中國(guó)電建集團(tuán)福建省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司、國(guó)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司的研究人員方乙君、柳松等，在《電氣技術(shù)》雜志上撰文指出，沿海地區(qū)具有高溫、高濕、高鹽分的海洋性氣候特點(diǎn)，近年來(lái)已經(jīng)給變電站電氣設(shè)備及鋼構(gòu)件造成了嚴(yán)重的腐蝕，并嚴(yán)重威脅到變電站和智能電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文基于對(duì)沿海地區(qū)變電站腐蝕情況調(diào)研結(jié)果的分析，通過(guò)對(duì)變電站腐蝕原因和常見(jiàn)腐蝕型式的剖析，提出變電站電氣設(shè)備及鋼構(gòu)件的新型防腐措施。

隨著堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的建設(shè)，電網(wǎng)中金屬材料的使用量也在大幅增加。對(duì)于地處沿海地區(qū)的變電站，由于受到沿海季風(fēng)氣候的影響，普遍存在降雨量大、鹽霧重、整體污穢等級(jí)較高的特點(diǎn)。由此暴露出越來(lái)越多的設(shè)備及構(gòu)支架腐蝕問(wèn)題，特別是在高溫、高濕、高鹽分的海洋性大氣環(huán)境中，變電站電氣設(shè)備的腐蝕問(wèn)題異常突出。金屬材料的腐蝕會(huì)直接影響電氣設(shè)備機(jī)械性能、降低構(gòu)支架的承載能力，最終威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 沿海地區(qū)變電站腐蝕現(xiàn)狀及其危害

1.1 沿海地區(qū)變電站腐蝕現(xiàn)狀

根據(jù)對(duì)沿海某省份110kV及以上GIS變電站運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行調(diào)研，涉及110kV及以上戶(hù)內(nèi)GIS站有164座，戶(hù)外GIS（含HGIS）站有132座，調(diào)研結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 沿海某省份GIS運(yùn)行中的問(wèn)題分類(lèi)表

1.2 沿海地區(qū)變電站腐蝕危害

調(diào)研結(jié)果顯示，腐蝕主要集中在戶(hù)外GIS、絕緣子、鋼構(gòu)件以及其他的電氣設(shè)備外殼等[2]。

1）戶(hù)外GIS的腐蝕

沿海地區(qū)變電站戶(hù)外GIS銹蝕嚴(yán)重，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：母線(xiàn)管銹蝕嚴(yán)重，導(dǎo)致多個(gè)氣室漏氣；母線(xiàn)伸縮節(jié)螺桿、彈簧片等部位銹蝕嚴(yán)重，導(dǎo)致伸縮節(jié)失效；波紋管銹蝕造成二次回路絕緣下降；GIS支架等金屬部件的銹蝕，直接影響設(shè)備的穩(wěn)定性。部分GIS腐蝕情況分別如圖1和圖2所示。

圖1 GIS母線(xiàn)管及伸縮節(jié)螺桿腐蝕

圖2 GIS單體設(shè)備及氣室外殼的腐蝕

2）絕緣子腐蝕

鹽霧、高溫等對(duì)絕緣子產(chǎn)生的損害主要包括爆裂、放電、單相接地故障等。鹽霧會(huì)在絕緣子表面形成沉積層，該層沉積物在電場(chǎng)作用下，會(huì)電離形成導(dǎo)電薄膜，進(jìn)而引起放電。長(zhǎng)期作用下，絕緣子表面溫度分布不均且持續(xù)升高，最終造成絕緣子爆裂，引發(fā)斷線(xiàn)等故障，造成瞬間接地，影響電網(wǎng)正常運(yùn)行。而絕緣子在遭受腐蝕而未發(fā)生爆裂之間的時(shí)間內(nèi)，容易造成絕緣能力下降，在到達(dá)一定限值后，會(huì)引起絕緣子接地。

3）鋼構(gòu)件及其他電氣設(shè)備腐蝕

一般而言，當(dāng)采用烤漆防腐或鍍鋅厚度不均勻的鋼構(gòu)件時(shí)，3年內(nèi)均會(huì)產(chǎn)生不同程度的銹蝕，高溫、高濕度、高鹽霧的沿海氣候環(huán)境會(huì)加劇常年裸露在外的電氣設(shè)備及鋼構(gòu)件腐蝕情況，如圖3所示。

圖3 金屬支架及避雷器箱體的腐蝕

在設(shè)備線(xiàn)路接頭位置的腐蝕情況，氧化造成的膨脹或者收縮會(huì)導(dǎo)致接頭位置接觸不良，如圖4所示。

圖4 出線(xiàn)套管接線(xiàn)座及設(shè)備線(xiàn)夾連接處的腐蝕

2 電氣設(shè)備及鋼構(gòu)件腐蝕原因分析

2.1 腐蝕原因分析

1）環(huán)境因素

研究表明，戶(hù)外設(shè)備銹蝕情況與大氣中氯離子或硫酸根含量直接相關(guān)，其化學(xué)原理可以總結(jié)為以下兩種。

化學(xué)原理1：空氣中SO2遇水吸附在金屬表面形成HSO3，HSO3被氧化成SO4，導(dǎo)致表面液膜酸化，酸化的液膜對(duì)鋁、鋅、銅表面造成腐蝕，并生成可溶性硫酸鹽，在雨水的沖刷離開(kāi)金屬表面，從而使裸露的金屬再次暴露在空氣中并再次發(fā)生銹蝕。化學(xué)反應(yīng)方程式為

式（1）

化學(xué)原理2：鋁和鋁合金以及不銹鋼等材料與氧氣接觸會(huì)在表面形成一層致密的氧化膜，使其在干燥大氣中具有良好的抗腐蝕性能。然而在潮濕大氣中或遇水，空氣中的氯離子通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)吸附，將逐漸取代Al(OH)3中的的OH◆生成可溶性AlCl3，從而破壞表面氧化膜的穩(wěn)定性。化學(xué)反應(yīng)方程式為

式（2）

2）防腐工藝差異

從已投運(yùn)的變電站腐蝕情況來(lái)看，國(guó)外設(shè)備的防腐年限遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)內(nèi)設(shè)備，這種現(xiàn)象還普遍存在于設(shè)備各類(lèi)附件中，如開(kāi)關(guān)柜體、箱體、螺栓、鉚釘?shù)龋渲饕蚺c材料材質(zhì)、防腐工藝以及防腐材料不同有關(guān)。應(yīng)用表明，設(shè)備螺栓在采用熱鍍鋅的同時(shí)，再進(jìn)行防腐漆處理，并且在螺栓與柜體接觸部位安放橡膠墊片，能有效防止因電位差發(fā)生的電化學(xué)腐蝕。國(guó)內(nèi)設(shè)備的緊固件雖采用熱鍍鋅的螺栓，但鍍鋅層厚度無(wú)法達(dá)標(biāo)，且螺栓若與箱體直接接觸，導(dǎo)致電化學(xué)腐蝕。

2.2 設(shè)備及鋼結(jié)構(gòu)腐蝕機(jī)理

變電站設(shè)備及鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的機(jī)理，可以概括為以下3種腐蝕情況。

1）間隙腐蝕

間隙腐蝕是由于金屬表面因存有異物等原因，在結(jié)構(gòu)上形成金屬間隙。這種間隙在雨水積存時(shí)發(fā)生的電化學(xué)作用而產(chǎn)生腐蝕，常見(jiàn)于螺栓接頭等連接部位。間隙腐蝕的初期，縫隙與雨水的接觸所形成的電解液，會(huì)在縫隙內(nèi)、外發(fā)生陽(yáng)極金屬溶解和陰極氧還原反應(yīng)。一定時(shí)間后，待間隙溶液中的氧消耗殆盡時(shí)，間隙內(nèi)外形成氧濃差腐蝕電池，進(jìn)而會(huì)引發(fā)縫隙腐蝕閉塞電池的自催化過(guò)程。

2）電偶腐蝕

電偶腐蝕即俗稱(chēng)的接觸腐蝕，當(dāng)不同材質(zhì)的兩種金屬相接觸時(shí)，因金屬物理特性不同，故存在金屬電極電位差異，這種差異將使金屬在電解液中形成腐蝕電池。電位較高的金屬受到電化學(xué)保護(hù)，其腐蝕速率較慢，而電位較低的金屬將被加速腐蝕。

3）工藝缺陷腐蝕

目前，變電站常用的防腐工藝為熱鍍鋅、涂覆防腐涂料等。但市場(chǎng)上的防腐工藝參差不齊，鍍鋅層厚度未達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的厚度，鍍層不均勻，以及運(yùn)輸、施工過(guò)程中造成的鍍鋅層破壞，都會(huì)使金屬構(gòu)件原本起電化學(xué)保護(hù)的鍍鋅層過(guò)早被破壞，暴露出構(gòu)件基體，從而加速腐蝕。

3 電氣設(shè)備及鋼構(gòu)件防腐措施

通過(guò)對(duì)電氣設(shè)備及鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕機(jī)理分析，可以將變電站防腐蝕措施主要分為以下幾類(lèi)。

1）熱鍍鋅技術(shù)的應(yīng)用

熱鍍鋅是將除銹后的鋼材浸入600℃高溫融化的鋅液中，使鋼構(gòu)材表面附著鋅層，利用陰極保護(hù)的原理，以電位較低的鋅作為犧牲陽(yáng)極，防止或減緩鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕。在高濕度、高污染地區(qū)，若配合涂料涂層防腐等其他防腐方法使用，則將達(dá)到更好的防腐效果。

2）新型冷噴鋅技術(shù)

冷噴鋅工藝是通過(guò)涂裝工藝在金屬構(gòu)件表面形成鋅金屬保護(hù)膜（鋅盾），具有陰極保護(hù)功能。新冷噴鋅材料經(jīng)常溫噴涂干燥后，鍍層中純鋅含量在96%以上。鋅盾冷噴鋅優(yōu)點(diǎn)有：①具有陰極保護(hù)和屏障保護(hù)；②冷噴鋅工藝無(wú)氧化反應(yīng)，孔隙率低；③具有良好的重涂性能。

3）涂料涂層防護(hù)

對(duì)于無(wú)法直接經(jīng)過(guò)熱鍍鋅處理的構(gòu)件，需采用新型高分子復(fù)合材料進(jìn)行噴涂處理。新型防腐蝕涂料主要有氟樹(shù)脂防腐涂料、聚氨醋樹(shù)脂防腐涂料、硅氟共聚物防腐涂料、納米改性防腐涂料等。這些防腐蝕新涂料在耐化學(xué)介質(zhì)、耐候性、耐油拒水、電絕緣性、使用壽命等方面具有較大優(yōu)勢(shì)。

4）增加阻隔層

在金屬導(dǎo)線(xiàn)加裝熱縮管、熱縮套以及塑膠套管等加以包裹，避免鹽霧沉積于金屬導(dǎo)線(xiàn)或其接頭部位；變壓器接線(xiàn)端除做好銅鋁過(guò)渡處理外，應(yīng)加裝相色絕緣套。接頭部分盡量采用同種金屬材料，如果實(shí)在無(wú)法避免，就應(yīng)加之采用阻隔層方法，使其進(jìn)一步提高對(duì)鹽霧沉積層腐蝕的抵抗能力。不同金屬材料接觸連接時(shí)，合理選用銅鋁過(guò)渡設(shè)備線(xiàn)夾等，也能有效阻止不同金屬間接觸的間隙腐蝕速度。

5）綜合防護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

在腐蝕性較強(qiáng)、污移等級(jí)較高的大氣環(huán)境中對(duì)輸變電設(shè)備采用單一的防腐蝕技術(shù)，往往難以達(dá)到腐蝕控制要求，這時(shí)需要多種防腐蝕技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用。例如，在沿海地區(qū)的鋼構(gòu)保護(hù)中，釆用熱浸鍍鋁和防護(hù)涂層進(jìn)行雙重保護(hù)；或采用熱浸鋅防腐蝕層，并定期在熱鍍鋅層外噴涂防腐蝕漆等。

結(jié)論

本文基于沿海地區(qū)變電站腐蝕調(diào)研情況，結(jié)合電氣設(shè)備及鋼構(gòu)件的腐蝕機(jī)理，提出了變電站防腐應(yīng)對(duì)措施，對(duì)于提高變電站抗腐蝕能力、變電站全壽命周期具有有效作用。通過(guò)本文研究，可以得出以下結(jié)論。

1）沿海地區(qū)的氣候特征對(duì)變電站電氣設(shè)備及金屬構(gòu)件腐蝕具有明顯的加劇作用。

2）變電站主要設(shè)備腐蝕多發(fā)生在電纜連接口、連接附件、機(jī)構(gòu)箱等處，設(shè)備本體卻表現(xiàn)出較好的抗腐蝕性能，設(shè)備廠(chǎng)家應(yīng)重視設(shè)備本體以外的附件防腐。

3）電氣設(shè)備廠(chǎng)家及鋼構(gòu)件廠(chǎng)家應(yīng)加大產(chǎn)品在防腐材質(zhì)、防腐工藝以及新型防腐技術(shù)等方面的投入。

4）變電站相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)提高設(shè)備防腐的認(rèn)知程度，運(yùn)維檢修時(shí)應(yīng)重視防腐工藝要求，為設(shè)備及鋼構(gòu)件提供專(zhuān)業(yè)的防腐技術(shù)保障。