曹長(zhǎng)勝，張 軍

(貴州電力設(shè)計(jì)研究院，貴陽(yáng) 550002)

0 引 言

輸電線路是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要組成部分，而鐵塔又是維系輸電線路正常運(yùn)行的關(guān)鍵因素。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的飛速發(fā)展，架空輸電線路鐵塔越來(lái)越高，結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，所處的環(huán)境也復(fù)雜多樣，架空輸電線路長(zhǎng)期暴露于外界環(huán)境中，酸性雨水、大氣污染極易誘發(fā)鐵塔銹蝕老化。銹蝕現(xiàn)象是輸電鐵塔服役過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生的現(xiàn)象，這不僅會(huì)縮短鐵塔的使用壽命，而且影響鐵塔正常使用，嚴(yán)重的甚至?xí)l(fā)生倒塔事故，危及輸電線路的正常運(yùn)行。需要深入剖析鐵塔腐蝕影響因素，以制定有針對(duì)性的治理措施。

1 銹蝕輸電鐵塔概況

該線路投運(yùn)于1998年12月7日。銹蝕輸電鐵塔位于貴州省遵義市紅花崗區(qū)，線路全長(zhǎng)22.414 km，全線分I級(jí)、II級(jí)和III級(jí)污區(qū)，其中I級(jí)污區(qū)7.009 km，II級(jí)污區(qū)7.275 km，III級(jí)污區(qū)8.130 km，導(dǎo)線型號(hào)為1×LGJ-400/35 鋼芯鋁絞線，地線型號(hào)為GJ-7×3.0鋼絞線，最大設(shè)計(jì)風(fēng)速30 m/s，全線10 mm冰區(qū)，沿線海拔高程900～990 m，地震烈度小于VI度。銹蝕輸電鐵塔為N5號(hào)鐵塔，為YJ31-23型耐張塔，位于III級(jí)污區(qū)，耐張段長(zhǎng)1 402 m/1 764 m。受運(yùn)行單位委托，針對(duì)N5號(hào)輸電鐵塔銹蝕情況開(kāi)展專(zhuān)項(xiàng)調(diào)查并啟動(dòng)整治措施。

2 鐵塔銹蝕危害及機(jī)理分析

2.1 鐵塔銹蝕狀況

輸電鐵塔鋼結(jié)構(gòu)部件的銹蝕情況主要表現(xiàn)為局部銹蝕和整塔銹蝕[1]。輸電線路投運(yùn)后，由于輸電鐵塔是暴露在大氣中的，長(zhǎng)期經(jīng)受風(fēng)雨污穢洗禮，其惡劣的運(yùn)行環(huán)境起初只會(huì)使鐵塔鋼構(gòu)件產(chǎn)生局部銹蝕(點(diǎn)銹)，若未經(jīng)及時(shí)治理，再經(jīng)過(guò)數(shù)年，其局部銹蝕即可轉(zhuǎn)變?yōu)檎P蝕，輸電鐵塔的銹蝕等級(jí)[2]見(jiàn)表1。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，N5號(hào)鐵塔原采用熱鍍鋅加涂層防腐，其塔腿主材、斜材以及輔材，塔身主材、斜材及輔材均有不同程度的銹蝕，其中C腿銹蝕最為嚴(yán)重，塔腿斜材已銹蝕斷裂，鐵塔存在嚴(yán)重安全隱患[3]。對(duì)照表1所列銹蝕等級(jí)，N5號(hào)鐵塔C腿主材及斜材已達(dá)到1-2級(jí)銹蝕，塔身局部斜材及輔材達(dá)到3-4級(jí)銹蝕，鐵塔銹蝕情況如圖1-3所示。

表1 輸電鐵塔表面銹蝕等級(jí)劃分表Table 1 Grade partition of rustiness on the surface of transmission tower

圖1 C腿主材及斜材

圖2 C腿輔材

圖3 塔身主材及斜材

2.2 鐵塔銹蝕的危害及產(chǎn)生機(jī)理

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件生銹腐蝕將會(huì)造成構(gòu)件截面減小、承載力下降，尤其是腐蝕產(chǎn)生的“銹蝕坑”將使鋼結(jié)構(gòu)的脆性破壞的可能性增大[4]；此外，生銹腐蝕也將嚴(yán)重影響鋼結(jié)構(gòu)的耐久性，使得后期維護(hù)費(fèi)用昂貴。

鋼材銹蝕按其作用機(jī)理可分為2大類(lèi)：化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。

1)化學(xué)腐蝕是指鋼材直接與大氣或工業(yè)廢氣中含的氧氣、酸性氣體或非電介質(zhì)液體發(fā)生表面化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的腐蝕。其主要機(jī)理(以鹽酸為例)如下：

2Fe+6HCl=2FeCl3+3H2↑

整個(gè)腐蝕過(guò)程由完整致密的鋼材逐漸腐蝕形成可溶性的金屬鹽類(lèi)為止。

2)電化學(xué)腐蝕是由于鋼材內(nèi)部含有的其他金屬雜質(zhì)，由于其具有不同電極電位，在與電介質(zhì)或水、潮濕氣體接觸時(shí)，產(chǎn)生原電池作用，使鋼材腐蝕。其主要機(jī)理如圖4所示。

圖4 電化學(xué)腐蝕

陽(yáng)極放出電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。

陰極接收電子，發(fā)生還原反應(yīng)。

整個(gè)腐蝕過(guò)程由陽(yáng)極和陰極構(gòu)成，結(jié)果生成Fe(OH)2沉積于鋼材表面，并在富氧條件下進(jìn)一步被氧化、脫水，變成疏松、多孔、非共格結(jié)構(gòu)的Fe2O3(即常見(jiàn)的“鐵銹”)。

實(shí)際工程中，絕大多數(shù)的鋼材腐蝕是化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕[5]同時(shí)作用產(chǎn)生的。

2.3 鐵塔銹蝕的影響因素

鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生銹蝕是由多種因素相互作用而形成的，輸電鐵塔所處的運(yùn)行環(huán)境、生產(chǎn)制造材料、安裝工藝水平以及安裝后的日常運(yùn)維水平都會(huì)對(duì)其銹蝕產(chǎn)生影響?？傮w上可以將輸電鐵塔銹蝕的主要因素歸結(jié)為環(huán)境因素(空氣濕度、溫度、含鹽量等)和人為因素(運(yùn)維管理)，即：

1)空氣濕度：空氣濕度越大，銹蝕速度越快；

2)大氣溫度：一般情況下，溫度逐漸升高時(shí)會(huì)加速銹蝕；

3)空氣含鹽量：空氣中鹽分越高，輸電鐵塔銹蝕現(xiàn)象越明顯，尤其在沿海地區(qū)[6]；

4)人為管理：后期運(yùn)維管理不到位，除銹防銹措施不及時(shí)，會(huì)加重銹蝕[7]。

2.4 N5號(hào)鐵塔銹蝕原因分析

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查走訪分析，該案例中，N5號(hào)輸電鐵塔銹蝕原因分析如下。

1)銹蝕輸電鐵塔右前側(cè)C腿方向有一小型化糞池，其長(zhǎng)期散發(fā)腐蝕性氣體SO2，空氣中長(zhǎng)期存在的腐蝕性氣體外加氣候潮濕是導(dǎo)致N5號(hào)輸電鐵塔出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象的主要原因。

2)N5號(hào)輸電鐵塔所屬區(qū)段為Ⅲ級(jí)污區(qū)(重污區(qū))，空氣中的粉塵、污物鹽類(lèi)含量較高，是導(dǎo)致其出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象的次要原因。

3)該線路自投運(yùn)以來(lái)，歷經(jīng)數(shù)家單位運(yùn)維管理，交接資料不完善，運(yùn)行維護(hù)管理不到位。后期涂裝、涂刷不夠規(guī)范合理?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)，部分構(gòu)件涂層過(guò)薄，個(gè)別部位未涂刷到位，除銹防銹措施不及時(shí)，此為鐵塔銹蝕形成的原因。

4)該線路投運(yùn)年代較為久遠(yuǎn)，囿于其當(dāng)時(shí)的鋼材加工制造工藝以及防腐蝕處理工藝，出現(xiàn)不同程度的銹蝕。

3 銹蝕鐵塔的處理方案

基于以上分析及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，N5號(hào)輸電鐵塔已經(jīng)嚴(yán)重銹蝕，尤其是C腿已喪失其應(yīng)有的承載力，無(wú)法滿足正常使用，需盡快著手拆除銹蝕鐵塔，并剖開(kāi)A、B、C、D腿基礎(chǔ)保護(hù)帽，查看基礎(chǔ)內(nèi)部地腳螺栓銹蝕狀況。據(jù)此，提出如下2個(gè)方案。

1)恢復(fù)重建方案：據(jù)了解，該基鐵塔在2008年冰災(zāi)期間運(yùn)行正常，未曾發(fā)生冰害狀況[8]，若各腿基礎(chǔ)的地腳螺栓均未發(fā)生銹蝕現(xiàn)象，則對(duì)該基鐵塔原地原貌修復(fù)，即拆除地上部分，重新組立一基同等型號(hào)鐵塔YJ31-23。

2)易址遷改方案：若任一基礎(chǔ)地腳螺栓存在銹蝕現(xiàn)象，則對(duì)該基鐵塔進(jìn)行遷改。在N5號(hào)塔前側(cè)10 m處新立一基耐張塔，即沿N3～N5耐張段直線方向前移，后側(cè)地形較陡不宜立塔。由于該耐張段前側(cè)跨越110 kV線路，后側(cè)跨越公路、鐵路，其導(dǎo)、地線均不能接頭，需更換該耐張段的導(dǎo)地線。由于N6號(hào)直線塔ZM11-16帶轉(zhuǎn)角，該方案需對(duì)N6號(hào)塔進(jìn)行校核補(bǔ)強(qiáng)。另需調(diào)查N5號(hào)塔C腿方向化糞池歸屬，并對(duì)該化糞池進(jìn)行中和填埋處理。

4 銹蝕鐵塔的處理結(jié)果

綜合鐵塔銹蝕機(jī)理分析及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，為最大限度的減少造價(jià)和縮短工期，經(jīng)查看，銹蝕鐵塔各腿基礎(chǔ)的地腳螺栓均未發(fā)生銹蝕現(xiàn)象，故采用原地恢復(fù)重建方案。修復(fù)后該鐵塔運(yùn)行狀況至今良好，如圖5所示。

圖5 修復(fù)后鐵塔地腳螺栓情況

5 結(jié) 語(yǔ)

為了防止鐵塔出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，通常會(huì)采取一系列的防腐措施，如將防腐漆料涂刷在鐵塔表層。但在實(shí)際涂裝工作中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)不規(guī)范和不合理的現(xiàn)象。此外，在具體的涂裝中涂層厚度不均勻，如果涂層厚度過(guò)大就會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂情況，反而起不到防腐效果[9]。因此，如果不及時(shí)加強(qiáng)涂裝工作的質(zhì)量控制和管理，涂層就會(huì)存在很多缺陷問(wèn)題，影響整體的防腐效果，降低鐵塔的整體使用壽命。

隨著電網(wǎng)建設(shè)的不斷發(fā)展，處在復(fù)雜外界環(huán)境中的輸電鐵塔，經(jīng)常面臨著多種多樣的自然環(huán)境，其發(fā)生腐蝕現(xiàn)象的程度和原因也各不相同 。電力企業(yè)應(yīng)準(zhǔn)確了解各地區(qū)環(huán)境特點(diǎn)以及鐵塔發(fā)生腐蝕現(xiàn)象的程度和原因，積極采取新涂料和新工藝進(jìn)行鐵塔防護(hù)；同時(shí)根據(jù)新建鐵塔和已銹蝕鐵塔的特點(diǎn)，采取針對(duì)性的防護(hù)工作，加強(qiáng)運(yùn)維管理，提升防銹蝕能力，延長(zhǎng)鐵塔的整體使用年限，從而推動(dòng)電力事業(yè)的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定發(fā)展。