区域电力论文：区域电力线路设计透析

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作者：余翔 单位：中铁第一勘察设计院集团有限公司

盐碱性土壤对电杆造成的腐蚀破坏架空电力线路通常采用的环形预应力混凝土电杆，其主要由预应力混凝土和钢筋2部分组成，通常混凝土覆盖于钢筋的外层，就像钢筋混凝土结构的房屋一样，混凝土具有很高的承压能力，能够经受很高的压力，但混凝土的抗拉强度较低，施加较强的拉弯力都会使混凝土结构受到破坏，而钢筋的作用就是提高钢筋混凝土结构的抗拉力，使得预应力混凝土电杆能够承受较强弯矩，从而使得电杆在受到导线张力和风压作用时能够依然挺立，而不至于弯曲、断裂。而钢筋外层的混凝土另一个作用就是保护钢筋免受外力直接破坏。通常电杆生产时由于混凝土的高碱性，使电杆内钢筋表面形成了一种具有较高抗腐蚀性能的保护层，这种作用即阳极钝化作用，正是由于这种作用的存在才使得电杆在普通环境下保持了较高的强度和使用寿命，保障了架空电力线路的安全运行。但在高盐碱性土壤环境下，由于外界离子从电杆混凝土表面的渗透，最终附着在电杆内钢筋表面，当离子浓度达到一定程度后，就会对钢筋产生破环性的后果，首先破坏钢筋表面的保护层，进而对钢筋产生进一步的腐蚀，从而降低了钢筋强度，且由于腐蚀后产生的Fe2O3化合物的体积大于Fe，因此使得钢筋体积发生膨胀，就像玻璃瓶内的水当结冰时会对玻璃瓶产生非常强的膨胀力一样，腐蚀后的钢筋由于体积的变大，也会对外层的混凝土保护层从电杆内部形成了一种非常强的膨胀力，从而使电杆的混凝土层开裂，混凝土从电杆上剥落，最终彻底终结了电杆的寿命，这种情况严重时将造成电杆折断、架空电力线路倾覆的后果。一般情况下，沿海重污秽地区盐碱性土壤中氯离子含量较多，环形预应力混凝土电杆主要是受氯离子侵蚀的危害，由于氯离子的破坏而造成电杆表面混凝土开裂，剥落而造成电杆的寿命缩短，威胁架空电力线路的安全运行。因此如何保护电杆内钢筋免遭氯离子的腐蚀，是解决沿海重污秽地区预应力混凝土电杆腐蚀的关键性问题。受空气污秽的影响造成绝缘子闪络绝缘子的闪络主要是由于大气中污秽空气及降水在绝缘子表面的沉积，在大气湿度较高的情况下，绝缘子表面电导剧增，从而使绝缘子在工作电压下因为局部电弧沿绝缘子表面延伸，最后失去稳定，沿绝缘子表面通过泄漏电流，从而发生闪络。因此选择抗污秽性能高的绝缘子是沿海重污秽地区减少闪络现象发生的关键性问题。

导线的防腐通常提高钢芯铝绞线抗腐蚀能力的方法就是在钢绞线表面涂抹油性涂料，从而隔绝电解溶液与钢绞线的接触，阻止微型原电池在钢绞线表面的形成。这样就能起到提高钢绞线的抗腐蚀性能，从而延长钢芯铝绞线寿命的作用，这种方法的优点就是成本低廉且刚投运初期防腐效果较好，但油性涂料它本身很容易在空气中挥发，或由于雨水长时间的反复的浸透，从而使钢绞线表面涂料的量随着时间的推移而不断减少，因而抗腐蚀效果也不断减弱。而且由于需在钢绞线表面涂抹油性涂料，因此导线的重量也比普通的钢芯铝绞线要重，导线重量的增加造成导线比载变大，从而造成架空电力线路运行时应力增大，为保证架空电力线路在一定安全系数下的正常运行，确保能够满足规范对架空电力线路安全距离的要求，势必要对架空电力线路的档距、电杆高度等进行调整，从而造成架空电力线路投资的增大。因此这种防腐处理措施已慢慢在架空电力线路设计中遭到淘汰。我国是一个稀土资源大国，随着稀土利用领域的扩展，和国外技术的引进，给导线的防腐处理提供了一个更好的选择空间，而5%铝—锌—稀土合金镀层钢芯铝绞线就是一种不错的选择，这种导线的抗腐蚀原理与在钢绞线表面涂油性涂料目的一致，都是阻止钢绞线表面原电池的形成，从而避免导线遭受腐蚀。但防腐原理则完全不一样，涂油性涂料的措施是油脂在钢绞线表面的一种简单附着，只是一种短时效的防腐处理措施，而5%铝—锌—稀土合金镀层钢芯铝绞线是在钢绞线表面镀了一层5%铝—锌—稀土合金，防护层的附着性很高，且由于稀土合金的使用，使得这种防护的抗腐蚀能力相当强。而这种镀层的厚度很薄，对于导线的各种技术参数并不造成不利的影响，相反，由于稀土合金的使用，使得导线的力学参数比普通导线略有提高。

由于稀土合金在导线中的用量很小，对于导线的价格影响并不很大，基本和普通钢芯铝绞线价格水平相当。另有一种防腐处理措施就是在钢芯铝绞线钢芯的表面包裹一层铝，从而隔绝钢绞线与电解溶液的接触，从而起到抗腐蚀的作用，采用这种防护措施的导线叫做铝包钢芯铝绞线。但相比较，这种导线价格要比普通钢芯铝绞线和5%铝—锌—稀土合金镀层钢芯铝绞线高一半以上，因此这种导线经济性较差。因而5%铝—锌—稀土合金镀层钢芯铝绞对沿海重污秽地区架空电力线路来说是一种合理的选择。沿海重污秽地区盐碱土中电杆的防腐处理措施（1）电杆外表面采用强度高、防水性能好、耐盐碱腐蚀能力强、附着能力强的涂料在电杆与土壤接触的部分进行涂抹，以防止土壤中氯离子从电杆表面向内部渗透，从而起到抗腐蚀的作用。（2）混凝土选料电杆混凝土的选择一定要采用高抗渗性的水泥，混凝土的拌制过程减少和限制氯离子的含量，氯离子的含量越低越好。从而防止电杆本身氯离子对内部钢筋的腐蚀，保持钢筋表面防腐保护膜的完整性。（3）钢筋防护在钢筋表面涂抹防锈漆或环氧树脂等防腐性能高的材料从电杆内部对钢筋进行保护，从而阻止钢筋的腐蚀。绝缘子的选择绝缘子是将导线绝缘地固定和悬吊在电杆上的电气元件。绝缘子在污秽环境中的闪络，取决于污秽层电导和绝缘子表面的外形，针对这两个因素选择硅橡胶复合式绝缘子能够较好地降低污秽闪络发生机率。硅橡胶绝缘子目前多数由高强度玻璃纤维芯棒、耐老化和绝缘性能好的乙烯基硅橡胶护套、有机硅填充层以及金属附件4部分复合而成。与普通瓷质绝缘子和玻璃绝缘子相比，它具有扩张强度高、吸振能力强、耐电蚀起痕性好、表面憎水性、抗老化能力、自洁性强、重量轻等优点。这为现场施工、运营维护人员减少了大量的工作量，很大程度上降低了现场人员的劳动强度。采用相关技术的电力线路已经获得了省部级优秀设计的表彰，可以作为类似地区架空电力线路设计的有益参考。采用这些防腐处理措施和材料的10kV架空电力线路，在沿海重污秽地区铁路配电系统中已经有了实践运行经验，自架空电力线路投运以来体现出了其优良的抗腐蚀性能，极大地延长了架空电力线路的使用寿命，节约了维护成本，保障了电力线路的可靠输电。