接地网用降阻防腐导电混凝土的制备与应用可行性研究报告Word格式文档下载.docx
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电力接地装置的腐蚀可导致一、二次设备的损坏，严重时造成发电厂、变电站全部停止运行，有的甚至威胁整个电力系统的安全运行。
防止腐蚀一般有以下两条途径：
改变腐蚀环境，降低环境的腐蚀性;
改变腐蚀主体，提高材料的耐蚀性。
对变电站、发电厂而言，一旦其地点确定，接地网所处的土壤环境就随之确定，想改变是很困难的。
解决接地网腐蚀问题主要从增强接地网本身的耐蚀性方面着手。
目前主要有以下几种方法：
①采用高效膨润土降阻防腐剂
高效膨润土降阻防腐剂的防腐机理主要是利用钙基膨润土本身的特性，在研制时加入了一定比例的无机缓蚀剂、钝化剂调整降阻剂的酸碱度为偏碱性，pH值为10左右，H+的浓度小，使析氢腐蚀无法存在；
由于降阻剂的结构密致，含氧量少，使钢接地体基本上不和氧接触，防止了吸氧腐蚀；
加入的无机缓蚀剂、钝化剂和膨润土本身的作用在钢接地体表面生成了一层钝化膜，保护了接地体，降阻剂中含有的大量的钙、镁、铝等金属氧化物，它们的金属离子都比铁的标准电极电位低，起到了一定的“阴极保护”作用；
铁的氢氧化物Fe（OH）3属于碱性氢氧化物，仅能与酸反应，因此，铁埋在具有弱碱性的降阻剂中受到了保护；
接地体添加高效膨润土降阻剂后，使接地体不直接与周围土壤接触，当接地体通过大的工频接地短路电流和冲击电流时，电火花发生在降阻剂与土壤之间，从而使接地体免遭电火花腐蚀。
但膨润土强度不高，易开裂。
②阴极保护
阴极保护是通过对被保护金属（如接地网的普通碳钢）进行外加阴极极化来防止金属腐蚀的方法。
阴极保护可通过两种方法实现，一是牺牲阳极法；
二是外加电流法。
牺牲阳极法简单易行，无须维护，它是在被保护的接地网上连接电位更负、更容易腐蚀的金属或合金（如镁及镁合金阳极、锌合金阳极），使靠阳极的腐蚀溶解达到保护阴极（接地网）的目的，但这类材料在高腐蚀的地方很容易受到严重的腐蚀，使其导电性能大大降低，严重影响接地网的接地性能。
外加电流法（亦称强制电流法）是利用外加直流电源，将被保护的接地网与电源负极连接，使接地网变成阴极而进行阴极极化，从而达到防止金属腐蚀的目的，但这种方法操作复杂，成本高昂。
③采用耐蚀材料作为接地电极
接地网一般是由棒形和带形接地体联合组成的闭合体，垂直埋设的接地装置用圆钢、角钢、钢管，水平埋设的用扁钢、圆钢等，为减少腐蚀，有时用铜代替钢，国外曾试用不锈钢作为接地电极，但都不能很好的改善接地极的腐蚀，而且投资大；
美国等很多国家都用铜做变电站接地装置，这主要是考虑到变电站接地装置的重要性和铜的耐腐蚀性和稳定性。
但一般变电站接地网接地体数量庞大，接地材料用量大，而铜又非常的昂贵，所以国内一般不采取铜接地装置。
近年来，逐渐采用非金属接地体，防腐效果明显改善。
非金属接地体材料有许多种，其中人造石墨电极以易加工、价格低而得到推广使用。
人造石墨电极由石油焦和沥青两种材料按一定比例烧制而成，导电性好，电阻率一般在7×
10-6-15×
10-6Ω·
m，化学稳定性好，使用寿命长，其腐蚀速率比钢小30倍。
但石墨电极易脆，在遇到故障大电流时，容易在电动力的作用下发生断裂，从而丧失接地功能。
④外层保护法
目前，国内许多单位正在研制用于变电站接地装置的导电防腐材料。
目前有两种材料在国内已有应用，一种是近年来用于地网防腐的KV导电防腐涂料，它是一种涂料，直接涂刷于裸钢上；
另一种是降阻防蚀化学剂，主要用于岩石地区接地装置的降阻和散流，但也有单位只是将它用于防腐蚀，由于这种用途应用单位较少，加之本身有一定腐蚀性，不建议采用。
从总体上分析，电力系统接地体的腐蚀问题没有良好的解决办法，接地体的防腐是目前研究的热点。
本项目在深入研究接地体腐蚀机理的基础上，开展高腐蚀环境中接地网用降阻防腐导电混凝土的制备及其降阻防腐性能的研究，对电力系统的安全稳定运行，避免因金属接地体腐蚀导致的各种电力事故有着重要的理论和工程应用价值。
三、项目的理论和实践依据
本项目研究采用理论分析和实验手段相结合的研究方法。
首先收集国内外电网接地装置的腐蚀案例，研究重污染、高腐蚀环境下接地设施的大气腐蚀、土壤腐蚀机理，为导电混凝土的设计、制备和改良提供理论基础，然后进行导电混凝土的试制并对其进行改性，提高混凝土的导电性能、机械性能以及防腐蚀性能，最后将所制备的高强度耐腐蚀导电混凝土应用于实际接地网，考察导电混凝土的实际防腐蚀降阻效果。
本项目研究的技术关键与难点主要有：
1）土壤中接地体腐蚀机理的研究及导电混凝土制备方法的设计。
2）导电混凝土的抗腐蚀性能的提高；
不锈钢纤维的分散性以及混凝土抗渗透性的提高。
3）导电混凝土防化学腐蚀、电腐蚀性能的试验方法，以及腐蚀评价方法的研究。
4）导电混凝土施工工艺研究。
四、项目研究内容和实施方案
本项目针对变（发）电站接地网易腐蚀，导致接地网接地性能大幅下降，影响电力系统安全运行的问题，提出的研究内容有：
1）接地体腐蚀机理研究
收集国内外电网接地装置的腐蚀案例，研究重污染、高腐蚀环境下接地设施的大气腐蚀、土壤腐蚀机理，对比分析在该种环境下采用的接地体防腐措施的优劣性，为导电混凝土的设计、制备和改良提供理论基础。
2）研究高强度耐腐蚀导电混凝土的制备
研究和制备耐腐蚀导电混凝土：
在混凝土中掺杂不锈钢纤维等导电填料，制备导电混凝土，研究导电填料的最佳掺杂比，使导电混凝土的接地电阻符合接地体的电阻要求。
然后选用合适的疏水修饰的纳米铁电材料填充导电混凝土的微米空洞，进一步改善导电混凝土的机械性能和导电性能；
同时疏水改性纳米铁电材料起到保护填充物质不受化学腐蚀、引导故障电流的目的，从而提高导电混凝土的综合性能。
3）高强度耐腐蚀导电混凝土的降阻及防腐性能测试
开展机械强度，体积电阻率，防化学腐蚀、电腐蚀及抗老化等性能测试。
4）高强度耐腐蚀导电混凝土施工工艺研究及现场应用
开展导电混凝土的施工环境、施工前基体的预处理等工艺研究；
并将导电混凝土包覆于典型腐蚀环境下110kV变电站的接地网接地体周围，考察导电混凝土的实际防腐蚀降阻效果。
本课题拟采用的实施方案如下：
1）接地体腐蚀原因分析，为接地体防腐材料的设计提供理论基础。
2）高强度耐腐蚀导电混凝土的设计及制备。
采用直径为3μm左右、长度为3-6mm之间的不锈钢纤维等作为导电填料，制备高强度耐腐蚀导电混凝土，并研究不锈钢纤维的分散性问题以及混凝土的浇注工艺，然后选用合适的疏水修饰的纳米铁电材料填充导电混凝土的微米空洞，进一步改善导电混凝土的机械性能和导电性能；
最终制备出高强度抗腐蚀导电混凝土。
3）高强度耐腐蚀导电混凝土的性能测试。
①机械强度测试
利用DKZ-5000电动抗折试验机以及WE-300液压万能试验机对导电混凝土的机械强度进行测试。
②体积电阻率以及导电性能测试
利用HQ2511低电阻测试仪测量导电混凝土的电阻率，并对导电混凝土进行大电流试验，考察导电混凝土的散流效果、降阻效果以及热稳定性。
③腐蚀性能测试
将导电混凝土置于酸性及碱性电解液中浸泡，考察混凝土的耐化学腐蚀性能；
建立混凝土电化学腐蚀试验平台，并对导电混凝土进行电化学腐蚀试验，考察导电混凝土的防电化学腐蚀性能。
4）现场应用及考察。
在高强度耐腐蚀导电混凝土的研制及测试过程中，将按照下图所示步骤进行：
导电混凝土研制技术路线图效果
五、预期目标和成果形式
1）制备出具有导电性优良、机械强度高、防腐蚀的导电混凝土，并在实际接地网中应用；
2）发表高水平论文2－3篇；
3）申请专利1项。
六、合作单位或依托工程单位落实情况
重庆大学电气工程学院高电压与绝缘技术系创建于1978年，现任系主任为李剑教授。
本系形成了四个持续而稳定的研究方向，即复杂大气环境中的高电压绝缘技术方向、电气设备绝缘在线智能化监测与故障诊断技术方向、电力系统过电压与接地技术方向以及高电压新技术方向，部分研究成果已达到国际领先水平或国内领先水平。
实验室现有建筑面积2800多平方米，设备资产近1000万元，有国内独有或具有显著特色的多项设备，教学条件、科研环境优异。
高电压与绝缘技术系是重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室的主体，现有教授9人、副教授7人、高级实验师1人、讲师及工程师7人，其中包括中国工程院院士1人、973首席科学家1人、国家杰出青年基金获得者1人、教育部长江学者特聘教授2人。
现有研究生总计150余人，含博士研究生40余人。
七、项目承担单位的条件
1.项目负责人
金卓睿，四川省电力公司南充电业局总工程师
2.项目研究人员
序号
姓名
年龄
职称、职务
工作单位
任务分工
1
金卓睿
39
南充电业局总工程师
南充电业局
总负责人，总体方案设计与实施
2
钟涛
35
南充电业局运维检修部常务副主任
对接地导体的腐蚀原因及腐蚀机理进行调查和分析，牵头组织项目研发与实施
3
袁涛
31
副教授
重庆大学
理论分析与研究方案设计
4
杨庆
5
司马文霞
46
教授
总体方案设计
6
韩果
40
南充电业局运维检修部专责
高强度耐腐蚀导电混凝土参与研制
7
徐雅
27
对高强度耐腐蚀导电混凝土的导电性能进行测试
8
杜涛
29
协调项目研发、测试及项目管理
9
胡勇
26
南充电业局检修公司技术员
对高强度耐腐蚀导电混凝土的机械强度性能进行测试
10
胡广
24
11
黄正勇
博士生
高强度耐腐蚀导电混凝土改性
12
严薪瞩
23
编写项目实施方案
13
樊竹青
硕士生
对高强度耐腐蚀导电混凝土的耐腐蚀性能进行测试
14
魏远
22
高强度耐腐蚀导电混凝土的施工工艺研究
15
杜斌
升级会员 