架空输电导线的腐蚀与防护

架空输电导线的腐蚀行为

目前，在沿海、重工业污染等地区的强腐蚀环境中，架空输电导线使用的钢芯铝绞线一般4～8年后发生明显锈蚀，对输电线路运行造成安全隐患，需要及时更换导线。因此，如何提高架空输电导线的耐腐蚀性能，延长钢芯铝绞线的使用寿命，满足架空输电导线在腐蚀地区的服役要求，受到了线缆制造企业和电力运行部门的广泛关注。

架空输电导线的防护措施

（一）涂覆防腐蚀油脂

架空输电导线最早采用的防腐蚀措施是涂覆防腐蚀油脂（防腐脂），早在1927年美国第一次将凡士林涂覆在导线接头上，之后欧洲一些国家及日本使用沥青混合物、羊毛脂混合物、润滑脂混合物、特制金属皂基润滑脂混合物等作为防腐蚀材料。

防腐脂有效阻止了腐蚀介质渗入绞线内部，在铝线和钢线之间形成物理隔绝，研究表明涂覆防腐脂可使钢芯铝绞线的寿命延长10年。

目前，按防腐脂涂覆方式可将涂油绞线分为轻、中和重防腐蚀绞线。涂防腐脂钢芯铝绞线的截面形貌如图1所示。

图1 涂有防腐脂导线的截面形貌

在GB/T 36292-2018标准颁布前，我国没有架空输电导线用防腐脂标准，所以防腐脂质量良莠不齐，大部分油脂具有极易滴落、抗水淋性能差、油脂固化等缺点，不符合架空输电导线的服役条件。GB/T 36292-2018标准对架空输电导线用防腐脂进行了规范，推动我国防腐脂质量提升，并进一步推动防腐蚀导线的应用。

（二）合金镀层

由于防腐蚀油脂会增加导线所受重力，长期使用会使导线老化失效，因此人们开始采用在钢芯表面直接镀锌的方式防止导线腐蚀。钢芯表面镀锌层的腐蚀程度是判断整个钢芯铝绞线腐蚀状况及寿命的重要依据，当镀锌层因腐蚀失去对钢芯的保护作用时，铝导线的腐蚀将加速。

为了经济有效地提高钢芯铝绞线的耐蚀性，延长产品的使用寿命，将钢芯表面的镀层由传统的纯锌镀层改为合金镀层，这是钢芯铝绞线防腐蚀技术的主要发展趋势之一。

随着国家对环境保护及节能减排要求的提高，锌及锌合金热浸镀层的生产和使用将受到严格控制，其规模化应用必将受到极大的限制和影响。

（三）铝包钢芯

铝包钢芯是一种高效的复合材料，通过在高温、高压条件下连续挤压电工铝将其包覆在高强度钢丝表面，使铝钢间形成约8μm厚的铝钢结合渗透层，包覆铝层的钢丝再经双金属同步变形机多次拉拔，钢铝间形成良好的冶金结合。

研究发现，与普通钢芯铝绞线相比，铝包钢芯铝绞线的寿命可提升1倍以上。铝包钢芯铝绞线除了具有良好的耐腐蚀性能，能够有效降低导线弧垂和杆塔负荷，同时降低线路损耗并提升载流量。目前，铝包钢芯铝绞线系列产品已在国内外输电线路中得到了广泛应用，其结构如图2所示。

图2 铝包殷钢芯耐热铝合金绞线结构图

（四）新材料与新工艺

随着材料科学的不断进步，人们开始尝试用有机复合材料来替代金属材料充当导线芯材。

碳纤维复合材料芯架空导线是一类新型电力架空线路用导线，最早由美国复合技术公司于2003年开发并命名，其典型结构如图3所示，采用直径5~11mm的玻璃纤维包覆碳纤维结构的复合材料芯棒作为承力芯，导线外层与次外层均为梯形铝型线绞合，以提高紧密系数和通流面积。

图3 碳纤维复合材料芯架空导线结构

自2006年起，我国相关研究机构及生产厂家也开展了碳纤维复合材料芯导线的研究与工程应用，并实现了碳纤维复合材料芯的产业化推广。虽然碳纤维复合材料芯导线的各种性能都比较好，但价格高、施工工艺复杂，长期老化性能还需进一步验证。