。故在利用陰極保護(hù)技術(shù)保護(hù)地網(wǎng)時，必須參考腐蝕等級的劃分。

（三）地網(wǎng)電化學(xué)保護(hù)

根據(jù)電化腐蝕原因的分析，針對上面的敘述，可采取措施降低Fe-C極間的電位差，或者在地網(wǎng)中加上一種物質(zhì)，使其電位比鐵更負(fù)。地網(wǎng)電化學(xué)保護(hù)，就是采用的后一種方法。

陰極保護(hù)就是對被保護(hù)的金屬施加一定的陰極電流，使其產(chǎn)生陰極極化,當(dāng)金屬的電位負(fù)于某一電位值時，腐蝕的陽極溶解過程就會得到有效抑制。根據(jù)提供陰極電流的方式不同，陰極保護(hù)分為犧牲陽極法和外加電流法兩種，前者是將一種電位更負(fù)的金屬或合金與被保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)物電性連接，通過電負(fù)性金屬或合金的不斷消耗溶解，向被保護(hù)物提供保護(hù)電流，使金屬結(jié)構(gòu)物獲得保護(hù)。地網(wǎng)電化學(xué)保護(hù)就是利用陰極保護(hù)技術(shù)的犧牲陽極法，通過合理的設(shè)計(jì)可獲得良好的保護(hù)。

（四）犧牲陽極產(chǎn)品

近年來，針對不同的使用條件，有關(guān)研究部門先后研制了高效鋁合金犧牲陽極、耐高溫犧牲陽極、高活化性能鋁合金犧牲陽極、高效鎂合金犧牲陽極以及土壤中使用的各種陽極填料。

地網(wǎng)電化保護(hù)的犧牲陽極主要為鋅合金和鎂合金犧牲陽極，為減少接地電阻和保持陽極活性，將該陽極在土壤介質(zhì)中應(yīng)用時，在陽極周圍必須加裝填充料。

鎂合金犧牲陽極的電化學(xué)性能如表2，接地網(wǎng)地下金屬結(jié)構(gòu)陰極保護(hù)用鎂犧牲陽極型號、規(guī)格見表3。

表2 鎂合金犧牲陽極的電化學(xué)性能表

表3 接地網(wǎng)地下金屬結(jié)構(gòu)陰極保護(hù)用鎂犧牲陽極型號規(guī)格表

（五）技術(shù)數(shù)據(jù)、經(jīng)費(fèi)概算及經(jīng)濟(jì)比較

1.犧牲陽極保護(hù)材料用量的計(jì)算

本文的保護(hù)對象以60×6的鍍鋅扁鐵為準(zhǔn)，長度為1000m，腐蝕介質(zhì)以中性土壤且地下周邊環(huán)境水位偏高，設(shè)計(jì)的保護(hù)年限Y以30年為準(zhǔn)。

保護(hù)電流密度(if)的選用：由于中性通氣土壤鋼鐵的保護(hù)電流密度為10～50mA/m2，且周邊環(huán)境地下水位較高，故本站保護(hù)電流密度選定為22 mA/m2。

主地網(wǎng)被保護(hù)面積S的計(jì)算：S=[0.06×2+0.006×2]×1000=132 m2，保護(hù)電流 I計(jì)算：I=if·S=0.022×132=2.904(A)陽極材料的選定：由于鎂合金陽極比重小，電位相當(dāng)負(fù)，比較適合于各種土壤介質(zhì)中，故本文采用鎂合金陽極作為陰極保護(hù)材料。

鎂犧牲陽極用量(W)的計(jì)算:W=I·Y×Y單/(I單×P)，其中：Y—保護(hù)年限；I—保護(hù)電流；Y單—每年折算小時數(shù)；I單—單位發(fā)生電量；P—鎂陽極利用系數(shù)。

鎂陽極塊數(shù)的計(jì)算：根據(jù)具體情況，本站所用鎂陽極為14kg重的陽極塊。

陽極塊數(shù)的計(jì)算:

2.犧牲陽極在地網(wǎng)中的分布設(shè)計(jì)

在主地網(wǎng)和避雷針地網(wǎng)中分別依靠地網(wǎng)一點(diǎn)作為參照物，在該點(diǎn)放置一塊陽極塊，然后以該塊陽極為依據(jù)，根據(jù)水平地網(wǎng)及垂直接地極的分布，采用重心分布的原則進(jìn)行陽極塊在地網(wǎng)中的分布。

3.接地支線保護(hù)設(shè)計(jì)

接地支線(包括室內(nèi)和電纜溝內(nèi))由于受到大氣腐蝕，所以采用涂刷丙烯聚氨脂漆3道的方法進(jìn)行防腐保護(hù)。

4.測試樁的設(shè)計(jì)及測試

測試樁的設(shè)計(jì)所用材料及圖紙由中船重工725所提供。測試用搖表法和電流電壓法對保護(hù)的地網(wǎng)進(jìn)行測試，要求達(dá)到如下標(biāo)準(zhǔn)。一是經(jīng)陰極保護(hù)后，被保護(hù)的鋼鐵結(jié)構(gòu)相對于標(biāo)準(zhǔn)Cu/CuSO4參比電極的電位值為-0.85～-1.05V，不宜超過此范圍值，≮-1.2V，否則將會過保護(hù)造成不必要的浪費(fèi)。二是陰極保護(hù)接通和斷開的兩種情況相比，接通時的結(jié)構(gòu)物直流電位比斷開時低300mv。三是極化電位=‖OFF時電位‖-‖自然電位‖＞100mv。四是接地電阻≯0.5Ω。

5.經(jīng)費(fèi)概算

依據(jù)上面論述的有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)，參照市場鎂陽極的有關(guān)價格，可得鎂陽極造價為：816.2×55=44891(元)。鎂陽極輔助材料價格約為：44891×30%=13467.3(元)。故 1000m、60×6 的扁鋼保護(hù)30年所需犧牲陽極造價為：44891+13467.3=58358.3(元)。敷設(shè)人工費(fèi)及調(diào)試費(fèi)經(jīng)計(jì)算為14589.6。犧牲陽極總造價為：58358.3+14589.6=72947.9(元)。

6.經(jīng)濟(jì)比較

（1）主材料造價。1000m、60×6的扁鐵的造價為

1000×2.83×2.8=7924(元)

用陰極保護(hù)技術(shù)可使該接地網(wǎng)多運(yùn)行30年而不被更換，而一般未加犧牲陽極的地網(wǎng)一般在7年左右就需重新更換，故在30年內(nèi)不加犧牲陽極接地網(wǎng)的主材料造價為：

（2）輔材料造價。由于現(xiàn)在運(yùn)行的變電站90%以上均為水泥混凝土硬化路面，故更換接地網(wǎng)需開挖水泥路面，并要重新鋪設(shè)恢復(fù)。1000m、60×6地網(wǎng)鋪設(shè)一次需要硬化的水泥混凝土數(shù)量：0.6×0.2×1000=120m3；1 m3水泥混凝土的配比為：水泥0.25t、砂子 0.55 m3、石子 0.85 m3，故需水泥 30t、砂子 66m3、石子102 m3，故更換4次接地網(wǎng)需鋪設(shè)水泥混凝土造價為：[30×140+66×55+102×70]=59880(元)

（3）人工費(fèi)造價。根據(jù)預(yù)算，鋪設(shè)1000m、60×6鍍鋅扁鋼接地網(wǎng)人工費(fèi)造價為：88473.51(元)。更換4次地網(wǎng)需人工費(fèi)造價為：353894.04(元)

（4）30年內(nèi)更換4次接地網(wǎng)總造價為①+②+③=447734.04(元)

（5）經(jīng)濟(jì)比較：鋪設(shè)1000m地網(wǎng)外加犧牲陽極保護(hù)安全運(yùn)行30年的總造價為：72947.9+111367.51=184315.41(元)

故外加犧牲陽極保護(hù)接地網(wǎng)在同樣安全運(yùn)行30年的情況下可節(jié)省的資金為：263418.63(元)。利用陰極保護(hù)技術(shù)建設(shè)地網(wǎng)的費(fèi)用占不利用該技術(shù)的費(fèi)用比為41.2%。

（六）陰極保護(hù)系統(tǒng)的安裝

1.衛(wèi)生與安全考慮

全部施工作業(yè)都應(yīng)按適用規(guī)范進(jìn)行。

2.通報(bào)

在開挖之前，應(yīng)及時通知有關(guān)部門使他們能在計(jì)劃中的施工地段標(biāo)出任何地下建筑物的位置，以免意外地對這些建筑物造成損害。

3.現(xiàn)場條件

施工前應(yīng)對地下接地網(wǎng)區(qū)域的施工圖紙進(jìn)行審查，并考慮某些其它因素，如地下水位、地上構(gòu)筑物等。

4.安裝程序

一是安裝時應(yīng)與有關(guān)的操作人員進(jìn)行協(xié)調(diào)，最大限度地減少安裝工作對生產(chǎn)的影響；二是陰極保護(hù)系統(tǒng)的所有施工工作均應(yīng)符合施工圖和技術(shù)規(guī)范的要求；三是陰極保護(hù)系統(tǒng)的安裝應(yīng)在經(jīng)過培訓(xùn)的合格人員的監(jiān)督下進(jìn)行，以確保符合圖紙和規(guī)范要求。

5.犧牲陽極及輔助陽極

一是袋裝陽極的儲存應(yīng)保持干燥；二是陽極安裝應(yīng)符合規(guī)范要求；三是回填時應(yīng)注意不要損害導(dǎo)線和接線頭。

（七）運(yùn)行和維護(hù)

應(yīng)建立陰極保護(hù)系統(tǒng)的最終運(yùn)行水平，以達(dá)到正確的陰極保護(hù)準(zhǔn)則。做到維護(hù)檢查、外觀檢查、補(bǔ)救措施、記錄等各項(xiàng)程序和做法的要求。

二、陰極保護(hù)技術(shù)在電力接地網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用推廣

陰極保護(hù)技術(shù)在電力接地網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用主要以電阻率較低的條件為原則，對于電阻率較高的巖石及砂礫石等地質(zhì)條件，陰極保護(hù)技術(shù)將起不到保護(hù)作用，效果不大。

近年來，濮陽市豫安防腐公司一直致力于陰極保護(hù)技術(shù)在電力接地網(wǎng)系統(tǒng)的開發(fā)和利用，已在華北電力、華中電力、山東電力等數(shù)十個變電站地網(wǎng)改造、新地網(wǎng)的敷設(shè)中采用了該項(xiàng)技術(shù)，(如天津110kV郎園站，吳港站，山東濟(jì)南110kV站等)，提高了變電站地網(wǎng)運(yùn)行的可靠性，保證了電力系統(tǒng)安全生產(chǎn)。