CN103091241B - 沿海地区输电线路金具腐蚀寿命预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明介绍了一种沿海地区输电线路金具腐蚀寿命预测方法，该方法包括如下步骤：（1）、从输电线路上更换下来的金具中取样；（2）、连接一铜线，环氧树脂封装；（3）、清洗试样外表面；（4）、计算当地雨水氯离子含量年平均值；（5）、配制模拟盐雾溶液；（6）、放入三电极体系电解池中测试；（7）、绘出动电位极化曲线；（8）、测试获得模拟盐雾腐蚀电流密度；（9）、获取年均降雨天数；10）、计算中长期年均腐蚀深度速率；（11）、测量镀锌层的厚度平均值；（12）、获取镀锌层的剩余腐蚀寿命。本方法打破传统制约，以测量金具表面镀锌厚度实现对沿海地区输电线路金具腐蚀速度和寿命的评估，快速准确，实用性强。
Description
技术领域
本发明属于电力工程技术领域，具体涉及一种沿海地区输电线路金具腐蚀寿命的预测方法。
背景技术
高压输电线路是电网中传输电流的载体，它主要由杆塔、导线和金具组成。其中金具是连接、固定和支持导线与杆塔、导线与绝缘子的必不可少的金属附件，起到传递机械载荷、电气负荷或进行某种防护的重要作用。输电线路长期在野外露天运行，普遍面临腐蚀问题的困扰，作为连接件的金具，由于边角缝隙较多、承受较大的拉应力且运行中随导线振动引起接触部位微动磨损，导致金具腐蚀速度一般快于铁塔和导线。目前钢质金具均为Q235钢或Q345钢制作，表面采用热浸镀锌防腐，设计寿命20年以上。一般大气环境可满足要求，但在沿海地区受盐雾氯离子侵蚀，实际寿命远达不到20年。金具提前腐蚀失效将导致线路断开或绝缘子掉串，引起线路跳闸停电，造成巨大的安全和经济和损失。由于金具在高空中带电运行，防腐维护或金具更换非常困难，因此必须提前预测腐蚀寿命以采取针对性的措施，防范和减少安全风险于未然。然而直至目前可用金具腐蚀的提前预测和防范手段极少，仍靠个人凭经验来评估金具的腐蚀程度，随意性较大，缺乏量化。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对目前电力金具缺少定量的腐蚀寿命评估手段的落后状况，提供一种沿海地区输电线路金具腐蚀寿命预测方法，使用该方法可快速准确地预测输电线路金具在沿海地区的腐蚀寿命，以便及时采取措施，预防由此引发的输电线路断线故障带来的输电网停电跳闸事故。
本发明的技术方案是，所提供的上述沿海地区输电线路金具腐蚀寿命预测方法包括如下步骤：
（1）、确定待预测的沿海地区输电线路金具目标，从输电线路上更换下来的金具中取样或从出厂8个月以上尚未出现红锈的同型号金具中取样，使用线切割机从样品金具上割取一块其一侧表面具有镀锌层的1cm×1cm方形片块；
（2）、在步骤（1）割取的试样片块具有镀锌层一面的背面连接一铜线，使用环氧树脂将该铜线连同所述试样片块与该铜线连接的一面封装。该铜线连接所述试样片块一端的另一端端头作为接线端子从环氧树脂中伸出并制作成电化学测试的工作电极；
（3）、待步骤（2）封装试样片块所用环氧树脂固化，先使用去离子水清洗所述试样片块的外表面，后使用无水乙醇清洗所述试样片块的外表面，晾干备用；
（4）、从步骤（1）所确定的待预测沿海地区输电线路金具目标所在地的环境监测中心或气象部门搜集当地至少近10年的雨水中氯离子的含量，计算获得当地至少近10年的雨水中氯离子含量年平均值，设该年平均值为c；
（5）、取分析纯的NaCl（氯化钠）50～100克、去离子水600～1000克。将所取分析纯的NaCl逐量添加到所取去离子水中，使NaCl的质量分数相等于步骤（4）所获当地至少近10年的雨水中氯离子含量年平均值c配制模拟盐雾溶液，或以所取分析纯的NaCl含量50g/L±5g/L的标准盐雾试验浓度配制模拟盐雾溶液；
（6）、将步骤（5）所配制的模拟盐雾溶液作为试验介质放入标准三电极体系电解池中，使用电化学工作站实施测试。所述标准三电极体系电解池的参比电极为饱和甘汞电极SCE（英文全称为saturated calomel electrode的缩写，其中文译文为饱和甘汞电极。），辅助电极为铂片电极，工作电极为上述步骤（2）所封装的试样片块的铜线端头。将所述标准三电极体系电解池的参比电极、辅助电极、工作电极依次分别与所述电化学工作站的参比电极线、辅助电极线、工作电极线对应连接；
（7）、使用步骤（6）所述的电化学工作站测试所述标准三电极体系电解池的工作电极即步骤（2）所封装的试样片块的铜线端头，绘出该工作电极的动电位极化曲线，设置该电化学工作站的扫描电位范围为-0.6～-1.9V，扫描速率0.5mV/min；
（8）、利用步骤（7）所获标准三电极体系电解池的工作电极的动电位极化曲线，使用常规方法，通过上述电化学工作站测试获得该标准三电极体系电解池的工作电极的动电位极化曲线的自腐蚀电流密度参数ic，单位μA/cm2。该参数即为步骤（1）割取的试样片块的模拟盐雾腐蚀电流密度，亦即步骤（1）所确定的待预测工业区输电线路金具的模拟盐雾腐蚀电流密度；
（9）、从步骤（4）所述的气象部门获取待预测沿海地区输电线路金具所在地的年均相对湿度RH>80%的天数τ，单位为天，或年均降雨天数τ，单位为天；
（10）、应用如下公式计算步骤（1）所确定的待预测沿海地区输电线路金具的中长期年均腐蚀深度速率V，单位μm/年：
式中参数ic由步骤（8）获得；参数τ由步骤（9）获得，其中ic为自腐蚀电流密度，τ为待预测沿海地区输电线路金具所在地的年均相对湿度RH>80%的天数或年均降雨天数；
（11）、使用磁性覆层测厚仪测量步骤（1）所确定的待预测沿海地区输电线路金具表面尚未剥落的镀锌层的厚度，每个金具测10个点，取该10个点所测镀锌层厚度的平均值，设该镀锌层厚度平均值为d，单位μm；
（12）、用步骤（11）所获镀锌层平均厚度d除以步骤（10）所获年均腐蚀深度速率V，所得的商即为步骤（1）所确定的待预测沿海地区输电线路金具表面尚未剥落的镀锌层的剩余腐蚀寿命L，单位年。
本发明的有益效果是：以一种基于NaCl溶液模拟海边盐雾气候进行电化学测试获得腐蚀电流密度，结合当地气象数据，再测量金具表面镀锌厚度，对输电线路金具腐蚀寿命快速预测，从而成为了指导输电线路的运行、维护、计划和新金具镀锌层设计的一套行之有效的方法，打破了传统金具腐蚀寿命评估仅靠个人感性经验的制约，可实现对沿海地区输电线路金具腐蚀速度和寿命的评估，时间快速，准确率高，实用性较强。
具体实施方式
实施例1：
（1）、确定待预测的沿海地区输电线路金具目标，从输电线路上更换下来的金具中取样或从出厂8个月以上尚未出现红锈的同型号金具中取样，使用线切割机从样品金具上割取一块其一侧表面具有镀锌层的1cm×1cm方形片块；
（2）、在步骤（1）割取的试样片块具有镀锌层一面的背面连接一铜线，使用环氧树脂将该铜线连同所述试样片块与该铜线连接的一面封装。该铜线连接所述试样片块一端的另一端端头作为接线端子从环氧树脂中伸出并制作成电化学测试的工作电极；
（3）、待步骤（2）封装试样片块所用环氧树脂固化，先使用去离子水清洗所述试样片块的外表面，后使用无水乙醇清洗所述试样片块的外表面，晾干备用；
（4）、从步骤（1）所确定的待预测沿海地区输电线路金具目标所在地的环境监测中心或气象部门搜集当地至少近10年的雨水中氯离子的含量，计算获得当地至少近10年的雨水中氯离子含量年平均值，设该年平均值为c；
（5）、取分析纯的NaCl50克、电阻率18MΩ·cm以上去离子水600克。将所取分析纯的NaCl逐量添加到所取去离子水中，使NaCl的质量分数相等于步骤（4）所获当地至少近10年的雨水中氯离子含量年平均值c，配制成模拟盐雾溶液；
（6）、将步骤（5）所配制的模拟盐雾溶液作为试验介质放入标准三电极体系电解池中，使用电化学工作站实施测试。所用电化学工作站采用市售中国辰华产CHI660D型电化学工作站，目前电化学领域的最常用的测试仪之一。所述标准三电极体系电解池的参比电极为饱和甘汞电极SCE，辅助电极为铂片电极，工作电极为上述步骤（2）所封装的试样片块的铜线端头。将所述标准三电极体系电解池的参比电极、辅助电极、工作电极依次分别与所述电化学工作站的参比电极线、辅助电极线、工作电极线对应连接；
（7）、使用步骤（6）所述的电化学工作站测试所述标准三电极体系电解池的工作电极即步骤（2）所封装的试样片块的铜线端头，绘出该工作电极的动电位极化曲线，设置该电化学工作站的扫描电位范围为-0.6～-1.9V，扫描速率0.5mV/min；
（8）、利用步骤（7）所获标准三电极体系电解池的工作电极的动电位极化曲线，使用常规方法，通过上述电化学工作站测试获得该标准三电极体系电解池的工作电极的动电位极化曲线的自腐蚀电流密度参数ic，单位μA/cm2。该参数即为步骤（1）割取的试样片块的模拟盐雾腐蚀电流密度，亦即步骤（1）所确定的待预测工业区输电线路金具的模拟盐雾腐蚀电流密度；
（9）、从步骤（4）所述的气象部门获取待预测沿海地区输电线路金具所在地的年均相对湿度RH>80%的天数τ，单位为天；
（10）、应用如下公式计算步骤（1）所确定的待预测沿海地区输电线路金具的中长期年均腐蚀深度速率V，单位μm/年：
式中参数ic由步骤（8）获得；参数τ由步骤（9）获得，其中ic为自腐蚀电流密度，τ为待预测沿海地区输电线路金具所在地的年均相对湿度RH>80%的天数；
（11）、使用磁性覆层测厚仪测量步骤（1）所确定的待预测沿海地区输电线路金具表面尚未剥落的镀锌层的厚度，每个金具测10个点，取该10个点所测镀锌层厚度的平均值，设该镀锌层厚度平均值为d，单位μm；
（12）、用步骤（11）所获镀锌层平均厚度d除以步骤（10）所获年均腐蚀深度速率V，所得的商即为步骤（1）所确定的待预测沿海地区输电线路金具表面尚未剥落的镀锌层的剩余腐蚀寿命L，单位年。
实施例2：
步骤（1）～（4）同实施例1；
（5）、取分析纯的NaCl100克、电阻率18MΩ·cm以上去离子水1000克。将所取分析纯的NaCl逐量添加到所取去离子水中，使NaCl的质量分数相等于所取分析纯的NaCl含量50g/L±5g/L的标准盐雾试验浓度配制模拟盐雾溶液；
步骤（6）～（8）同实施例1；
（9）、从步骤（4）所述的气象部门获取待预测沿海地区输电线路金具所在地的年均降雨天数τ，单位为天；
（10）、应用如下公式计算步骤（1）所确定的待预测沿海地区输电线路金具的中长期年均腐蚀深度速率V，单位μm/年：
式中参数ic由步骤（8）获得；参数τ由步骤（9）获得，其中ic为自腐蚀电流密度，τ为待预测沿海地区输电线路金具所在地的年均降雨天数；
步骤（11）～（12）同实施例1。
Claims (1)
1.一种沿海地区输电线路金具腐蚀寿命预测方法，该方法包括如下步骤：
(1)、确定待预测的沿海地区输电线路金具目标，从输电线路上更换下来的金具中取样或从出厂8个月以上尚未出现红锈的同型号金具中取样，使用线切割机从样品金具上割取一块其一侧表面具有镀锌层的1cm×1cm方形片块；
(2)、在步骤(1)割取的试样片块具有镀锌层一面的背面连接一铜线，使用环氧树脂将该铜线连同所述试样片块与该铜线连接的一面封装,该铜线连接所述试样片块一端的另一端端头作为接线端子从环氧树脂中伸出并制作成电化学测试的工作电极；
(3)、待步骤(2)封装试样片块所用环氧树脂固化，先使用去离子水清洗所述试样片块的外表面，后使用无水乙醇清洗所述试样片块的外表面，晾干备用；
(4)、从步骤(1)所确定的待预测沿海地区输电线路金具目标所在地的环境监测中心或气象部门搜集当地至少近10年的雨水中氯离子的含量，计算获得当地至少近10年的雨水中氯离子含量年平均值，设该年平均值为c；
(5)、取分析纯的NaCl50～100克、去离子水600～1000克，将所取分析纯的NaCl逐量添加到所取去离子水中，使NaCl的质量分数相等于步骤(4)所获当地至少近10年的雨水中氯离子含量年平均值c配制模拟盐雾溶液；
(6)、将步骤(5)所配制的模拟盐雾溶液作为试验介质放入标准三电极体系电解池中，使用电化学工作站实施测试，所述标准三电极体系电解池的参比电极为饱和甘汞电极SCE，辅助电极为铂片电极，工作电极为上述步骤(2)所封装的试样片块的铜线端头，将所述标准三电极体系电解池的参比电极、辅助电极、工作电极依次分别与所述电化学工作站的对应的参比电极线、辅助电极线、工作电极线对应连接；
(7)、使用步骤(6)所述的电化学工作站测试所述标准三电极体系电解池的工作电极即步骤(2)所封装的试样片块的铜线端头，绘出该工作电极的动电位极化曲线，设置该电化学工作站的扫描电位范围为-0.6～-1.9V，扫描速率0.5mV/min；
(8)、利用步骤(7)所获标准三电极体系电解池的工作电极的动电位极化曲线，使用常规方法，通过上述电化学工作站测试获得该标准三电极体系电解池的工作电极的动电位极化曲线的自腐蚀电流密度ic，单位μA/cm2，该参数即为步骤(1)割取的试样片块的模拟盐雾腐蚀电流密度，亦即步骤(1)所确定的待预测工业区输电线路金具的模拟盐雾腐蚀电流密度；
(9)、从步骤(4)所述的气象部门获取待预测沿海地区输电线路金具所在地的年均相对湿度RH>80％的天数τ，单位为天，或年均降雨天数τ，单位为天；
(10)、应用如下公式计算步骤(1)所确定的待预测沿海地区输电线路金具的中长期年均腐蚀深度速率V，单位μm/年：
式中参数ic由步骤(8)获得；参数τ由步骤(9)获得，其中ic为自腐蚀电流密度，τ为待预测沿海地区输电线路金具所在地的年均相对湿度RH>80％的天数或年均降雨天数；
(11)、使用磁性覆层测厚仪测量步骤(1)所确定的待预测沿海地区输电线路金具表面尚未剥落的镀锌层的厚度，每个金具测10个点，取该10个点所测镀锌层厚度的平均值，设该镀锌层厚度平均值为d，单位μm；
(12)、用步骤(11)所获镀锌层平均厚度d除以步骤(10)所获年均腐蚀深度速率V，所得的商即为步骤(1)所确定的待预测沿海地区输电线路金具表面尚未剥落的镀锌层的剩余腐蚀寿命L，单位年。
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