【摘要】：本文介绍了接地网腐蚀的机理和防止地网腐蚀的措施，并结合某电厂2×600MW基建项目的现场实际情况，对该工程实施牺牲阳极的阴极保护方案进行计算和施工介绍。
【关键词】：接地网 腐蚀 阴极保护
1 引言
发电厂接地网是用于工作接地、防雷接地、保护接地的重要设施，是确保人身、设备、系统安全的重要环节。实际应用中，如果铁质接地网腐蚀严重，则会导致接地线截面减小、热稳定性不够、接地电阻增大。
2 腐蚀机理
腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是指金属和非电解质直接发生纯化学作用而引起的金属损耗。电化学腐蚀是指金属和电解质发生电化学作用而引起的金属损耗。在电化学腐蚀过程中，同时存在着两个相互独立的反应过程，阳极反应和阴极反应，并有电流产生。从外观上看，金属材质是均一的，但是，当它浸入电解质中（例如海水或土壤），由于不同材料或金属本身组织结构及表面物理状态不均匀，在金属表面上形成许多宏观或微观阳极区和阴极区，阴、阳极之间通过介质产生微电流。根据这一机理，以钢为例，铁离子在电解质中的流动形成电流，电流的方向与电子移动的方向相反，进而铁离子与水中的氢氧根离子OH-反应生成氢氧化亚铁Fe(OH)2，而后又变成沉积在钢表面的氢氧化铁Fe(OH)3，形成锈层。
3 防止接地装置腐蚀措施
3.1 增加金属厚度
涂覆层是防止地下金属结构腐蚀最常用手段之一。但并不能完全解决金属腐蚀问题。这是因为涂层总是不可避免地漏涂、针孔、破损等，腐蚀将会集中在这些微小区域，导致金属腐蚀穿孔。此外，涂层有老化问题，难以在发电厂寿命期内一直起保护作用。
3.2 采用铜接地网
裸铜绞线作为接地材料是抗腐蚀的方法之一，由于铜材料价格高，几乎是钢材的1倍，另一方面电厂内许多设备的外壳，构架和埋管都是选用钢材，铜本身会加速腐蚀与其接触或在邻近的其他金属如钢材、钢管等，对钢质循环水管的防腐蚀带来了困难。
3.3 阴极保护
阴极保护是对被保护金属结构通以阴极电流，使之阴极极化，从而消除电化学腐蚀的一种方法。在电解质中金属的腐蚀是由电化学反应引起的，因此，如能阻止这一电化学反应就可以抑制金属的电化学腐蚀。如图1所示，在电解质中对被保护金属进行阴极极化，当阴极电流通过钢表面时，大部分电流优先流到阴极区，从而降低了原有的电位，使之阴极极化。随着电流的增大，钢表面阴极区的负极化也增大，当极化到阴极区和阳极区的电位差为零时，腐蚀电流消失，因而抑制了腐蚀过程，达到保护目的。
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图1 阴极保护原理图
4 某发电厂阴极保护与增加金属厚度的比较
4.1 电厂土壤的实际情况
某电厂土地电阻率为12.5～52.0Ω·m，因此，地下水位以上土壤对钢结构具中等～强腐蚀性。对照勘测图，主厂房及A排外升压站区域共测量130点，场地土的电阻率值在12.5～52.0Ω·m，平均25Ω·m，其中30Ω·m以下的占50%，20Ω·m以下的占40%。因此，主厂房、升压站、煤场等主要地点的土壤腐蚀率属强腐蚀。应采取一定的防腐措施对钢结构进行保护。
4.2 计算比较
由于电厂土壤腐蚀性属于中等偏强，不考虑采用铜接地网（投资比阴极保护高30%左右，而且铜本身可能加速腐蚀与其接触或在邻近的其他金属如钢材、钢管等）。
4.2.1 接地装置的热稳定校验
根据《交流电气装置的接地》（DL/T621-1997）附录C，计算后采用-50×6热镀锌扁钢（水平接地体），∠40×40×4角钢（垂直接地体）；接地材料总长度为30km。
4.2.2 增加金属厚度
根据《交流电气装置接地设计规范》附录F及《水工设计手册》腐蚀速度估计式，土壤电阻率为18Ω?m，腐蚀率按0.15mm/a考虑，寿命按30年考虑。计算结果为220kV系统采用70×10热镀锌扁钢(水平接地体)和角钢∠56×56×8。
4.2.3 牺牲阳极阴极保护
因为牺牲阳极阴极保护适合于保护钢接地系统，用铜材做接地系统时，应对工程地下金属结构实施统一的阴极保护措施。牺牲阳极法一次性投资较大，但运行维护工作量小。外加电流法一次性投资较小，但运行维护工作量较大，运行时需要用电，后期投入较大。所以，综合考虑后采用牺牲阳极法阴极保护。
(1) 采用材料
土壤中牺牲阳极材料主要有锌和镁二种。锌合金阳极特点：密度大，理论发生电量较小，电流效率高，表面溶解均匀，腐蚀产物疏松，容易脱落，在保护钢结构物时，有一定自调节电流和电位作用。适于在低电阻率土壤（<10Ω?m）中使用。镁合金阳极的特点是：密度小，电位相当负，对钢的驱动电压大，但电流效率低，一般适用电阻率较高土壤或淡水中。土壤电阻率为25Ω?m(全厂取平均值)，所以宜采用MG-11镁牺牲阳极。
(2) 阴极保护系统保护范围为：主厂房区、变压器区、炉后、电除尘、烟囱等。
(3) 设计使用年限30年。
(4) 保护电流密度取值i = 15 mA/m2。
(5) 单只阳极发生电流If = 0.053A。
(6) 地网保护电流If = 0.053A。
(7) 所需阳极数量经计算：N = 496只，按496只考虑，12km接地网阳极间隔为24m。
(8) 阳极工作寿命满足30年的要求。
5 阴极保护的施工
5.1经计算采用11kg/块的镁合金牺牲阳极， 阳极型号、规格为MG-11型700×(90+100)×90mm，共496只。参比电极采用铜/硫酸铜参比电极，型号为MCT-2型10只，CS-3型测试桩10只。
5.2袋装阳极采用水平、平行于地网埋设，埋设深度与接地网同深。阳极坑表面要平整。阳极间隔24m左右埋设一块，如遇有地下结构物，可在相应位置2m左右范围内调整，阳极在接地网的左右侧位置及离开接地网的距离可根据现场施工情况调整。根据图纸将阳极电缆焊在地网相应位置上，阳极埋在坑中，填上回填土，浇水将填料包浸透。电缆与地网的焊接要牢固，焊头处应补涂防腐涂料。带6m长电缆的阳极埋设在测试桩附近，阳极电缆直接接入测试桩。
5.3埋设要求与阳极相同，参比电极表面为陶瓷制品，以防破碎。参比电极应尽量靠近接地网埋设，靠近测量接地点，并与阳极有一定的距离。
5.4阴极接地线的一端应焊在接地网上，另一端接进测试桩的接线柱，该接线柱再与接阳极电缆的接线柱短接在一起。参比电极电缆接进测试桩的接线柱；测量接地电缆一端进测试桩的接线柱，另一端焊接在接地网上。
5.5以上施工完毕，按测量表的要求测量电位值。电位值应负于-0.85V。
结束语：
牺牲阳极法的阴极保护有着原理可靠、简单，安装及维护测试方便的特点，同时在阴极保护施工中也要加强管理，使之起到保护的作用。
参考文献：
[1]《电力工程地下金属构筑物防腐技术导则》 DL/T 5394-2007
[2]《埋地钢质管道阴极保护技术规范》 GB/T 21448-2008
[3]《滨海电厂海水冷却水系统牺牲阳极阴极保护》 GB/T 16166-2013
[4]《交流电气装置的接地设计规范》GB/T 50065-2011