CN103134748A - 工业区输电线路金具腐蚀寿命预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明介绍了一种工业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）从输电线路上的金具中取样；（2）连接一铜线，环氧树脂封装；（3）计算当地酸雨pH年平均值；（4）配置模拟酸雨溶液；（5）放入三电极体系电解池中测试；（6）绘出动电位极化曲线；（7）测试获得模拟酸雨腐蚀电流密度；（8）获取年均降雨天数；（9）计算中长期年均腐蚀深度速率；（10）测量金具镀锌层的厚度平均值；（11）获取镀锌层的剩余腐蚀寿命。本方法打破传统制约，以测量表面镀锌厚度实现对酸雨pH≤5.2的工业区输电线路金具腐蚀速度和寿命的评估，快速，准确，保障了电网的安全。

Description

工业区输电线路金具腐蚀寿命预测方法

技术领域

本发明属于电力工程技术领域，具体涉及一种工业区输电线路金具腐蚀寿命的预测方法。

背景技术

电力系统中，高压输电线路主要由输电杆塔、导线和金具组成。其中金具是连接导线与杆塔、导线与绝缘子的重要金属附件，起到固定与支持导线、传递机械载荷和电气负荷的作用。输电线路长期处于野外露天，经受风霜雨雪的侵袭，必然会遇到腐蚀问题。作为连接件，金具表面形状复杂且承受较大的拉应力，其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，期望维持20年以上的使用寿命。但在工业污染区，酸雨形成强腐蚀破坏，使之实际寿命远达不到要求。金具腐蚀失效造成输电线路断开或绝缘子掉串，严重影响电网安全。而金具通常位于高空，带电运行，检修维护极其困难。因此如何对电力金具的腐蚀寿命科学评估、提前预测和防范十分重要，力求在腐蚀事故发生前及时申请停电调度，适时更换或改造被腐蚀的金具，或可对工业区新金具的防腐镀锌层厚度进行优化设计，以满足使用寿命。然而直至目前仍靠个人凭经验来评估金具的腐蚀速度和寿命，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腐蚀寿命评估手段的落后状况，提供一种工业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工业区的腐蚀寿命，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，所提供的上述工业区输电线路金具腐蚀寿命预测方法包括如下步骤：

（1）、确定待预测工业区输电线路金具目标，择取与预测目标同型号的金具样品，即从待预测工业区输电线路上的金具中取样或从出厂8个月以上，镀锌层性质稳定但尚未出现红锈的备用金具中取样，使用线切割机从样品金具上割取一块其一侧表面的镀锌层面积不小于1cm²的1cm×1cm方形试样片块；

（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。待环氧树脂固化后，先使用去离子水清洗所述试样片块的镀锌层面，后使用无水乙醇清洗所述试样片块的镀锌层面，晾干备用；

（3）、从步骤（1）所确定的待预测工业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年的酸雨pH值，计算获得当地至少近10年的酸雨pH年平均值，设该年平均值为x；

（4）、取分析纯的NaHSO₃（亚硫酸氢钠）45～55克、去离子水500～1000克。将所取分析纯的NaHSO₃逐量添加到所取去离子水中配置模拟酸雨溶液，用pH酸度计跟踪测量所配置模拟酸雨溶液的pH值，确定该模拟酸雨溶液的pH值与上述步骤（3）所获当地至少近10年的酸雨pH年平均值x一致时的NaHSO₃质量浓度。若模拟酸雨溶液的pH值与步骤（3）所获当地至少近10年的酸雨pH年平均值x的差小于0.03，往NaHSO₃溶液中滴加稀H₂SO₄（硫酸）溶液或NaOH（氢氧化钠）溶液，直到模拟酸雨溶液的pH值与步骤（3）所获当地至少近10年的酸雨pH均值x完全一致；

（5）、将步骤（4）所配制的模拟酸雨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；

（6）、使用步骤（5）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；

（7）、利用步骤（6）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i_c，单位μA/cm²。该参数即为步骤（1）割取的试样片块的模拟酸雨腐蚀电流密度，亦即步骤（1）所确定的待预测工业区输电线路金具的模拟酸雨腐蚀电流密度；

（8）、从步骤（3）所述的气象部门获取待预测工业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；

（9）、应用如下公式计算步骤（1）所确定的待预测工业区输电线路金具的中长期年均腐蚀深度速率V，单位μm/年：

$V=\frac{\mathrm{\τ}}{365}\·14.875i_c+\frac{365-\mathrm{\τ}}{365}\·4.25$

式中参数i_c由步骤（7）获得；参数τ由步骤（8）获得，其中i_c为自腐蚀电流密度，τ为待预测工业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；

（10）、使用磁性覆层测厚仪测量步骤（1）所确定的待预测工业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；

（11）、用步骤（10）所获镀锌层平均厚度d除以步骤（9）所获年均腐蚀深度速率V，所得的商即为步骤（1）所确定的待预测工业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NaHSO₃模拟酸雨溶液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，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，可实现对酸雨pH≤5.2的工业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，从而有效地保障了电网的安全。

具体实施方式

实施例1：

（1）、从待预测工业区输电线路上的金具中取样或从出厂8个月以上，镀锌层性质稳定但尚未出现红锈的备用金具中取样，使用线切割机从样品金具上割取一块其一侧表面的镀锌层面积不小于1cm²的1cm×1cm方形试样片块；

（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。待环氧树脂固化后，先使用去离子水清洗所述试样片块的镀锌层面，后使用无水乙醇清洗所述试样片块的镀锌层面，晾干备用；

（3）、从步骤（1）所确定的待预测工业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年的酸雨pH值，计算获得当地至少近10年的酸雨pH年平均值，设该年平均值为x；

（4）、取分析纯的NaHSO₃45克、去离子水500克。将所取分析纯的NaHSO₃逐量添加到所取去离子水中配置模拟酸雨溶液，用pH酸度计跟踪测量所配置模拟酸雨溶液的pH值，确定该模拟酸雨溶液的pH值与上述步骤（3）所获当地至少近10年的酸雨pH年平均值x一致时的NaHSO₃质量浓度。若模拟酸雨溶液的pH值与步骤（3）所获当地至少近10年的酸雨pH年平均值x的差小于0.03，往NaHSO₃溶液中滴加稀H₂SO₄溶液，直到模拟酸雨溶液的pH值与步骤（3）所获当地至少近10年的酸雨pH均值x完全一致；

（5）、将步骤（4）所配制的模拟酸雨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德国产IM6eX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；

（6）、使用步骤（5）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；

（7）、利用步骤（6）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i_c，单位μA/cm²。该参数即为步骤（1）割取的试样片块的模拟酸雨腐蚀电流密度，亦即步骤（1）所确定的待预测工业区输电线路金具的模拟酸雨腐蚀电流密度；

（8）、从步骤（3）所述的气象部门获取待预测工业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；

（9）、应用如下公式计算步骤（1）所确定的待预测工业区输电线路金具的中长期年均腐蚀深度速率V，单位μm/年：

$V=\frac{\mathrm{\τ}}{364}\·14.875i_c+\frac{365-\mathrm{\τ}}{365}\·4.25$

式中参数i_c由步骤（7）获得；参数τ由步骤（8）获得，其中i_c为自腐蚀电流密度，τ为待预测工业区输电线路金具所在地的年均相对湿度RH>80%的天数；

（10）、使用磁性覆层测厚仪测量步骤（1）所确定的待预测工业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；

（11）、用步骤（10）所获镀锌层平均厚度d除以步骤（9）所获年均腐蚀深度速率V，所得的商即为步骤（1）所确定的待预测工业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）～（3）同实施例1；

（4）、取分析纯的NaHSO₃55克、去离子水1000克。将所取分析纯的NaHSO₃逐量添加到所取去离子水中配置模拟酸雨溶液，用pH酸度计跟踪测量所配置模拟酸雨溶液的pH值，确定该模拟酸雨溶液的pH值与上述步骤（3）所获当地至少近10年的酸雨pH年平均值x一致时的NaHSO₃质量浓度。若模拟酸雨溶液的pH值与步骤（3）所获当地至少近10年的酸雨pH年平均值x的差小于0.03，往NaHSO₃溶液中滴加NaOH溶液，直到模拟酸雨溶液的pH值与步骤（3）所获当地至少近10年的酸雨pH均值x完全一致；

步骤（5）～（7）同实施例1；

（8）、从步骤（3）所述的气象部门获取待预测工业区输电线路金具所在地的年均降雨天数τ，单位为天；

（9）、应用如下公式计算步骤（1）所确定的待预测工业区输电线路金具的中长期年均腐蚀深度速率V，单位μm/年：

$V=\frac{\mathrm{\τ}}{365}\·14.875i_c+\frac{365-\mathrm{\τ}}{365}\·4.25$

式中参数i_c由步骤（7）获得；参数τ由步骤（8）获得，其中i_c为自腐蚀电流密度，τ为待预测工业区输电线路金具所在地的年均降雨天数；步骤（10）～（11）同实施例1。

Claims (1)

1.一种工业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）、从待预测工业区输电线路上的金具中取样或从出厂8个月以上，镀锌层性质稳定但尚未出现红锈的备用金具中取样，使用线切割机从样品金具上割取一块其一侧表面的镀锌层面积不小于1cm²的1cm×1cm方形试样片块；

（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，待环氧树脂固化后，先使用去离子水清洗所述试样片块的镀锌层面，后使用无水乙醇清洗所述试样片块的镀锌层面，晾干备用；

（3）、从步骤（1）所确定的待预测工业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年的酸雨pH值，计算获得当地至少近10年的酸雨pH年平均值，设该年平均值为x；

（4）、取分析纯的NaHSO₃45～55克、去离子水500～1000克，将所取分析纯的NaHSO₃逐量添加到所取去离子水中配置模拟酸雨溶液，用pH酸度计跟踪测量所配置模拟酸雨溶液的pH值，确定该模拟酸雨溶液的pH值与上述步骤（3）所获当地至少近10年的酸雨pH年平均值x一致时的NaHSO₃质量浓度，若模拟酸雨溶液的pH值与步骤（3）所获当地至少近10年的酸雨pH年平均值x的差小于0.03，往NaHSO₃溶液中滴加稀H₂SO₄溶液或NaOH溶液，直到模拟酸雨溶液的pH值与步骤（3）所获当地至少近10年的酸雨pH均值x完全一致；

（5）、将步骤（4）所配制的模拟酸雨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；

（6）、使用步骤（5）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；

（7）、利用步骤（6）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i_c，单位μA/cm²，该参数即为步骤（1）割取的试样片块的模拟酸雨腐蚀电流密度，亦即步骤（1）所确定的待预测工业区输电线路金具的模拟酸雨腐蚀电流密度；

（8）、从步骤（3）所述的气象部门获取待预测工业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；

（9）、应用如下公式计算步骤（1）所确定的待预测工业区输电线路金具的中长期年均腐蚀深度速率V，单位μm/年：

$V=\frac{\mathrm{\τ}}{365}\·14.875i_c+\frac{365-\mathrm{\τ}}{365}\·4.25$

式中参数i_c由步骤（7）获得；参数τ由步骤（8）获得，其中i_c为自腐蚀电流密度，τ为待预测工业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；

（10）、使用磁性覆层测厚仪测量步骤（1）所确定的待预测工业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；

（11）、用步骤（10）所获镀锌层平均厚度d除以步骤（9）所获年均腐蚀深度速率V，所得的商即为步骤（1）所确定的待预测工业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。