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摘要：变电站做为电力系统重要组成部分，对电能可靠性供给起到很大作用。本文探究了变电站接地网腐蚀机理，对腐蚀电化学理论在变电站接地网腐蚀诊断技术进行综合分析，免开挖无损腐蚀电化学理论诊断技术具有发展前景。
关键词：变电站;地网;腐蚀原因;防腐蚀措施
引言
在变电站的建设和稳定运行中，接地网是不可或缺的一部分，对于保障系统的稳定以及变电站内设备和操作人员的安全来说至关重要。目前，我国变电站接地网通常采用碳钢作为材料，由于接地网埋在地面下，常常被忽略，在土壤中长时间的运行，在受到各种条件的影响，运行一定年限后极易腐蚀，发生严重的损坏，影响系统的稳定，对电网造成了极大的影响。近些年来，随着电网的升级改造和超高压输电线路的发展，已经发生过多起由于接地网腐蚀而导致的运行事故。据报道，全国地网开挖检查中，有些过几年就已经腐烂，而变电站地网开挖重新敷设的投资也会相应增加数倍。因此，研究接地网的腐蚀原因，并采取有效的措施解决接地网腐蚀问题，保证电网安全稳定运行，是需要亟待解决的问题。
1接地网的腐蚀机理分析
1.1电化学腐蚀
（1）微观电池腐蚀。变电站接地网由带状碳钢焊接制成，碳钢的生产过程及接地网建设施工过程中会使碳钢发生金属组织不均匀，化学成分不均匀，表面状态不均匀及表面膜不完整等情况，上述情况的存在会引发微观电池腐蚀。微观电池腐蚀使接地网表面及焊接处产生微小缝隙，土壤中电解液进入缝隙继而引发缝隙腐蚀，加重腐蚀状况。
（2）宏观电池腐蚀。接地网的埋设面积近似于变电站地上设备的占地面积，较大的土壤接触范围造成接地网不同位置土壤环境的差异，极易形成浓差腐蚀电池腐蚀。因为主要成分不同，埋设接地网的土壤分成了砂石区和黏土区。在该腐蚀体系中，砂石区空隙大氧气充足，埋设在其中的碳钢电位较高，而黏土区密实缺少氧气，埋设在其中的碳钢电位低，两个区域共同构成氧浓差电池）。处在黏土区的碳钢成为宏观电池中的阳极，发生腐蚀的状况。异种金属接触形成的电偶腐蚀也是宏观电池腐蚀的一种。例如碳钢引下线与铜制接地网连接时会发生电偶腐蚀。在该体系中碳钢电位较低，作为阳极被氧化，发生腐蚀。另外，由于碳钢引下线面积小，铜制接地网面积大，二者发生“大阴极、小阳极”的腐蚀，会加快碳钢引下线的腐蚀速率。
1.2微生物腐蚀
微生物群落大量存在于土壤中，日常进行生命活动的微生物对接地网所用碳钢材料腐蚀产生的作用称之为微生物腐蚀，这些腐蚀过程是在微生物生命活动参与下的腐蚀过程。微生物本身不与碳钢发生作用，微生物生命活动的结果会影响腐蚀过程，其主要表现是微生物新陈代谢产物的腐蚀作用。
电极反应的动力学过程会被有些微生物生命活动影响，如在缺氧时硫酸盐还原菌的存在，氢离子的还原是阴极反应，氢原子是此过程产物;但氢过电位高，阴极上会被一层氢原子覆盖，促进氢原子消耗是因为硫酸盐还原菌的存在，去极化反应在这种情况下依旧可以进行下去，故此硫酸盐还原菌生命活动对阴极去极化过程起促进作用，会促进腐蚀反应的顺利进行。
金属所处环境也会被有些微生物改变，金属腐蚀受到氧浓度、盐浓度、pH值等影响。粘泥的沉积是微生物腐蚀的一个显著特征，地球上分泌黏液的微生物有很多，粘泥是与这些微生物分泌的粘液与自然介质中的土粒、矿物质、死亡菌体、藻类和金属腐蚀产物的混合物。金属表面的沉积层粘泥就是这些混合物。在粘泥覆盖的情况下，微生物腐蚀还有一个特点是，贫氧区引起氧浓度差电池会形成于金属局部表面，阳极腐蚀部位有孔蚀的迹象我们可见。
1.3杂散电流腐蚀
电气化铁路、高压输电线路以及变电站自身的泄流均会在土壤中产生杂散电流，杂散电流对于地下金属结构的腐蚀具有很强的影响。当电流未按预定的电路流通时，部分电流会从地下金属结构的一端流入，并从另一端流出，杂散电流流出端成為阳极区，此处的金属会遭到腐蚀破坏。研究表明，1A直流杂散电流一年就会溶解钢铁约9kg。一般认为交流杂散电流造成的腐蚀危害小于直流杂散电流的腐蚀危害，但是如果交流杂散电流长期存在，其对接地网的危害不可忽视。
2变电站地网防腐蚀措施
2.1设计方面
（1）变电站在选址后应进行埋设地网的土壤理化性能分析，并进行土壤的腐蚀性评价，确定该变电站接地网材质及防腐措施的选择要求。
（2）电缆沟道内的接地网，不宜采用普通钢材。如采用普通钢材，应加强防腐蚀措施。其防腐涂料可选用氯化橡胶、脂肪族聚氨酯、高氯化聚乙烯以及丙烯酸聚氨酯等涂料。
（3）在埋设地网时，工程常用“降阻剂”置换干燥的、不保水的、电阻率较大的沙石土，以满足地网接地电阻的设计要求，但使用经过“降阻剂”改良的土质，地网会遭受到严重的电化学腐蚀。应采用铜、铜包钢及其他耐腐蚀性能较好的材质，或增设其他牺牲性金属保证接地网的安全。
（4）在土壤腐蚀性较大及重工业污染区域，对接地网设计时应留有较高的腐蚀裕量;鉴于接地网主网维修困难，成本较高，且影响输电安全，接地网设计时应留有较高的安全储备。
（5）对土壤盐碱性较大的地区，有条件的建议进行采用换土措施，并在盐碱土壤与更换的新土壤间增加土工膜，防止盐碱土反渗污染新土壤。
（6）针对变电站土壤合理选择接地材质。
2.2阴极保护
阴极保护法最早是用于地下输油管道的防腐蚀中，近几年，才逐渐用于变电站地网及杆塔的防腐蚀中。阴极保护是一种电化学防护方法，其原理是向被腐蚀金属结构物表面施加一个外加电流，被保护结构物成为阴极，从而使得金属腐蚀发生的电子迁移得到抑制，避免或减弱腐蚀的发生。阴极保护可以通过两种方法实现，一是外加电流法，二是牺牲阳极法。
外加电流法是通过外加直流电源以及辅助阳极，迫使电子流从土壤中流向被保护金属，使被保护金属结构电位低于周围环境，达到防腐蚀的目的。外加电流法由于具有输出保护电流连续可调，可满足较大的保护电流密度要求，该方式主要用于保护大型或处于高电阻率中的金属结构，如敷设面积较大的地网或者是受保护面积较大的埋地管线。
牺牲阳极法是将一种电位更负的金属（如镁、铝和锌等）与被保护的金属结构物电性连接，并处于同一电解质中，通过电负性金属或合金的不断溶解消耗，使该金属上的电子转移到被保护金属上去，向被保护金属提供保护电流，使金属结构物获得保护。该方法简便易行，不需要外加电源，很少产生腐蚀干扰，广泛应用于保护小型或处于低土壤电阻率环境下（土壤电阻率小于100Ω·m）的金属结构。土壤中用的牺牲阳极材料主要有锌合金和镁合金两种，锌合金主要用于土壤电阻率较低的地区（ρ<10Ω·m），镁合金主要用于土壤电阻率较高的地区（15Ω·m<ρ<100Ω·m）。
2.3表面涂覆层保护
表面涂覆层保护就是依靠物理的、化学的方法，在金属材料表面涂覆一层耐腐蚀的材料，以达到减缓腐蚀、保护机体金属的目的，又称涂镀层保护或者表面保护。这种减缓腐蚀的方法，由于施工简单、消耗涂层少、得到的效果好以及造价相对较低而获得了广泛的应用。这类方法主要包括涂镀层保护、表面处理和内衬。涂镀层按其材料不同分为有机涂层、无机涂层和金属性镀层。
控制腐蚀的表面涂覆层技术可以通过三种途径起保护作用：机械性保护，化学性保护和阴极性保护。为了保障表面涂覆层的耐蚀性，要求其均匀完整、致密无孔，与基体金属粘接牢固，并且具有一定的强度和韧性。
结语
如果接地网按照可预见的均匀腐蚀速度进行，则危害不大。受土壤复杂理化性质的影响，变电站接地网发生腐蚀往往不均匀，主要原因是介质、表面状态和泄流分布不均匀，严重的情况会使接地网不连续，造成事故。控制接地网局部腐蚀要从控制均匀性入手，力争做到施工工程及维护过程中使接地网自身表面状态、土壤介质含水率均匀一致。
参考文献
[1]胡学文，许崇武.接地网腐蚀与防护的研究，湖北电力：2002.
[2]李建平.关健变电站接地网腐蚀机理及材料选择，电力建设，2005.
[3]陈立军，张心亚，陈焕钦.导电涂料的研究现状及发展趋势[J].
关键词：变电站;地网;腐蚀原因;防腐蚀措施
引言
在变电站的建设和稳定运行中，接地网是不可或缺的一部分，对于保障系统的稳定以及变电站内设备和操作人员的安全来说至关重要。目前，我国变电站接地网通常采用碳钢作为材料，由于接地网埋在地面下，常常被忽略，在土壤中长时间的运行，在受到各种条件的影响，运行一定年限后极易腐蚀，发生严重的损坏，影响系统的稳定，对电网造成了极大的影响。近些年来，随着电网的升级改造和超高压输电线路的发展，已经发生过多起由于接地网腐蚀而导致的运行事故。据报道，全国地网开挖检查中，有些过几年就已经腐烂，而变电站地网开挖重新敷设的投资也会相应增加数倍。因此，研究接地网的腐蚀原因，并采取有效的措施解决接地网腐蚀问题，保证电网安全稳定运行，是需要亟待解决的问题。
1接地网的腐蚀机理分析
1.1电化学腐蚀
（1）微观电池腐蚀。变电站接地网由带状碳钢焊接制成，碳钢的生产过程及接地网建设施工过程中会使碳钢发生金属组织不均匀，化学成分不均匀，表面状态不均匀及表面膜不完整等情况，上述情况的存在会引发微观电池腐蚀。微观电池腐蚀使接地网表面及焊接处产生微小缝隙，土壤中电解液进入缝隙继而引发缝隙腐蚀，加重腐蚀状况。
（2）宏观电池腐蚀。接地网的埋设面积近似于变电站地上设备的占地面积，较大的土壤接触范围造成接地网不同位置土壤环境的差异，极易形成浓差腐蚀电池腐蚀。因为主要成分不同，埋设接地网的土壤分成了砂石区和黏土区。在该腐蚀体系中，砂石区空隙大氧气充足，埋设在其中的碳钢电位较高，而黏土区密实缺少氧气，埋设在其中的碳钢电位低，两个区域共同构成氧浓差电池）。处在黏土区的碳钢成为宏观电池中的阳极，发生腐蚀的状况。异种金属接触形成的电偶腐蚀也是宏观电池腐蚀的一种。例如碳钢引下线与铜制接地网连接时会发生电偶腐蚀。在该体系中碳钢电位较低，作为阳极被氧化，发生腐蚀。另外，由于碳钢引下线面积小，铜制接地网面积大，二者发生“大阴极、小阳极”的腐蚀，会加快碳钢引下线的腐蚀速率。
1.2微生物腐蚀
微生物群落大量存在于土壤中，日常进行生命活动的微生物对接地网所用碳钢材料腐蚀产生的作用称之为微生物腐蚀，这些腐蚀过程是在微生物生命活动参与下的腐蚀过程。微生物本身不与碳钢发生作用，微生物生命活动的结果会影响腐蚀过程，其主要表现是微生物新陈代谢产物的腐蚀作用。
电极反应的动力学过程会被有些微生物生命活动影响，如在缺氧时硫酸盐还原菌的存在，氢离子的还原是阴极反应，氢原子是此过程产物;但氢过电位高，阴极上会被一层氢原子覆盖，促进氢原子消耗是因为硫酸盐还原菌的存在，去极化反应在这种情况下依旧可以进行下去，故此硫酸盐还原菌生命活动对阴极去极化过程起促进作用，会促进腐蚀反应的顺利进行。
金属所处环境也会被有些微生物改变，金属腐蚀受到氧浓度、盐浓度、pH值等影响。粘泥的沉积是微生物腐蚀的一个显著特征，地球上分泌黏液的微生物有很多，粘泥是与这些微生物分泌的粘液与自然介质中的土粒、矿物质、死亡菌体、藻类和金属腐蚀产物的混合物。金属表面的沉积层粘泥就是这些混合物。在粘泥覆盖的情况下，微生物腐蚀还有一个特点是，贫氧区引起氧浓度差电池会形成于金属局部表面，阳极腐蚀部位有孔蚀的迹象我们可见。
1.3杂散电流腐蚀
电气化铁路、高压输电线路以及变电站自身的泄流均会在土壤中产生杂散电流，杂散电流对于地下金属结构的腐蚀具有很强的影响。当电流未按预定的电路流通时，部分电流会从地下金属结构的一端流入，并从另一端流出，杂散电流流出端成為阳极区，此处的金属会遭到腐蚀破坏。研究表明，1A直流杂散电流一年就会溶解钢铁约9kg。一般认为交流杂散电流造成的腐蚀危害小于直流杂散电流的腐蚀危害，但是如果交流杂散电流长期存在，其对接地网的危害不可忽视。
2变电站地网防腐蚀措施
2.1设计方面
（1）变电站在选址后应进行埋设地网的土壤理化性能分析，并进行土壤的腐蚀性评价，确定该变电站接地网材质及防腐措施的选择要求。
（2）电缆沟道内的接地网，不宜采用普通钢材。如采用普通钢材，应加强防腐蚀措施。其防腐涂料可选用氯化橡胶、脂肪族聚氨酯、高氯化聚乙烯以及丙烯酸聚氨酯等涂料。
（3）在埋设地网时，工程常用“降阻剂”置换干燥的、不保水的、电阻率较大的沙石土，以满足地网接地电阻的设计要求，但使用经过“降阻剂”改良的土质，地网会遭受到严重的电化学腐蚀。应采用铜、铜包钢及其他耐腐蚀性能较好的材质，或增设其他牺牲性金属保证接地网的安全。
（4）在土壤腐蚀性较大及重工业污染区域，对接地网设计时应留有较高的腐蚀裕量;鉴于接地网主网维修困难，成本较高，且影响输电安全，接地网设计时应留有较高的安全储备。
（5）对土壤盐碱性较大的地区，有条件的建议进行采用换土措施，并在盐碱土壤与更换的新土壤间增加土工膜，防止盐碱土反渗污染新土壤。
（6）针对变电站土壤合理选择接地材质。
2.2阴极保护
阴极保护法最早是用于地下输油管道的防腐蚀中，近几年，才逐渐用于变电站地网及杆塔的防腐蚀中。阴极保护是一种电化学防护方法，其原理是向被腐蚀金属结构物表面施加一个外加电流，被保护结构物成为阴极，从而使得金属腐蚀发生的电子迁移得到抑制，避免或减弱腐蚀的发生。阴极保护可以通过两种方法实现，一是外加电流法，二是牺牲阳极法。
外加电流法是通过外加直流电源以及辅助阳极，迫使电子流从土壤中流向被保护金属，使被保护金属结构电位低于周围环境，达到防腐蚀的目的。外加电流法由于具有输出保护电流连续可调，可满足较大的保护电流密度要求，该方式主要用于保护大型或处于高电阻率中的金属结构，如敷设面积较大的地网或者是受保护面积较大的埋地管线。
牺牲阳极法是将一种电位更负的金属（如镁、铝和锌等）与被保护的金属结构物电性连接，并处于同一电解质中，通过电负性金属或合金的不断溶解消耗，使该金属上的电子转移到被保护金属上去，向被保护金属提供保护电流，使金属结构物获得保护。该方法简便易行，不需要外加电源，很少产生腐蚀干扰，广泛应用于保护小型或处于低土壤电阻率环境下（土壤电阻率小于100Ω·m）的金属结构。土壤中用的牺牲阳极材料主要有锌合金和镁合金两种，锌合金主要用于土壤电阻率较低的地区（ρ<10Ω·m），镁合金主要用于土壤电阻率较高的地区（15Ω·m<ρ<100Ω·m）。
2.3表面涂覆层保护
表面涂覆层保护就是依靠物理的、化学的方法，在金属材料表面涂覆一层耐腐蚀的材料，以达到减缓腐蚀、保护机体金属的目的，又称涂镀层保护或者表面保护。这种减缓腐蚀的方法，由于施工简单、消耗涂层少、得到的效果好以及造价相对较低而获得了广泛的应用。这类方法主要包括涂镀层保护、表面处理和内衬。涂镀层按其材料不同分为有机涂层、无机涂层和金属性镀层。
控制腐蚀的表面涂覆层技术可以通过三种途径起保护作用：机械性保护，化学性保护和阴极性保护。为了保障表面涂覆层的耐蚀性，要求其均匀完整、致密无孔，与基体金属粘接牢固，并且具有一定的强度和韧性。
结语
如果接地网按照可预见的均匀腐蚀速度进行，则危害不大。受土壤复杂理化性质的影响，变电站接地网发生腐蚀往往不均匀，主要原因是介质、表面状态和泄流分布不均匀，严重的情况会使接地网不连续，造成事故。控制接地网局部腐蚀要从控制均匀性入手，力争做到施工工程及维护过程中使接地网自身表面状态、土壤介质含水率均匀一致。
参考文献
[1]胡学文，许崇武.接地网腐蚀与防护的研究，湖北电力：2002.
[2]李建平.关健变电站接地网腐蚀机理及材料选择，电力建设，2005.
[3]陈立军，张心亚，陈焕钦.导电涂料的研究现状及发展趋势[J].