沿海地區變電站腐蝕現狀及防腐措施研究

方乙君 柳 松 王雄文 石改萍

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沿海地區變電站腐蝕現狀及防腐措施研究

方乙君1柳 松1王雄文1石改萍2

（1. 中國電建集團福建省電力勘測設計院有限公司，福州 350003; 2. 國網經濟技術研究院有限公司，北京 102209）

沿海地區具有高溫、高濕、高鹽分的海洋性氣候特點，近年來已經給變電站電氣設備及鋼構件造成了嚴重的腐蝕，并嚴重威脅到變電站和智能電網的安全穩定運行。本文基于對沿海地區變電站腐蝕情況調研結果的分析，通過對變電站腐蝕原因和常見腐蝕型式的剖析，提出變電站電氣設備及鋼構件的新型防腐措施。

變電站；智能電網；腐蝕；防腐措施；全壽命周期

隨著堅強智能電網的建設，電網中金屬材料的使用量也在大幅增加。對于地處沿海地區的變電站，由于受到沿海季風氣候的影響，普遍存在降雨量大、鹽霧重、整體污穢等級較高的特點。由此暴露出越來越多的設備及構支架腐蝕問題，特別是在高溫、高濕、高鹽分的海洋性大氣環境中，變電站電氣設備的腐蝕問題異常突出[1]。金屬材料的腐蝕會直接影響電氣設備機械性能、降低構支架的承載能力，最終威脅電網的安全穩定運行。

1 沿海地區變電站腐蝕現狀及其危害

1.1 沿海地區變電站腐蝕現狀

根據對沿海某省份110kV及以上GIS變電站運行中出現的問題進行調研，涉及110kV及以上戶內GIS站有164座，戶外GIS（含HGIS）站有132座，調研結果見表1。

表1 沿海某省份GIS運行中的問題分類表

1.2 沿海地區變電站腐蝕危害

調研結果顯示，腐蝕主要集中在戶外GIS、絕緣子、鋼構件以及其他的電氣設備外殼等[2]。

1）戶外GIS的腐蝕

沿海地區變電站戶外GIS銹蝕嚴重，主要體現在以下幾個方面：母線管銹蝕嚴重，導致多個氣室漏氣；母線伸縮節螺桿、彈簧片等部位銹蝕嚴重，導致伸縮節失效；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，直接影響設備的穩定性[3]。部分GIS腐蝕情況分別如圖1和圖2所示。

圖1 GIS母線管及伸縮節螺桿腐蝕

圖2 GIS單體設備及氣室外殼的腐蝕

2）絕緣子腐蝕

鹽霧、高溫等對絕緣子產生的損害主要包括爆裂、放電、單相接地故障等。鹽霧會在絕緣子表面形成沉積層，該層沉積物在電場作用下，會電離形成導電薄膜，進而引起放電。長期作用下，絕緣子表面溫度分布不均且持續升高，最終造成絕緣子爆裂，引發斷線等故障，造成瞬間接地，影響電網正常運行[4]。而絕緣子在遭受腐蝕而未發生爆裂之間的時間內，容易造成絕緣能力下降，在到達一定限值后，會引起絕緣子接地。

3）鋼構件及其他電氣設備腐蝕

一般而言，當采用烤漆防腐或鍍鋅厚度不均勻的鋼構件時，3年內均會產生不同程度的銹蝕，高溫、高濕度、高鹽霧的沿海氣候環境會加劇常年裸露在外的電氣設備及鋼構件腐蝕情況，如圖3所示。

圖3 金屬支架及避雷器箱體的腐蝕

在設備線路接頭位置的腐蝕情況，氧化造成的膨脹或者收縮會導致接頭位置接觸不良，如圖4所示。

圖4 出線套管接線座及設備線夾連接處的腐蝕

2 電氣設備及鋼構件腐蝕原因分析

2.1 腐蝕原因分析

1）環境因素

研究表明，戶外設備銹蝕情況與大氣中氯離子（Cl-）或硫酸根（SO42-）含量直接相關，其化學原理可以總結為以下兩種。

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

化學原理2：鋁和鋁合金以及不銹鋼等材料與氧氣接觸會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競爭吸附，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定性。化學反應方程式為

2）防腐工藝差異

從已投運的變電站腐蝕情況來看，國外設備的防腐年限遠遠高于國內設備，這種現象還普遍存在于設備各類附件中，如開關柜體、箱體、螺栓、鉚釘等，其主要原因與材料材質、防腐工藝以及防腐材料不同有關。應用表明，設備螺栓在采用熱鍍鋅的同時，再進行防腐漆處理，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生的電化學腐蝕。國內設備的緊固件雖采用熱鍍鋅的螺栓，但鍍鋅層厚度無法達標，且螺栓若與箱體直接接觸，導致電化學腐蝕。

2.2 設備及鋼結構腐蝕機理

變電站設備及鋼結構腐蝕的機理，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，在結構上形成金屬間隙。這種間隙在雨水積存時發生的電化學作用而產生腐蝕，常見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，會在縫隙內、外發生陽極金屬溶解和陰極氧還原反應。一定時間后，待間隙溶液中的氧消耗殆盡時，間隙內外形成氧濃差腐蝕電池，進而會引發縫隙腐蝕閉塞電池的自催化過程。

2）電偶腐蝕

電偶腐蝕即俗稱的接觸腐蝕，當不同材質的兩種金屬相接觸時，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保護，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。但市場上的防腐工藝參差不齊，鍍鋅層厚度未達到國家標準要求的厚度，鍍層不均勻，以及運輸、施工過程中造成的鍍鋅層破壞，都會使金屬構件原本起電化學保護的鍍鋅層過早被破壞，暴露出構件基體，從而加速腐蝕[5]。

3 電氣設備及鋼構件防腐措施

通過對電氣設備及鋼結構的腐蝕機理分析，可以將變電站防腐蝕措施主要分為以下幾類。

1）熱鍍鋅技術的應用

熱鍍鋅是將除銹后的鋼材浸入600℃高溫融化的鋅液中，使鋼構材表面附著鋅層，利用陰極保護的原理，以電位較低的鋅作為犧牲陽極，防止或減緩鋼結構的腐蝕[6]。在高濕度、高污染地區，若配合涂料涂層防腐等其他防腐方法使用，則將達到更好的防腐效果。

2）新型冷噴鋅技術

冷噴鋅工藝是通過涂裝工藝在金屬構件表面形成鋅金屬保護膜（鋅盾），具有陰極保護功能[7]。新冷噴鋅材料經常溫噴涂干燥后，鍍層中純鋅含量在96%以上。鋅盾冷噴鋅優點有：①具有陰極保護和屏障保護；②冷噴鋅工藝無氧化反應，孔隙率低；③具有良好的重涂性能。

3）涂料涂層防護

對于無法直接經過熱鍍鋅處理的構件，需采用新型高分子復合材料進行噴涂處理。新型防腐蝕涂料主要有氟樹脂防腐涂料、聚氨醋樹脂防腐涂料、硅氟共聚物防腐涂料、納米改性防腐涂料等[8]。這些防腐蝕新涂料在耐化學介質、耐候性、耐油拒水、電絕緣性、使用壽命等方面具有較大優勢。

4）增加阻隔層

在金屬導線加裝熱縮管、熱縮套以及塑膠套管等加以包裹，避免鹽霧沉積于金屬導線或其接頭部位；變壓器接線端除做好銅鋁過渡處理外，應加裝相色絕緣套。接頭部分盡量采用同種金屬材料，如果實在無法避免，就應加之采用阻隔層方法，使其進一步提高對鹽霧沉積層腐蝕的抵抗能力[9]。不同金屬材料接觸連接時，合理選用銅鋁過渡設備線夾等，也能有效阻止不同金屬間接觸的間隙腐蝕速度。

5）綜合防護技術的應用

在腐蝕性較強、污移等級較高的大氣環境中對輸變電設備采用單一的防腐蝕技術，往往難以達到腐蝕控制要求，這時需要多種防腐蝕技術的聯合應用。例如，在沿海地區的鋼構保護中，釆用熱浸鍍鋁和防護涂層進行雙重保護；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[10]。

4 結論

本文基于沿海地區變電站腐蝕調研情況，結合電氣設備及鋼構件的腐蝕機理，提出了變電站防腐應對措施，對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。通過本文研究，可以得出以下結論。

1）沿海地區的氣候特征對變電站電氣設備及金屬構件腐蝕具有明顯的加劇作用。

2）變電站主要設備腐蝕多發生在電纜連接口、連接附件、機構箱等處，設備本體卻表現出較好的抗腐蝕性能，設備廠家應重視設備本體以外的附件防腐。

3）電氣設備廠家及鋼構件廠家應加大產品在防腐材質、防腐工藝以及新型防腐技術等方面的投入。

4）變電站相關技術人員應提高設備防腐的認知程度，運維檢修時應重視防腐工藝要求，為設備及鋼構件提供專業的防腐技術保障。

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Study on corrosion status and anti-corrosion measures of substations in coastal areas

Fang Yijun1Liu Song1Wang Xiongwen1Shi Gaiping2

(1. Powerchina Fujian Electric Power Survey & Design Institute Co., Ltd, Fuzhou 350003;2. State Grid Economic and Technological Reseach Institute Co., Ltd, Beijing 102209)

The coastal areas have the characteristics of high temperature, high humidity and high salinity oceanic climate. In recent years, serious corrosion has occurred to electrical equipment and steel components in substations and it has seriously threatened the safe and stable operation of substations and smart grid. Based on the analysis of the investigation results of substation corrosion in coastal areas, this paper presents a new type of anticorrosive measures for substation electrical equipment and steel components by analyzing the causes of corrosion in substations and common corrosion patterns.

substation; smart grid; corrosion; anti-corrosion measures; life cycle

2018-07-09

方乙君（1985-），男，福建省福州市人，碩士，工程師，主要從事變電站電氣設計工作。