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摘要：本篇文章结合现场实际情况，分析了土壤腐蚀的机理及防止接地网腐蚀的各种措施，对两种比较常用的接地系统方案进行了系统的分析比较，对电厂在何种情况下选取何种接地系统方案提供了建议。
关键词：接地 阴极保护 发电厂 土壤腐蚀
1腐蚀机理
腐蚀是指金属与环境间的物理—化学的相互作用，由此造成金属性能的改变，导致金属、环境或由其构成的一部分技术体系功能的损坏。
以腐蚀的机理来划分，可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，如金属的高温氧化。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，如钢铁在水溶液（包括土壤）中的腐蚀。电化学腐蚀是最普遍的腐蚀现象。
1.1土壤腐蚀机理
从外观上看，金属的材质是均一的，但是，当它浸入电解质中时（例如海水或土壤），由于不同材料或金屬材料本身组织结构及表面物理状态的不均匀性，在金属表面上形成许多宏观的或微观的阳极区和阴极区，阴、阳极之间通过介质产生微电流。电子从阳极区向阴极区移动，阳极区金属失去电子，一部分金属就会成为离子溶于电解质中，使得阳极区金属受到腐蚀。
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。这种腐蚀反应的速度，在水中，则受水的pH、水的湍流度、水流速度、水温、盐度和微生物等环境因素的影响；在土壤中，则受到土壤电阻率、pH值、氧化还原电位、含水量、含盐量等因素的影响。
1.2影响土壤腐蚀性的因素
结合腐蚀机理可知，任何影响上述四个组元过程的因素都会影响其腐蚀性，由于土壤是由固、气、液三相构成的不均一多相体系，较之水介质的腐蚀要复杂，因此任何能够影响土壤理化性能的因素都能左右土壤的腐蚀性。一般可分为以下几个因素：
土壤电阻率
土壤的氧化还原电位（Eh）
pH值
土壤含水量
土壤的透气性
土壤的温度
1.3接地网土壤环境腐蚀性评价
综上所述，土壤的腐蚀性是由其物理、化学特性所决定的。影响土壤腐蚀性的因素很多，包括土壤的电阻率、pH值、氧化还原电位、含水量、含盐量及盐的种类、土壤温度、土壤质地，透气性等。由于土壤电阻率直接受到土壤质地、松紧度、含水量、含盐量、有机质等性质的影响，是土壤导电能力的综合表征。因此在实际中常常用土壤电阻率作为土壤腐蚀性的评价指标。
2防止接地装置腐蚀的措施
2.1增加金属厚度
目前国内的接地装置设计中，一般都采用镀锌和加大接地导体的截面及厚度来延长接地导体的使用寿命。
(1)涂覆层是防止地下金属结构腐蚀最为常用的手段之一。但并不能完全有效地解决金属的腐蚀问题。这是因为涂层，总是不可避免地存在漏涂、针孔、破损等可能，腐蚀将会集中在这样一些微小区域，导致金属腐蚀穿孔。此外，涂层具有老化问题，难以保证在发电厂寿命期内一直起到保护作用。
对于接地网而言，由于其主要是起泄流作用的，要求接地电阻很低，因此，接地材料上不能采用绝缘涂层。金属涂覆层有良好的电导性，可用作钢接地网的防护层，镀锌层最为常用的，它不但起隔离层作用，而且起牺牲阳极保护作用。但镀锌层在强腐蚀性土壤中很快就会因腐蚀而消耗掉，寿命极短，尤其是当镀锌层较薄或存在缺陷时更是如此。因此，在强腐蚀性土壤介质中，钢接地网仅靠镀锌层来保护是远远不够的。
总之，在较强腐蚀性土壤中，靠金属覆盖层或导电非金属涂覆层，很难获得长期有效的保护效果。
(2)加大导体截面会增加部分钢材的消耗量，但是这种方法技术成熟，可靠性高。由于钢铁的价格十分便宜，所以钢材消耗引起的成本增加的十分有限。即使增加了金属厚度后的接地系统，其造价通常条件下也仅有采用阴极保护接地系统的70%，采用铜接地网投资的40%。所以现在国内许多电厂仍在采用这种接地方式。
2.2阴极保护
2.2.1阴极保护原理
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。如上所述，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。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，达到了保护的目的。
2.2.2阴极保护的种类及特点
所谓阴极保护就是向被保护金属通以一定的直流电，使被保护金属变成阴极而得到保护。根据所提供电流方法的不同，阴极保护分为外加电流法和牺牲阳极法。外加电流法是用外加可调直流电源（恒电位仪或整流器）供电，电源的正极接辅助阳极，负极接被保护的金属。
牺牲阳极法是用一种电位比所要保护的金属还要负的金属或合金（更活泼，易腐蚀）与被保护的金属连接在一起，依靠电位比较负的金属不断地腐蚀溶解所产生的电流来保护其它金属的方法。
3阴极保护及增加金属厚度的比较
3.1厂址土壤的实际情况
水、土壤腐蚀性的初步评价：
在厂区内取扰动土样26件，进行了土样的易溶盐试验分析，按I类环境评价，其结果表明，土对混凝土结构具有强腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具有中等腐蚀性安土壤电阻率进行评价，土壤对钢结构具有强腐蚀性。
3.2分析比较
从可研阶段在厂区内扰动土样的试验分析结果来看，厂址的土壤腐蚀性属于偏强，不考虑采用铜接地网（采用铜接地网投资比采用阴极保护高100%~200%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）。
3.2.1增加金属厚度
为计算需要增加的截面面积，首先必须确定金属在土壤中的腐蚀率。而关于金属在土壤中的腐蚀率目前尚无一个全国统一的取值标准。据国外资料及国内部分省市开挖检查资料分析，一致的意见是：土壤电阻率越低，腐蚀率越大。
3.2.2对本工程碳钢+阴极保护方案按牺牲阳极阴极保护进行比较。
本工程电厂接地系统由水平接地网和垂直接地极两部分组成。经短路电流计算和接地网及引下线热稳定截面计算，在未考虑腐蚀的情况下，主接地网水平接地采用506mm的镀锌扁钢，按一定间距交叉排列，主接地网垂直接地极采用镀锌角钢50506，与水平接地网相连，均匀排列在地下。
3.2.2.1 牺牲阳极阴极保护设计技术指标：
(1)保护寿命：不小于30年。
(2)保护电位：接地网（裸钢）的电位取-0.85V（相对于Cu/CuSO4参比电极），或其自然电极电位负向极化200～300mV。
(3)引用标准
因为电力行业目前尚无相应的阴极保护规程，按下列规程规范执行
SY/T0019-97 《埋地钢质管道系统牺牲阳极阴极保护设计规范》
SYJ23-86《埋地钢质管道阴极保护参数测试方法》
SYJ29-87《埋地钢质检查片腐蚀速度测试方法》
GB/T17731-1999《镁合金牺牲阳极》
GB/T16166-1996 《滨海电厂海水冷却水系统牺牲阳极阴极保护》（对内陆电厂埋地管网可参照使用）
表3.1列出了这三种方案的技术比较。
4结论
发电厂接地装置在土壤中的腐蚀属于电化学腐蚀，增加金属厚度和牺牲阳极阴极保护均能够有效的防止其腐蚀。增加金属厚度投资费用少，技术可靠；牺牲阳极阴极保护造价稍高于增加金属厚度的方案，但长期稳定性更好。从电厂寿命期内综合考虑，推荐采用牺牲阳极阴极保护方案。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：接地 阴极保护 发电厂 土壤腐蚀
1腐蚀机理
腐蚀是指金属与环境间的物理—化学的相互作用，由此造成金属性能的改变，导致金属、环境或由其构成的一部分技术体系功能的损坏。
以腐蚀的机理来划分，可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，如金属的高温氧化。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，如钢铁在水溶液（包括土壤）中的腐蚀。电化学腐蚀是最普遍的腐蚀现象。
1.1土壤腐蚀机理
从外观上看，金属的材质是均一的，但是，当它浸入电解质中时（例如海水或土壤），由于不同材料或金屬材料本身组织结构及表面物理状态的不均匀性，在金属表面上形成许多宏观的或微观的阳极区和阴极区，阴、阳极之间通过介质产生微电流。电子从阳极区向阴极区移动，阳极区金属失去电子，一部分金属就会成为离子溶于电解质中，使得阳极区金属受到腐蚀。
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。这种腐蚀反应的速度，在水中，则受水的pH、水的湍流度、水流速度、水温、盐度和微生物等环境因素的影响；在土壤中，则受到土壤电阻率、pH值、氧化还原电位、含水量、含盐量等因素的影响。
1.2影响土壤腐蚀性的因素
结合腐蚀机理可知，任何影响上述四个组元过程的因素都会影响其腐蚀性，由于土壤是由固、气、液三相构成的不均一多相体系，较之水介质的腐蚀要复杂，因此任何能够影响土壤理化性能的因素都能左右土壤的腐蚀性。一般可分为以下几个因素：
土壤电阻率
土壤的氧化还原电位（Eh）
pH值
土壤含水量
土壤的透气性
土壤的温度
1.3接地网土壤环境腐蚀性评价
综上所述，土壤的腐蚀性是由其物理、化学特性所决定的。影响土壤腐蚀性的因素很多，包括土壤的电阻率、pH值、氧化还原电位、含水量、含盐量及盐的种类、土壤温度、土壤质地，透气性等。由于土壤电阻率直接受到土壤质地、松紧度、含水量、含盐量、有机质等性质的影响，是土壤导电能力的综合表征。因此在实际中常常用土壤电阻率作为土壤腐蚀性的评价指标。
2防止接地装置腐蚀的措施
2.1增加金属厚度
目前国内的接地装置设计中，一般都采用镀锌和加大接地导体的截面及厚度来延长接地导体的使用寿命。
(1)涂覆层是防止地下金属结构腐蚀最为常用的手段之一。但并不能完全有效地解决金属的腐蚀问题。这是因为涂层，总是不可避免地存在漏涂、针孔、破损等可能，腐蚀将会集中在这样一些微小区域，导致金属腐蚀穿孔。此外，涂层具有老化问题，难以保证在发电厂寿命期内一直起到保护作用。
对于接地网而言，由于其主要是起泄流作用的，要求接地电阻很低，因此，接地材料上不能采用绝缘涂层。金属涂覆层有良好的电导性，可用作钢接地网的防护层，镀锌层最为常用的，它不但起隔离层作用，而且起牺牲阳极保护作用。但镀锌层在强腐蚀性土壤中很快就会因腐蚀而消耗掉，寿命极短，尤其是当镀锌层较薄或存在缺陷时更是如此。因此，在强腐蚀性土壤介质中，钢接地网仅靠镀锌层来保护是远远不够的。
总之，在较强腐蚀性土壤中，靠金属覆盖层或导电非金属涂覆层，很难获得长期有效的保护效果。
(2)加大导体截面会增加部分钢材的消耗量，但是这种方法技术成熟，可靠性高。由于钢铁的价格十分便宜，所以钢材消耗引起的成本增加的十分有限。即使增加了金属厚度后的接地系统，其造价通常条件下也仅有采用阴极保护接地系统的70%，采用铜接地网投资的40%。所以现在国内许多电厂仍在采用这种接地方式。
2.2阴极保护
2.2.1阴极保护原理
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。如上所述，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。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，达到了保护的目的。
2.2.2阴极保护的种类及特点
所谓阴极保护就是向被保护金属通以一定的直流电，使被保护金属变成阴极而得到保护。根据所提供电流方法的不同，阴极保护分为外加电流法和牺牲阳极法。外加电流法是用外加可调直流电源（恒电位仪或整流器）供电，电源的正极接辅助阳极，负极接被保护的金属。
牺牲阳极法是用一种电位比所要保护的金属还要负的金属或合金（更活泼，易腐蚀）与被保护的金属连接在一起，依靠电位比较负的金属不断地腐蚀溶解所产生的电流来保护其它金属的方法。
3阴极保护及增加金属厚度的比较
3.1厂址土壤的实际情况
水、土壤腐蚀性的初步评价：
在厂区内取扰动土样26件，进行了土样的易溶盐试验分析，按I类环境评价，其结果表明，土对混凝土结构具有强腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具有中等腐蚀性安土壤电阻率进行评价，土壤对钢结构具有强腐蚀性。
3.2分析比较
从可研阶段在厂区内扰动土样的试验分析结果来看，厂址的土壤腐蚀性属于偏强，不考虑采用铜接地网（采用铜接地网投资比采用阴极保护高100%~200%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）。
3.2.1增加金属厚度
为计算需要增加的截面面积，首先必须确定金属在土壤中的腐蚀率。而关于金属在土壤中的腐蚀率目前尚无一个全国统一的取值标准。据国外资料及国内部分省市开挖检查资料分析，一致的意见是：土壤电阻率越低，腐蚀率越大。
3.2.2对本工程碳钢+阴极保护方案按牺牲阳极阴极保护进行比较。
本工程电厂接地系统由水平接地网和垂直接地极两部分组成。经短路电流计算和接地网及引下线热稳定截面计算，在未考虑腐蚀的情况下，主接地网水平接地采用506mm的镀锌扁钢，按一定间距交叉排列，主接地网垂直接地极采用镀锌角钢50506，与水平接地网相连，均匀排列在地下。
3.2.2.1 牺牲阳极阴极保护设计技术指标：
(1)保护寿命：不小于30年。
(2)保护电位：接地网（裸钢）的电位取-0.85V（相对于Cu/CuSO4参比电极），或其自然电极电位负向极化200～300mV。
(3)引用标准
因为电力行业目前尚无相应的阴极保护规程，按下列规程规范执行
SY/T0019-97 《埋地钢质管道系统牺牲阳极阴极保护设计规范》
SYJ23-86《埋地钢质管道阴极保护参数测试方法》
SYJ29-87《埋地钢质检查片腐蚀速度测试方法》
GB/T17731-1999《镁合金牺牲阳极》
GB/T16166-1996 《滨海电厂海水冷却水系统牺牲阳极阴极保护》（对内陆电厂埋地管网可参照使用）
表3.1列出了这三种方案的技术比较。
4结论
发电厂接地装置在土壤中的腐蚀属于电化学腐蚀，增加金属厚度和牺牲阳极阴极保护均能够有效的防止其腐蚀。增加金属厚度投资费用少，技术可靠；牺牲阳极阴极保护造价稍高于增加金属厚度的方案，但长期稳定性更好。从电厂寿命期内综合考虑，推荐采用牺牲阳极阴极保护方案。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。