沿海地区输电铁塔的腐蚀监测

王 栋 ，孙永杰 ，马祥飞 ，于丹文 ，王善军

（1.国网山东省电力公司青岛供电公司，山东 青岛 266002；2.国网山东省电力公司电力科学研究院，山东 济南 250003）

0 引言

随着我国电力事业蓬勃发展，架空输电线路里程数逐年增长，输电网作为电力输送的重要通道，承担着我国电力能源输送与调配的使命，其安全运行对我国能源安全具有重要意义。输电铁塔的运行安全是输电网安全运行的重要组成部分，由于长期运行于户外露天环境，输电铁塔承受着不同程度的自然条件侵蚀，塔材腐蚀逐年加重［1-2］。

随着输电电压等级的提升，电力输送距离不断增长，架空输电线路“跨越高速公路、高速铁路、重要输电通道（三跨）”产生的安全问题随之增加。塔材锈蚀逐年积累造成的倒塔隐患对架空输电线路跨越安全问题造成极大威胁，工业城市、沿海地区的这一问题尤为突出。因而在输电线路运维工作中，输电铁塔锈蚀程度的监测与控制尤为重要。

角钢塔材出厂时以热镀锌层包裹，热镀锌通过隔离与电化学的方式对铁塔进行腐蚀防护［3］。在内陆干旱地区，空气中水分与污染物含量较低，热镀锌层的防腐作用明显，有效防腐时间可达十余年，然而在沿海地区，由于空气湿度大，且富含NaCl、MgCl2等盐类物质，热镀锌层在电化学作用下损坏速度快，对铁塔的有效防腐时间大幅缩短［4-7］，威胁铁塔的运行安全。以青岛沿海重腐蚀地区为例，选取其跨越区段输电铁塔为研究对象，介绍沿海地区铁塔腐蚀监测方法，分析监测数据，为输电铁塔的腐蚀监测与防腐处理提供依据。

1 沿海地区铁塔腐蚀情况

沿海地区潮湿的空气中富含NaCl、MgCl2等盐类颗粒［8-9］，容易沉积于铁塔镀锌层表面，由于盐颗粒本身的物理吸湿性，盐、水结合在镀锌层表面形成盐类电解液薄膜，电解液覆于镀锌层之上促使其产生电化学反应，逐渐造成塔材镀锌层的损失。一旦出现腐蚀产物，将更容易形成电解液环境，进一步加剧腐蚀发生，腐蚀情况会由点及面在塔材表面发展。随着时间推移，若镀锌层损失严重，对铁元素的防腐保护作用丧失，塔材中的钢铁直接发生锈蚀，其承力能力削弱，形成薄弱隐患点，影响整塔运行安全。

为掌握沿海地区塔材腐蚀情况，首先在青岛沿海15 km范围内，选取3条输电线路作为研究对象，对其角钢塔材腐蚀状况进行调研。所选研究对象如表1所示。

表1 选取线路

由表1可知，所选3条输电线路110 kV珠开线、220 kV琅珠线、110 kV前南甲线，跨越档铁塔分别投运于2001年、2006年、2012年，3条线路均位于D级污区，但由于运行时间长短与局部运行环境的差异，角钢塔材分别存在不同程度的腐蚀情况。其中，110 kV珠开线12～13号档、220 kV琅珠线67～68号档、110 kV前南甲线7～8号档为重要跨越档，3条线路跨越档塔材典型腐蚀样本如图1所示。

图1 塔材典型腐蚀样本

由图1可见，3条线路跨越档铁塔锈蚀情况各异，但视觉观察仅能够提供塔材腐蚀的直观感受，难以准确量化塔材腐蚀状况，塔材腐蚀程度需由专业仪器的测量数据分析体现。

2 QNIX 8500型涂层测厚仪简介

塔材镀锌层可为其提供有效防腐保护，因此通过测量镀锌层厚度可以反映塔材锈蚀情况。选取QNIX 8500型涂层测厚仪进行专业镀锌厚度测量。

2.1 结构介绍

QNIX 8500型涂层测厚仪体积较小，携带方便，操作简单，满足工程应用需要，且其测量误差小，可靠性高，仪器性能稳定，适用于输电铁塔镀锌层厚度测量，其基本构造如图2所示。

图2 QNIX 8500型涂层测厚仪

测厚仪电子显示屏显示零位调整、涂层测厚结果，以及功能切换界面，仪器中部的方向操作按键用于各种功能操作的菜单选择，底部探头直接接触被测量涂层，并将测量结果传至显示屏。

仪器使用前首先进行零位调整，按下向上的操作按键，根据显示屏提示，在被测材料基体表面进行调零。完成后，将仪器探头垂直接触被测涂层，涂层厚度测量结果将直接显示于电子显示屏。

2.2 测厚原理

磁感应测量原理适用于测量导磁性基体上的非导磁性涂层厚度，其针对的导磁性材料有钢、铁、镍等金属材料，适用于镀锌角钢输电铁塔。基本原理为：测厚仪探头产生1个闭合磁回路，随着探头与导磁性材料（角钢）间距离的改变，该闭合磁回路将不同程度的改变，引起磁阻及探头线圈电感的变化，利用这一原理可以精确地测量探头与导磁性材料间的距离，即涂层（镀锌层）厚度。

3 沿海输电铁塔的腐蚀检测与分析

应用QNIX 8500型涂层测厚仪，可以对输电铁塔镀锌层厚度进行测量，并通过对检测结果的分析，划定沿海地区塔材腐蚀重点监测范围。

3.1 重要跨越段铁塔腐蚀检测

为反映所选3处跨越档（110 kV珠开线12号、13号，220 kV琅珠线 67号、68号，110 kV前南甲线7号、8号）输电铁塔的整体腐蚀情况，对其镀锌层厚度的检测采用多点检测取平均的方法进行检测，每基铁塔选取3处锈蚀塔材进行镀锌层厚度检测，取每个跨越档2基铁塔、6处检测结果的平均值，作为该档镀锌层厚度的最终结果。QNIX 8500型涂层测厚仪塔上检测作业如图3所示，各处塔材镀锌层厚度检测结果列于表2。

图3 QNIX 8500型涂层测厚仪塔上检测作业

表2 镀锌层厚度检测结果 μm

由表2中的镀锌层厚度平均值可知，110 kV珠开线已投运17年跨越档12～13号铁塔塔材受腐蚀情况最为严重，塔材平均剩余镀锌层厚度约为国标要求［10］的 15%，因此正如图 1（a）所示，铁塔塔材已出现明显锈迹，剩余热镀锌层已难以起到铁塔塔材的防腐蚀作用。220 kV琅珠线投运12年，跨越档67～68号铁塔剩余热镀锌层厚度约为标准厚度的1/3，塔材防腐状况略优于110 kV珠开线，但图1（b）所示塔材已出现锈迹斑点，角钢塔材已开始出现锈蚀迹象。而110 kV前南甲线投运时间较短，热镀锌层剩余厚度充裕，角钢塔材仍受到热镀锌层的良好保护，因而图1（c）中塔材未见明显锈蚀，热镀锌层防腐蚀性能良好。

3.2 沿海铁塔监测范围分析

根据运行经验，距离海岸线约15 km范围内输电铁塔，在春、夏季均有可能频繁遭受不同程度的海雾侵袭，加重塔材腐蚀。对于严重腐蚀区域的输电铁塔需加强其监测力度，因而有必要划定沿海输电铁塔重点监测范围。仍以上述3条输电线路为例，按照距海岸线距离由近至远分别选取8基铁塔，以上节方法进行镀锌层厚度检测，检测结果绘制于图4。

图4 剩余镀锌层厚度与距海岸线距离关系

由图4可见，对于同一条输电线路铁塔，距离海岸线越近的塔材镀锌层剩余厚度越少，这是由于近海地区空气湿度大、含盐量高，塔材腐蚀严重。观察剩余镀锌层厚度变化速度与距海岸线距离的关系可见，距海岸线约10 km以外的输电铁塔镀锌层厚度随距离变化速度缓慢，由此可见，诸如青岛等沿海地区，距海岸线10 km内的输电铁塔需纳入重点腐蚀监测范围，通过紧密监测，预防因铁塔锈蚀而产生的安全问题。

4 铁塔腐蚀状况运维监测

随着输电线路的建设，电力输送、线下跨越等安全问题愈发重要，为避免由于铁塔锈蚀导致事故发生，需制定实用的运维监测方案，对重要区段输电铁塔的腐蚀状况进行有效监测，并利用专业涂层厚度检测仪器，获取检测数据，准确把握塔材腐蚀状况，为铁塔防腐工作提供依据，保障输电线路运行安全。

4.1 铁塔腐蚀运维监测

根据表2中镀锌层厚度检测结果，110 kV珠开线12～13号档铁塔中存在镀锌层厚度为5 nm的检测点，说明角钢塔材即将裸露于沿海地区富含盐分、水分的易腐蚀环境之中。因而对于检测结果如此的跨越档铁塔，防腐工作应立即进行。

结合图1与表2中220 kV琅珠线检测结果，塔材镀锌层厚度剩余较少，虽未出现裸露角钢，但镀锌层防腐效果已产生较大损失，角钢塔材存在锈蚀隐患，对于此类检测结果的跨越档铁塔，需将被检测铁塔列入近期防腐计划，开展防腐工作时优先对其进行防腐作业。

而防腐效果尚且保持良好的110 kV前南甲线7～8号，虽然镀锌层仍然起到较好防腐效果，但相较于标准厚度，镀锌层已有腐蚀损失，需为其制定定期镀锌层检测计划。沿海地区春季、夏季海雾频发，空气湿度大，输电铁塔沉浸其中，极易发生腐蚀，因此以1年为周期，在经历春季夏季海雾浸润侵蚀过后，可结合秋检，在秋季开展塔材镀锌层厚度检测工作，并将检测数据记录在案，逐年监测其镀锌层厚度变化，形成输电铁塔腐蚀状况的动态监测机制，并依此制定防腐处理计划。

4.2 沿海地区铁塔防腐治理

根据GB/T 2694—2010《输电线路铁塔制造技术条件》要求，在修复镀锌层有损伤的塔材时，需做到以下标准［10］：1）修复的总漏镀面积不应超过每个镀件总表面积的0.5%，每个修复漏镀面不应超过10 cm2，漏镀面积过大应返镀；2）修复的方法可以采用热喷涂锌或涂富锌涂层；3）修复层的厚度应比镀锌层要求的最小厚度厚30 μm。

然而沿海地区空气潮湿、富盐易腐蚀，此类区域铁塔防腐工作修复塔材镀锌层时，除满足国标要求的镀锌层均匀性和附着性外，可考虑在其之上达到更高标准：

1）镀锌修复时不应存在漏镀区域，否则漏镀区域角钢暴露在潮湿多盐的空气中将成为腐蚀源加速腐蚀；

2）不应继续使用普通镀锌涂料，可升级使用诸如重防腐体系涂料等防腐效果更佳的涂料，增强防腐能力；

3）新涂刷的修复层厚度应高于国标要求，如，比国标镀锌层要求的最小厚度厚50 μm。

鉴于上述沿海地区防腐标准，设计单位应在设计阶段便考虑沿海易腐蚀区域塔材镀锌防腐效果及年限，在生产制造阶段提高防腐标准，以减少后期运行维护工作量。

由于镀锌层厚度损失严重，110 kV珠开线12～13号角钢已出现锈蚀，根据运维监测方案及沿海地区铁塔防腐工作标准，应利用新型重防腐体系涂料，及时对其进行防腐处理，阻止角钢生锈，保障跨越档运行安全。12号塔塔材防腐处理效果如图5所示。

图5 110 kV珠开线12号塔材防腐处理效果

防腐处理后，涂层均匀且无明显漏涂刷区域，利用QNIX 8500型涂层测厚仪，抽取12号塔6处塔材进行检测，镀锌层厚度平均值125 μm，高于国标要求镀锌层最小厚度55 μm，防腐工作效果良好。

5 结语

远距离架空输电线路的不断建设令输电线路跨越安全问题变得愈发重要。选取青岛沿海易腐蚀地区跨越档输电铁塔为研究对象，介绍了专用的热镀锌层测厚仪，应用该仪器对塔材热镀锌层厚度进行检测，通过分析检测数据，可划定沿海地区塔材腐蚀状况重点监测区域，并获取有针对性的塔材腐蚀监测方案，据此提出沿海地区铁塔防腐工作要求，为后续防腐工作提供依据。

对于塔材热镀锌层已接近耗尽的铁塔，应立即进行防腐工作；对于热镀锌层仍有少量剩余、角钢尚未裸露的铁塔，应将其防腐工作优先列入近期计划；对于投运年限较短、热镀锌层剩余充裕的铁塔，也需考虑气候特点，建议结合每年秋检工作对塔材热镀锌层厚度进行检测，形成塔材腐蚀状况的动态监测机制。

当前，利用专用热镀锌层测厚仪，加以合理的铁塔腐蚀监测运维方案，可显著提高输电铁塔腐蚀程度的监测效果，维护输电线路电力传输运行安全。