發變電站是保障國民用電的重要設施和場所，其中發變電站的接地網系統直接關系到發變電站的正常運行和人員設備的安全。高壓輸變電接地網系統是指多個接地體用接地干線連成的網絡，用于滿足大量接地設備的接地需要。對于變電站來講，它能夠為變電站內各種電器設備提供公共參考地，在系統發生接地故障時能夠起到快速泄放故障電流、改善地網金屬導體和場區地表電位的分布，從而能在故障情況下保障一、二次設備和人員的安全。

近年來，隨著我國電力容量的增大、輸電電壓的升高以及交直流干擾源（直流接地極、電力機車等）的影響，接地網所用材料在土壤中面臨著嚴重的自然腐蝕甚至交直流強制腐蝕等問題。國內也屢屢發生因地網被腐蝕導致的重大電力運行事故。當地網線某段發生腐蝕后，使得接線材料的電阻增大甚至斷裂，增大了接地網的阻抗、降低了泄流能力，給變電站輸電線路和設備人員安全造成隱患，特別是地網埋在地下，面積大，直接監測困難，開挖成本高，所以研究對接地網腐蝕狀態的評估，在不斷電、不開挖的情況下對地網進行腐蝕監測和診斷，是及時發現故障、排除隱患、減少盲目耗費、保障電力系統可靠運行的重要措施。

本文綜述了發變電站的接地網的土壤環境腐蝕性評價和面臨的腐蝕問題，介紹了常見的防腐方法以及存在的問題，闡述了對接地網的腐蝕狀況診斷技術和腐蝕的監測方法，最后對接地網腐蝕防護提出了建議和展望。

1接地網土壤腐蝕現狀

1.1 變電站土壤要求

變電站在選址的時候，由于泄流要求，需要土壤的電阻率低于一定數值。土壤的電阻率和多種因素有關，比如土壤性質、含水率、溫度、理化性質等，如果土壤電阻率過大，則需加降阻劑、更換土壤或者其他方法降低土壤的電阻率。總的來講，土壤的電阻率越低，土壤導電性越好，埋地金屬發生的腐蝕可能性就越大。

1.2 土壤腐蝕性的評價

為了準確評估各地土壤的腐蝕特性，為接地工程設計、防腐措施的制定提供可靠的依據，一般會對土壤的腐蝕性的指標進行評價，分為單指標法和多指標法。

單指標法一般是直接監測土壤的某項理化性質，比如水含量、電阻率、含鹽率等來預測土壤的腐蝕性，這一方法快捷，具有一定的參考性，但是由于指標過于單一，并不能反映實際情況下導致腐蝕的因素隨著季節、溫度、位置等變化，因此出現誤判的現象也很多。

多指標法一般是評價土壤的多個指標,比如美國的ANSI 21.5土壤評價法評估了土壤的電阻率、pH值、氧化還原電位、濕度和硫化物；三指標法評價的是土壤質地、土壤pH值和土壤電阻率；八指標法評價了土壤質地、土壤pH值、土壤電阻率、含鹽量、含水量、腐蝕電位、SO42-和Cl-的含量；德國DIN 50929 打分法的評價指標包括土壤類型、電阻率、含水量、pH值、酸堿度、硫化物、中性鹽、硫酸鹽、地下水情況、土壤的均勻性等。多指標評價在多方面考察土壤的腐蝕性，評價效果也趨于合理，但存在著工作量較大、評價標準不確定和腐蝕關聯模糊等問題，從而并不能準確的預測腐蝕的發生，所以需要根據現場實際情況來考量。

1.3 接地網的腐蝕機制

土壤是一種特殊的電解質，接地網金屬埋入土壤中會發生腐蝕。由于土壤顆粒、水含量、鹽分和土壤顆粒間隙空氣的不均勻性，接地網的金屬表面會出現明顯的電位差，在土壤中構成回路形成陰陽極區發生電化學腐蝕，電化學腐蝕是土壤腐蝕的主要形式。

電化學腐蝕主要分為微電池腐蝕和宏電池腐蝕。微電池腐蝕是因為接地金屬的化學成分不均勻導致，接地金屬一般為扁鋼，含有Fe3C、MnS等多種金屬夾雜物，會形成微陰極區加速腐蝕。接地金屬的機械形狀和內應力的不均勻也會導致接地金屬形成腐蝕微電池。接地金屬的氧化膜形成的不完整性也能在一定程度上造成膜孔處與完整處的腐蝕反應差異，加速腐蝕的發生。微電池腐蝕對接地網腐蝕的影響較小。宏電池腐蝕是土壤中金屬發生電化學腐蝕的主要原因，由于土壤的結構不均一性，土壤中的氧含量和水含量會出現明顯的差異，對應的不同部位的接地網金屬的電位會發生明顯的區別，比如：在含氧量高的地方電位較高而缺氧區電位較低，形成的氧濃差電池導致缺氧區的金屬加速腐蝕。土壤的不均一性中，鹽濃度的差異、酸濃度的差異也都是導致金屬材料在土壤中由于電位不一樣形成電偶電池、發生腐蝕的原因。

由于土壤中含有大量的微生物，微生物代謝活動會改變土壤的氧濃度、pH值和鹽濃度，有些細菌 （如硫酸鹽還原菌，SRB） 能直接參與金屬的氧化反應來影響金屬的腐蝕過程。由于接地網導入地面電氣裝置的過載電流，以及附近埋入的電纜或者地鐵線路經過等，會導致土壤中存在雜散電流，雜散電流會導致埋地金屬兩極形成較大的電位差，形成陽極區加速腐蝕。另外，位于大氣與土壤交界處的接地引線也容易引起和發生腐蝕，主要是空氣和土壤含氧量明顯不同，形成了氧濃差電池。

1.4 我國變電站接地網腐蝕面臨問題

在建國初期，由于我國銅儲量有限和國外封鎖，電力系統開始主要采用鋼材作為接地材料。以江蘇電網為例,80年代以前，接地材料主要采用未經防腐處理的鋼材。隨著時間的推移，接地鋼材使用量越來越大，積累了大量的數據，也面臨著較為嚴重的腐蝕問題。90年代后要求采用熱浸鋅方法處理的鋼接地材料。進入21世紀后，東部發達地區開始采用純銅的接地網和鍍銅鋼接地網，取得了較好的效果。

由于接地材料的選擇和服役年限的推進，我國的變電站接地網面臨嚴重的腐蝕問題。腐蝕對接地網的危害主要體現在兩個方面，腐蝕形成斷點和接地網導體表面形成導電性差的氧化膜覆蓋層。接地網導體的有效截面積隨著腐蝕的程度減小，不能滿足熱穩定性和動穩定性的要求，當短接電流或雷電電流經過電網時，會引發熱效應破壞地網拓撲結構，電流不能及時泄流也會造成設備的損壞，并威脅人員的安全。以廣東省和陜西省為例，運行10 a以上的變電所中，開挖檢查的61個接地網均有不同程度的腐蝕，其中惠陽變電站和東墩變電站的接地網扁鋼被腐蝕掉70%以上，大多數變電站的接地網出現多處斷裂。湖北電網開挖調查了20個變電站的地網，調查發現腐蝕部位主要集中在接地網引下線部分，主地網出現了不同程度的腐蝕現象。佛山一座220KV變電站的地網運行調查顯示該站接地網腐蝕嚴重，平均腐蝕率為18%,已經造成了接地阻抗、跨步電壓和接觸電壓都偏高，對設備運行、維護和人員安全都存在較大的隱患。

據不完全統計，我國每年電網運行事故30%是因為網缺陷和接觸不良導致的,我國發生過多次因為接地網故障引起的電力系統故障，造成了巨大的經濟損失。2005年廣西玉林某變電站因接地網線斷開，導致一條線路燒毀，全站停電；1991年四川華瑩發電廠因接地不良，導致變電器、發電機都嚴重燒毀。因接地腐蝕導致的事故并不少見，已經引起了電力部門的重視。

2 接地腐蝕防護措施及存在的問題

接地網防腐蝕方法一般有兩種，一種是改變腐蝕環境，降低環境的腐蝕性，另一種就是增加材料的耐腐蝕性能或采用一些方法來保護金屬。對于地網來講，土壤的環境是確定的，比較難改變，加上接地網本身對土壤的電阻率有一定的要求，所以主要采用增加地網材料本身的耐蝕性這一方法。

2.1 材質的選擇

我國目前普遍采用鍍鋅鋼作為變電站的防腐接地材料，相對于碳鋼，鋅層能對碳鋼層起到隔離作用和陰極保護作用，該方法能在一定程度上延長接地網的使用壽命。國外一般采用的是銅或者不銹鋼作為接地網材料，取得了較好的效果，特別是Cu的腐蝕速率僅為鋼和Zn的1/8,還具有更好的導電性能和導熱性能，但是純銅的造價較高，一次投入比較大，而且在酸性環境下耐蝕性一般，還會造成土壤銅離子污染等問題。除了以上幾種材料外，目前也出現了一些新型的接地網材料，比如銅鍍鋼、銅鑄鋼等；這些材料的耐蝕性和Cu接近，具有更好的抗拉強度，初期投入小于純銅，后期維護也便宜，這能解決Cu資源短缺的問題。我國部分地區已經開始采用這一材質，但還需要從更多的角度來論證這一材料能否滿足我國接地網所需的機械、電氣和耐蝕性方面的要求。

2.2 降阻劑

基于接地網對土壤的導電性有較高的要求，在一些地區由于土壤電阻過高，需要使用降阻劑，但降阻劑往往會加速接地金屬的腐蝕，所以兼顧防腐和降阻的新型降阻劑成為了研究方向。降阻劑分為物理降阻和化學降阻劑,化學降阻劑一般以電解質為導電主體，不可避免的會對金屬造成腐蝕，而且在干旱地區或多雨地區由于其電解質特性具有難以克服的弱點，容易脫水造成電導率下降或者隨雨水流失，所以單一的化學降阻劑正在被淘汰。物理降阻劑是以非電解質的固體粉末為導電材料，并添加強堿弱酸鹽形成凝膠物，能極大地減輕金屬的腐蝕。物理降阻劑導電性不受酸堿、溫濕度等的影響，穩定性好，特別是以吸水性好、粘結性強、穩定性高的膨潤土再添加一定的防腐劑和導電顆粒，成為了降阻劑研究的主要方向。

2.3 陰極保護法

陰極保護是工程上常用的金屬防腐方法，分為犧牲陽極法和外加電流法。犧牲陽極法是利用電位較負的輔助陽極和被保護的地網進行連接，電位較負的金屬先發生腐蝕，保護了地網。外加電流法是采用外部電源提供電流，對被保護的金屬進行陰極極化，減緩了被保護金屬的腐蝕。對于接地網，外加電流法需要提供電源、人為監視，而地網的結構復雜和大量的地上鋼結構相連接，一定程度上限制了對接地網采用外加電流陰極保護法。一般變電站接地網都采用的是犧牲陽極法進行保護，將犧牲陽極與接地網連接一起，既能起到陰極保護的作用，又降低了接地體的電阻，而且更利于工頻電流和雷電流的擴散，消除雜散電流的危害，具有很好的效果。

2.4 防腐導電涂料

導電涂料是一種既能起到導電、又能夠隔離金屬和腐蝕介質的新型涂料，施工簡單，不影響地網的泄流能力，是一種有效的地網防腐方法。導電涂料分為本征導電涂料和添加型導電涂料，本征導電涂料是以導電高分子如聚苯胺、聚吡咯等基本成膜物質制備而成，添加型導電涂料是以導電填料加入到高聚物中，使涂料具有導電性能，常見的導電填料主要有碳系填料、金屬填料、金屬氧化物填料和納米導電填料。防腐涂料的防腐蝕機理主要是屏蔽作用，隔絕金屬和土壤的接觸，從而起到保護的作用。這類導電涂料目前實驗研究上具有很好的耐蝕效果，施工簡單易行，但是存在對舊的接地網修復困難、表面處理要求高、成本較高以及易出現破損反而加重局部腐蝕等問題。導電涂料目前在大型接地工程上應用并不多，但被認為將來會在接地網防腐系統中得到廣泛的應用。

接地網的防腐蝕方法還有增加橫截面積、土壤中加緩蝕劑等方法，一般變電站都采用兩種甚至多種的防腐蝕方法結合來對接地網進行保護，但也很難做到一次施工，永久有效。隨著電網體制的改革，對發電供電的可靠性要求越來越高，對接地網防腐也提出了更高的要求。采用多種防腐方法協同作用、尋找更便宜、有效的材料和簡單易行施工方法是目前發展的方向。

3 接地網腐蝕診斷和監測方法

接地網埋在地下，發生腐蝕具有極強的隱蔽性和危害性。盡管采取了諸多的防腐措施，但對地網腐蝕狀況的監測和診斷是不可或缺的。腐蝕診斷是對現有的接地網進行分析和判斷，不僅能得知地網的斷點和腐蝕信息，還能得到地網其他特性參數信息。腐蝕監測是指對地網腐蝕速率進行監測，判斷地網的腐蝕程度和腐蝕狀態的變化。通過監測和診斷可以有效地避免地網盲目開挖，為接地網的腐蝕防護也能提供有效的指導。

隨著計算機技術的發展和算法的進步，各種算法被應用于接地網的故障診斷中，主要是把接地網的導線簡化成電阻網絡的模型，通過施加電流或電位信號，對接地網的響應信號進行分析，通過信號的變化去判斷接地網的腐蝕狀況和其他參數特性。

3.1 電網絡測量分析法

電阻分析法是通過電位注入，測量地網結構各支路的電阻變化量，一般是利用已知的接地網拓撲結構，結合接地網腐蝕診斷基礎理論對地網的運行參數進行測量，可以求解腐蝕診斷方程，通過各支路中的電阻量的變化來對斷路和腐蝕的位置做出判斷。這一方法需要得知地網的拓撲結構，并需要檢測多個接線端的電阻，目前雖然在數值模擬算法和接地端電阻檢測口的數量上進行了大量的改進,但是對未知拓撲結構、幾何性質復雜、規模面積過大的地網診斷的應用存在局限性，而且在接線端口布線測量施工比較麻煩，需要多次測量以及數據分析仿真需要專業的人士進行，限制了這一方法的應用。

3.2 電磁場分析法

電磁場分析法診斷接地網腐蝕的原理是基于電磁感應理論，向接地網直接注入異頻的正弦波激勵電流，再利用探測線圈檢測激勵電流在地表激發的電磁感應強度，依據電磁感應強度的分布診斷接地網格導體的腐蝕狀態。該方法可以解決不知道拓撲結構的地網腐蝕診斷，但也面臨著變電站現場存在復雜的電磁干擾、變電站內設備結構和鋼筋構架影響地面磁場測量等問題，該方法在實際環境中也得到了一些運用，取得了一定的進展。

3.3 電化學監測法

電化學監測技術是利用電化學原理對接地網的腐蝕速率進行監測，原理是直接測量接地網的電化學特性，再轉換成腐蝕速率來進行判斷。主要方法有線性極化法、交流阻抗法、恒電位階躍、恒電流階躍等。電化學方法一般采用內置參比電極和對電極的圓盤型或者柱狀探頭。將電化學探頭固定在接地網表面，以接地網為工作電極，以引上線為電連接點，對被監測位置的接地網材料施加線性變化電位信號，根據極化原理——極化電流隨極化過電位呈線性變化的關系來計算出極化電阻。交流阻抗法則是通過給接地網施加正弦波電位擾動，通過測量正弦波電流響應信號，并借助相關積分算法，來計算接地網的極化電阻和腐蝕速率。該方法需要考慮土壤中雜散電流對傳感器的敏感性和有效性的干擾強度。考慮到接地網環境復雜、電磁干擾大，對電極系統和測量電路的響應信號處理有較高的要求。此外，由于接地網面積巨大，而電化學極化中的對電極往往面積不能太大，這樣會導致來自對電極的極化電流在地網表面分布的不均勻，地網真實極化面積受土壤電阻率和地網埋設深度而大幅改變，這就極大地降低了腐蝕速率的測量精度。要提高地網腐蝕速率測量精度，必須采用電流約束方法限制極化電流的分布范圍。韓磊等開發的現場便攜式快速檢測系統采用小孔限流探頭在一定程度上解決了該問題，在一些電廠和變電站檢測取得了較好的應用效果。王天元等在山西某變電站腐蝕監測工程中，采用護環電極電流約束技術，配合電化學阻抗在線監測系統，使地網的極化面積控制在對電極投影面下，實現了接地網腐蝕速率的非接觸測量，該系統采用無線數據收發器，實現了接地網腐蝕速率的實時遠程監控。電化學方法雖然診斷靈敏、準確度高，還能直接反映接地網的腐蝕速率變化，但也存在著不能診斷局部斷點等問題。

3.4 其他監測方法

其他監測方法主要有掛片法和電阻探針法。掛片法是將與接地網同材質的材料埋于接地網附近，一定時間后挖出，通過掛片的腐蝕情況來判斷地網的腐蝕狀態。這一方法能減少盲目開挖，并能在一定程度上反映接地網腐蝕情況，但存在土壤的環境可能與地網參數不完全一致、掛片無電流通過等情況，并不能完全地指示接地網的腐蝕情況。電阻探針法[74]是利用金屬試片發生腐蝕后，會因導電面的減薄導致電阻增大這一特性來監測腐蝕速率的變化，但是該方法不能直接監測接地網絡的腐蝕，只能通過土壤的腐蝕性來推測接地網的腐蝕情況。

4 總結及展望

接地網是發變電站安全運行的基礎，隨著現代大電網向超高壓、大容量和遠距離發展，電力系統的安全穩定及經濟運行的要求也越來越高。由于運行時間較長、土壤環境復雜、地網材料限制，我國發變電站的地網面臨的腐蝕問題也日益嚴重，對接地網的土壤腐蝕問題也日益關注。因此需要研究接地金屬材料在土壤中的腐蝕過程和機理，對已有的發變電站的土壤腐蝕性進行調查、并對服役時間較長的接地網進行可靠性診斷和腐蝕監測，及時發現和更換腐蝕嚴重的接地網區域段；對新規劃的發變電站，合理的選用材料和制定多種防腐措施協同作用，同時配套相應的腐蝕監測設備，對地網腐蝕以及安全狀態進行全面地在線監測，是保障安全供電、減少電力事故的關鍵。