杂散电流对直流输电系统接地极材料的腐蚀影响研究

摘要

随着我国输电功率的增加、输电距离的增长以及海底电缆输电和不同步电网之间的联网与送电的实际需求，直流输电得到了广泛的应用。但直流输电过程中接地极材料的腐蚀破坏会增加直流输电的成本甚至威胁直流输电系统的安全运行。为了对直流接地材料进行腐蚀防护，本文通过现场采集直流输电工程地电场、泄露的不平衡电流、土壤电阻率等现场数据，在此基础上设计室内模拟试验，采用埋片法、电化学测试等方法，研究了不同含盐量土壤中，泄露杂散电流对Q235钢及其焊缝的腐蚀速度及腐蚀的机理，探索杂散电流的腐蚀规律和特点，为接地极杂散电流腐蚀的防护提供理论基础。
　　(1)通过现场调研表明:直流输电系统存在直流泄露杂散电流，杂散电流最大值可达额定电流的1％。通过对洋县变电站调研发现，变电站存在交流杂散电流。
　　(2)渭南某变电站土壤微观导电机理的研究表明，在含水量为20％时，以x为含盐量，土壤的电阻率随盐分变化满足公式:ρ=25.65×exp(-x/0.36)+2.35
　　(3)模拟实验表明:自然腐蚀条件下，在加盐量为0、0.75％、1.5％、2.25％、3％的土壤中，Q235钢及其焊缝材料的腐蚀速度随含盐量的增加而增大;直流杂散电流腐蚀时，在含盐量为0.75％的土壤中，Q235钢及其焊缝材料的腐蚀速率均达到最大，其中Q235钢为1.51mm·a-1，焊缝材料为2.23mm·a-1;相同条件下，焊缝腐蚀是母材腐蚀的1.5倍;电化学研究结果表明，两种条件下Q235钢与焊缝材料的腐蚀过程均受阴极氧去极化过程控制。自然腐蚀和杂散电流腐蚀时，Q235钢及其焊缝材料在土壤中的腐蚀满足介质离子扩散膜层和腐蚀产物粘附膜的双层电阻模型。自然腐蚀条件下，Q235钢及焊缝材料在高含盐量土壤中腐蚀活性较高，腐蚀较快;杂散电流腐蚀条件下，两种材料的弥散指数n值较自然腐蚀条件下大，弥散效应明显，腐蚀产物疏松而且缺陷多，腐蚀活性更高。焊缝材料在不同含盐量土壤中主要处于亚稳态孔蚀萌生期，含盐量3％土壤中萌生局部腐蚀倾向最大;杂散电流腐蚀条件下，焊缝材料在不同含盐量土壤中均有孔蚀趋势，在含盐量为0.75％的土壤中出现稳定孔蚀增长。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 杂散电流腐蚀概述

1．2．1 杂散电流腐蚀成因

1．2．2 杂散电流腐蚀的机理

1．2．2 杂散电流腐蚀的危害及研究现状

1．3 输变电系统杂散电流

1．3．1 直流输电系统直流杂散电流

1．3．2 交流输电系统交流杂散电流

1．4 本文的来源与研究内容

1．4．1 课题来源

1．4．2 研究目的与意义

1．4．3 研究内容

1．4．4 实验技术路线图

2 试验及测试方法

2．1 直流接地极地电位测量

2．1．1 测量用仪器设备

2．1．2 地电位梯度测量方法

2．1．3 土壤电阻率测量方法

2．2 土壤理化分析

2．2．1 检测用设备

2．2．2 土壤理化分析方法

2．3 土壤介质及试样处理

2．3．1 土壤处理

2．3．2 试样准备

2．3．3 试验后处理

2．4 实验室土壤电阻率测试

2．4．1 土壤电阻率测试原理

2．4．2 土壤电阻率测试的电极

2．4．3 土壤电阻率测试装置

2．5 腐蚀试验方法

2．5．1 试验材料

2．5．2 试验设备

2．5．3 腐蚀电极加工及杂散电流试验装置

2．6 电化学性能分析

2．6．1 试验用材料

2．6．2 电化学测试方法

3 输变电系统杂散电流调研结果

3．1 直流杂散电流测试

3．1．1 接地极附近地电位测量结果

3．1．2 不平衡电流测试数据

3．2 交流杂散电流测试

3．3 本章小结

4 Q235钢的直流杂散电流腐蚀行为研究

4．1 含盐量对Q235钢直流杂散电流腐蚀的影响

4．1．1 含盐量对土壤电阻率的影响

4．1．2 含盐量对Q235钢直流杂散电流腐蚀的影响

4．2 Q235钢直流杂散电流腐蚀机理分析

4．3 直流泄流杂散电流下的腐蚀行为及模型

4．3．1 Q235钢自然腐蚀的电化学行为研究

4．3．2 Q235钢直流杂散电流腐蚀的电化学行为研究

4．4 腐蚀形貌观察

4．4．1 Q235钢的自然腐蚀形貌

4．4．2 Q235钢的直流杂散电流腐蚀形貌

4．5 本章小结

5 Q235钢焊缝材料的直流杂散电流腐蚀行为研究

5．1 含盐量对Q235钢焊缝直流腐蚀的影响

5．2 Q235钢焊缝材料的电化学研究结果

5．2．1 Q235钢焊缝材料自然腐蚀电化学行为研究

5．2．2 Q235钢焊缝材料直流杂散电流腐蚀电化学行为研究

5．3 腐蚀形貌观察

5．3．1 Q235钢焊缝材料的自然腐蚀形貌

5．3．2 Q235钢焊缝材料的直流杂散电流腐蚀形貌

5．4 本章小结

6 结论

致谢

参考文献