火电厂接地网腐蚀分析及防控措施

摘 要：火电厂的接地系统长期在地下土壤环境中易受腐蚀，接地网腐蚀会引起接地电阻值升高、散流能力下降，进而导致设备因雷电流、浪涌以及故障电流而损坏，影响火电厂正常生产运行，造成事故及经济损失。本文针对火电厂接地网现状对腐蚀机理、腐蚀环境因素进行分析，并结合接地网材料、阴极保护装置、施工过程质量管理探讨接地网的防控措施。
   关键词：接地网；腐蚀；影响因素；防控措施；

0  引言

接地是火电厂安全可靠运行不可缺少的电气安全技术。接地系统安装的是否合理，不仅影响火电厂的正常运行，还直接影响到电气设备和人身的安全。电力系统中的接地方式可分为工作接地、防雷接地、保护接地和直接接地，在防雷与防静电等方面具有泄流和均压的作用，是保护人身、设备及系统安全的重要环节。

在我国火电厂普遍采用热浸镀锌钢作为接地网材料，由于接地网埋设于地下难以直接监视，接地网在投运后，易受土壤环境的影响发生腐蚀。由于土壤中的电解质与被保护金属表面接触，导致金属不同位置电极电位不同，形成腐蚀原电池，最终致使接地网发生局部腐蚀，腐蚀发生后，接地网金属材料的强度、韧性、塑性都会明显降低，甚至会引起金属断裂，造成接地网性能下降，致使电流不能顺畅地泄入大地，致使电网高压窜入二次回路及操作系统[4]，引起设备拒动或误动而停电或扩大事故范围，带来巨大的经济损失和造成不良的社会影响。

由于火电厂的接地网埋设在地底下，接地网如果有问题对其检查、维护及翻修改造是相当困难的。因此本文根据火电厂接地网现状，简述接地网的腐蚀机理，分析腐蚀环境，并结合接地网材料、阴极保护装置、施工过程质量管理探讨接地网的防控措施，保证接地性能的稳定性，延长接地装置使用寿命。

1  电力接地网腐蚀机理分析

接地网按腐蚀机理分主要有化学腐蚀和电化学腐蚀两种。

1.1 电力接地网化学腐蚀

接地网的化学腐蚀是指接地材料金属表面与环境中的化学物质发生化学反应而破坏被保护金属。腐蚀过程中，金属表面的原子与环境中的非电解质直接发生反应。化学腐蚀发生在金属与非电解质直接接触发生氧化腐蚀的过程，所以化学腐蚀时没有电流产生。

 1.2 电力接地网的电化学腐蚀

在土壤中存在大量细微孔隙，土壤的孔隙中含有空气和水份，土壤中含有的盐类溶解在水中形成电解质溶液。土壤环境中的接地材料表面不同部位因受到温度、盐浓度、氧浓度、水含量等因素影响，这些因素直接影响金属腐蚀的速度和类型。

接地金属构件上不同部位的电位存在差异，它通过土壤介质构成回路，形成腐蚀电池。电位较负的部位成为阳极，进行金属溶解反应，放出电子，电位较正的部位成为阴极区[3]，进行阴极反应。

①析氢腐蚀：在酸性较强的土壤中被保护金属会发生电化学腐蚀产生氢气，H⁺浓度变大，负极上发生氧化反应Fe-2e-=Fe2+ Fe2++2H2O=Fe（OH）2+2H+，溶液中的H+在正极上得电，产生H2，即2H++2e-=H2↑。

②吸氧腐蚀：在酸性较弱的电解质溶液中，H＋浓度较小，溶解于水膜中的O2在正极上与电子发生还原反应，即2H2O+O2+4e-=4OH-，其余过程与①一样[2]。

2  电力接地网的腐蚀环境分析

2.1土壤因素

土壤是地球陆地最上面的一层疏松的物质，由矿物质、有机物、水分、空气和微生物等组成是一种成分十分复杂的物质，它有多种物化性质对接地网的腐蚀有直接影响，如土壤的电阻率、含水量、含氧量、含盐量以及土壤的酸碱度等，都直接影响接地网的腐蚀。以火电厂接地网常用的钢材为例分析土壤环境因素对接地网材料的腐蚀影响。

（1）土壤电阻率。土壤电阻率是反映土壤对电流强度的阻碍能力，电阻率主要取决于土壤的性质。通常情况下，当土壤含水量增加时，电解质溶液浓度也会相应提高，使得土壤中的离子活度增加，从而提高了土壤的导电性，导致电阻率降低；通常情况下土壤的盐度越高,其离子浓度越大,土壤的电导率也就越高,其电阻率也就越低；通常情况下，土壤的电阻率越小，土壤对金属材料的腐蚀性就越强，由于影响土壤的因素较多，土壤的电阻率和腐蚀性之间的关系受到多种因素的影响，因此他们之间不是简单的线性关系。

（2）土壤含水量。土壤中的水分使得土壤具备了电解质溶液的特征，从而促进了电化学腐蚀的发生，是造成电化学腐蚀的先决条件,腐蚀过程涉及到阳极和阴极的反应，其中水分作为电解质，促进了电子的流动和氧化还原反应的进行。土壤中的含水量适中时，有利于电解质的离子化，从而增强了土壤的导电性，加速了对金属材料的腐蚀过程。土壤的含水量并非越多越好，过高的含水量可能会导致土壤变得过于湿润，土壤的透气性反而会降低，对氧气的供应产生影响，进而影响腐蚀速率。

（3）土壤含氧量。土壤空气中氧气的含量通常占总气体的20%~30%，其直接参与了金属在土壤中的电化学腐蚀过程。土壤中的氧气含量直接影响金属的腐蚀速率，在不同的土壤环境中氧气与金属接触部位形成氧浓差电池，进而加快金属的腐蚀。土壤中的氧气含量越高，金属的腐蚀速率通常越大，随着土壤中溶解氧含量的增加，电极极化电阻变小，腐蚀电流密度明显变大，金属腐蚀速率显著上升‌。

（4）土壤含盐量。土壤中的盐分对金属材料的腐蚀影响较大[5]。土壤中的含盐量越大，其电阻率就越小，土壤对金属材料的腐蚀性就越强‌。这是因为含盐量越高，土壤的导电性越好，使得金属与土壤之间的电化学反应更加活跃，从而导致腐蚀速度加快。

（5）土壤的酸碱度。土壤的pH值是影响金属在土壤中腐蚀速率的关键因素之一。土壤 pH 值小于5.5或大于 8.5则属于强酸或强碱性。通常情况下，土壤的酸性越强，其对金属材料的腐蚀性就越大，碱性土壤对金属的腐蚀性相对较小。这是因为土壤的酸碱度直接影响金属表面的电化学反应，进而影响金属的腐蚀速率。

2.2杂散电流因素

杂散电流是指在规定的电路回路以外因泄漏导致流动的电流，也被称为“迷流”。它是电力设备运行中产生，经由接地网、相邻埋地金属管道或构件进入土壤电解质中的不按规定流动的电流，包括直流杂散电流和交流杂散电流[1]。杂散电流产生的原因很多，主要可以归纳为以下两点：

（1）电位梯度。当电场的电位分布不均匀，存在电位梯度时，电场中不同位置的电势能不同，会导致金属内部的自由电子在电场力的作用下从高电势能区域向低电势能区域移动，使金属的阳离子与电子分离，从而造成对接地网的腐蚀。因为存在电位梯度，电场会使电力设备中的部分电流流入土壤和接地网中，然后电流再通过埋地金属物流向大地再返回到电力设备的负极，从而形成杂散电流对接地网进行腐蚀。

（2）电流泄露。电流泄露主要是由于电气设备的材料绝缘不良、材料老化、破损等原因引起的。由于电场力的存在，电流泄露到埋地接地网中时，金属内部的自由电子发生定向移动，导致金属表面带负电，迫使金属离子与电子分离，最终导致接地网遭受腐蚀。

 有关研究表明，在相同工况下，直流杂散电流对接地网的腐蚀作用显著高于交流电流，达到了百倍的差异，是接地网腐蚀的主要原因之一。

3  电力接地网腐蚀的防控措施

3.1选择合适的接地网材料

在会严重腐蚀钢制材料的土壤环境中,宜采用铜质、铜覆钢或其他等效防腐性能材料的接地网。但铜质接地网的造价太高，且制造工艺较为复杂，在同等情况下，铜质材料的接地网造价大约是镀锌扁钢的3~5倍。在腐蚀性较弱的土壤地区，接地网材质主要选用热浸镀锌扁钢及圆钢。

3.2增加阴极保护装置

‌阴极保护装置的主要作用是防止接地网受到电化学腐蚀。‌

阴极保技术是电化学保护技术的一种，是通过施加一个外加电流在被腐蚀金属表面，使被腐蚀金属成为阴极，从而达到防止金属腐蚀的目的。这种技术通过电化学方法使金属结构物表面极化，使其电位向负极移动，以达到在电解质环境中处于阴极状态，当金属的电位负于某一电位值时，腐蚀的阳极溶解过程得到有效抑制，从而避免或减弱腐蚀。阴极保护法分为外加电流阴极保护和牺牲阳极阴极保护两种。牺牲阳极阴极保护就是在被保护设备上连接或焊接电位比被保护金属电位更负的金属作为阳极,如铝、锌、镁等。通过不断消耗阳极材料,释放出保护电流向供给被保护金属，从而达到保护金属材料的目的。外加电流阴极保护是通过施加外部电源给被保护金属，使被保护金属的电位远高于周围环境，进而达到保护的作用。实践证明，接地网中安装阴极保护装置后，使被保护金属的寿命得到提高。

3.2加强施工过程质量管理

防雷接地是一项隐蔽工程，在施工期间，接地网的相关部件被埋入地下或其他覆盖物中，一旦完成覆盖，其表面将不可见。使得其质量和安全性在后续难以直接检查，因此在进行隐蔽工程施工期间，需要进行严格的材料进场检查、加强施工过程管理及回填土施工质量管理等措施。

（1）进行严格的材料进场检查。接地网是火电厂设备安全稳定运行的重要组成部分。现阶段我国热镀锌钢材市场竞争日益激烈，许多企业通过降低成本来提高市场的竞争力，这些企业生产出来的热镀锌钢材往往低于《金属覆盖层钢铁制件热浸镀锌层技术要求及试验方法》（GB/T 13912-2020）规范要求。当工件厚度大于或等于6毫米时，镀锌层的平均厚度应大于85μm，而局部厚度应不小于70μm。镀锌层达不到规范要求会导致接地网容易生锈和腐蚀，从而缩短使用寿命。

（2）加强施工过程管理。在防雷接地系统施工期间，要价格相关规范和标准落实到位，保证施工的科学性和合理性；接地扁钢的顶面埋不应小于0.6米，扁钢与扁钢、角钢搭接长度不应少于扁钢宽度的2倍，两个大面不应少于3个棱边焊接，焊接时焊接接头上不允许出现焊接缺陷。接地网所有焊接处均应在焊接完后进行防锈，防腐处理，将金属表面清污，去掉焊接处残留焊药，在焊痕处100mm内先刷二道防锈漆，再刷两道面漆，各涂层一定要完整。

（3）加强回填土管理。接地网的回填土是接地网的重要保护措施之一，它能够增加接地电阻，提高接地网的保护效果。回填前需清理完回填区域的杂物及垃圾，采用足够干燥、松散、排水性好的土壤回填并夯实，避免土壤中出现气孔，避免接地网与土壤环境中的空气、水接触，可显著降低接地网的腐蚀速率。‌‌

4  结论

在电力系统设备运行中，接地是电力系统中的一项重要技术手段，接地系统的运行稳定性对设备安全稳定运行起到至关重要的作用。本文主要从电力接地网腐蚀机理分析、电力接地网的腐蚀环境分析、电力接地网腐蚀的防控措施三个方面，说明了引起接地网腐蚀的原因及防控措施。经过分析比较，通过热浸镀锌钢材加阴极保护装置的方法可以为电力系统提供长期的防腐保护，有效地延长接地网的寿命，还能进一步提高经济效益。

参 考 文 献

[1] 李建华，郑敏聪，聂新辉．变电站内杂散电流对接地网腐蚀的影响[J]．腐蚀与防护，2012，9：804-822．

[2] 万欣，李景禄．接地装置的腐蚀及防腐蚀措施的研究[J]．电磁避雷器，2006，4：37-40.

[3] 孙荆茶，唐巧玲，李国晋．接地装置电化学腐蚀原理及阴极保护法的应用[J]．数字技术与应用，2010，4:127-128

[4] 朱志平，马骁，荆玲玲，熊书华等.变电站土壤腐蚀性评价及接地网金属腐蚀特性分析.电磁避雷器[J]，2009，4：18-26

[5] 陈敬友，陈超，吴迪，胡家元，韩升，司战超.腐蚀与防护[J]，2021,3：64-78