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接地防蚀金属材料性能试验研究

摘要：研究经济有效的耐蚀接地金属材料对于提高电工作稳定性有重要意义。用电化学测试方法及电解试验方法在实验室进行了金属材料耐蚀性能筛选试验，并在变电站现场进行了小型埋置试验。试验结果表明，金属材料CL2的耐蚀性能比普通碳钢高5~7倍，这对于延长接地使用寿命具有重要意义；镀锌钢作为接地材料对于延长接地使用寿命实际作用不太显著。

关键词：接地；耐蚀金属材料；电化学测试 无标题文档1 引言

变电站容量的扩大对接地安全运行的要求更为严格，对接地体的热稳定性的要求更高。在我国，由于资源、经济等原因，接地所用的材质主要为普通碳钢。接地腐蚀通常呈现局部腐蚀形态，发生腐蚀后接地碳钢材料变脆、起层、松散，甚至发生断裂。某盐碱性土壤变电站现场与接地连接的普通碳钢试片埋置2年后的表面情况。一般性土壤变电站现场与接地连接的普通碳钢试片埋置226天后的表面情况。无论在盐碱性土壤中还是在一般性土壤中，接地的碳钢试片腐蚀是非常严重的，其表面有许多局部腐蚀坑，试片边缘也不完整。

商洛腐蚀是导致接地体事故扩大的一个主要原因。因为对于运行多年的接地而言，由于腐蚀性土壤环境中的电化学腐蚀以及电设备等运行中的泄流造成的腐蚀使得接地体截面减小，甚至断裂，造成接地性能不良，不能满足热稳定性的要求，因而电路电流将会烧坏接地，使得变电站内出现高电位特别是物理方法制备的纳米粒子差，造成其它主设备的毁坏事故，还会危及人身安全。由于接地埋设在地下，一旦腐蚀严重到使接地的接地电阻不推板合格，甚至局部断裂时，对接地的翻修改造是相当费劲和困难的，费用也是巨大的。因此防止接地腐蚀，保证接地性能的稳定性，延长接地的使用寿命，是电力系统安全经济生产所迫切需要解决的课题。

对于接地防腐蚀的研究，目前国内主要有两条路线[1]，一是研制耐蚀性能优良而且经济性好的导电材料以取代目前普遍使用的碳钢；二是采用电化学保护技术以减缓正在服役的接地的腐蚀速度，延长使用寿命。原武汉水利电力大学“接地防蚀研究及应用”课题组经过长期大量的试验，已经筛选出耐蚀性能优良且价格合理的材料，可以取代目前广泛使用的普通碳钢。

2 试验情况

由于接地土壤腐蚀是一个缓慢环形螺母过程，因此为了能快速优选出所需的材料，在实验室里进行了电化学测试，试验测试方法包括极化曲线、交流阻抗和动电位扫描。由于变电站接地要承受雷电流及电不平衡电流的泄流作用，因此在对材料进行筛选时必须了解材料的耐电解电流腐蚀的性能，为此在实验室里进行了材料的电解试验。试验所用土壤介质的理化性质分析结果，其自腐蚀电位为-688mV。根据德国DIN 50929土壤腐蚀性评价标准评价该土壤为腐蚀性土壤[2]。试验所筛选的材料为2种稀土钢材（CL4和CL5）及3种常见表面处理的合金钢（CL1、CL2和CL3）。为了便于对比，试验还使用了普通碳钢及镀锌钢。根据实验室初步试验的结果，在变电站现场土壤中埋置了一定数量的材料试片以了解材料在变电站土壤现场中的耐蚀性能。

（1）极化曲线测试

1）试验条件

试验采用三电极体系，即工作电极、参比电极和辅助阳极。其中工作电极是将各种材料制作成体积为1cm3的小块，留出一表面作为研究面，其余表面用环氧树脂密封；参比电极为饱和甘汞电极，通过鲁金毛细管插入电解池；辅助阳极为铂电极。试验介质为土壤水土比为5:1的浸出液。试验所用仪器为TD 3690型恒电位仪，HD-1A型信号发生器及AX-Y型记录仪。

试验时，起扫电位的选择是阳极极化时起扫电位比自腐蚀电位低100mV，阴极极化时起扫电位比自腐蚀电位高100mV。每次扫描的速度为2mV/s。

2）试验数据处理

采用BETACRUNCH（VERSION）程序进行计算。

（2）交流阻抗测试

1）试验条件

试验采用三电极体系，介质为水土比为5:1的土壤浸出液和水土比为2:1的泥浆，试验使用的仪器为EG G公司的交流阻抗测试仪，包括锁相放大器7⑼层复合挤压生产线能生产出性能更好、更厚的软包装材料，M从无到有283恒电位仪。计算机3个硬件部分通过GPIB总线连接起来。软件为M398阻抗数据专用测量软件。

2）数据处理

以频率最低处的阻抗值（|Z|0.05）来表征材料在介质中的耐蚀性能。|Z|0.05越高，说明材料的耐蚀性能越好，反之亦然[3]。

（3）电解测试

电解时试验材料与直流电源正极连接，用石墨棒作为阴极与直流电源的负极连接，电解所用介质为变电站土壤的水土比为2:1的泥浆，电解时间为3 h，电解电流为64.0 mA，槽压为150 V。

3 试验结果和讨论

3.1 极化曲线测试

极化曲线测试试验的结果可见，在这些土壤介质中，材料CL1、CL2的腐蚀速率较其它材料低，其耐蚀性能较好。

3.2 交流阻抗测试

试验结果可见，材料CL1、CL2的阻抗值明显高于其它材料，比普通碳钢高出2个数量级。材料CL4、CL5的耐蚀性能与普通碳钢差不多，甚至有时还不如普通碳钢。

3.3 电解测试