電網金屬部件反腐保護層的便攜式電鍍設備設計及技術應用

陳高汝，陳展超，鐘文貴，林擎宇，李積捷

電網金屬部件反腐保護層的便攜式電鍍設備設計及技術應用

陳高汝，陳展超，鐘文貴，林擎宇，李積捷

（國網福建省電力有限公司福州供電公司，福建 福州 350000）

針對近年來電力設備對于金屬部件的防腐蝕抗氧化工作中出現的各種問題，提出一種電網金屬部件反腐保護層的便攜式電鍍設備設計及技術應用，該設備能根據金屬構件的材質和使用環境，電鍍合適的金屬防腐層，同時通過建立起的防護質量評估體系，對在役腐蝕后的金屬部件進行二次（多次）防護，延長使用周期。

金屬部件；反腐保護層；電鍍；質量體系

在電力系統輸變電領域，設備構件所使用金屬一般要求具有較好的導電性，其中最常使用的金屬材料是銅、鋁及其合金。然而在實際運行中，以福州市輸變電設備為例，大多數設備常年服役于嚴酷的濕熱海洋氣候下和工業污染的大氣環境中，因此輸變電材料腐蝕現象非常普遍，如圖1和圖2所示。由于鐵、銅、鎳等金屬的臨界濕度值在50%～70%之間，而福州市的年相對濕度在77%，因此在此濕度下金屬表面已形成完整的水膜，以致形成電化學腐蝕，且濕度越大，腐蝕越嚴重。而在各種腐蝕因素的共同作用下，金屬材料的力學性能會大幅下降，出現金屬構件的硬化、變脆，進而發生開裂。同時，氧化腐蝕后的金屬材料其接觸電阻將會大大增加，并導致接觸部分發熱。而且金屬接點發熱與金屬表面氧化之間往往是相互推動的，也就是說發熱會進一步加快氧化過程，而氧化也會進一步加劇溫度的提高，當溫度達到一定高度的時候甚至會產生電弧，引發接地短路。

而上述情況的出現將會直接威脅到輸電網的安全運行。如蒙西地區某220 kV變電站曾因金屬導線及線夾在受嚴重腐蝕破壞后，導致主變壓器發生故障，直接經濟損失達300余萬元。因此電網公司每年都投入了大量的人力物力對腐蝕的輸變電金屬構件進行處理或更換，但是效果都不盡如人意。這是因為其處理手段僅僅是局限于對腐蝕的金屬構件進行銹蝕、污垢的簡單清理，隨后便投入使用，并未對其進行進一步的防腐保護。

1 研發思路

通過對近幾年來的電力設備金屬部件的防腐蝕抗氧化工作中出現的各種問題進行分析，發現即使每年都投入了大量的人力物力對腐蝕的輸變電金屬構件進行處理或更換，但是效果都不盡如人意。總結為以下3種原因：①處理手段僅僅是局限于對腐蝕的金屬構件進行銹蝕、污垢的簡單清理，隨后便投入使用，并未對其進行進一步的防腐保護；②缺少長效及完善的質量評估體系和長期防護體系；③電鍍設備體積較大，便攜性能差。如何簡化整個操作流程及建立完善的體系成為主要考慮方向。因此，本課題重點將集中于設備的技術性能、質量評估體系及長期防護體系的建立上。

圖1 被腐蝕的刀閘開關靜觸頭零部件

圖2 被腐蝕的母線銅排

2 研制要求

本項目對于研制目標，需要實現以下要求：①設備實現便攜性能，方便移動及操作；②設備能同時容納打磨機、電鍍機及電解槽，并實現快速打磨電鍍操作；③電鍍機為單相220 V，滿足輸出電流200 A；④裝置具備安全快速的散熱效果；⑤建立完善的質量評估體系和長期防護體系。

3 具體實施

3.1 技術方案

本項目研制的電網金屬部件反腐保護層的便攜式電鍍設備是在傳統工業用的電鍍設備基礎上，針對特定場合要求作出的改良。區別于目前市面上的電鍍設備原材料投入量大且成本較高的問題，本項目的研發成果簡化了當中的工藝，使其適用于變電站現場的電鍍操作，能有效提高效率和節省成本開支。

在電鍍工藝上，項目組通過探索影響腐蝕金屬部件二次防護質量的電鍍因素和規律，制定了本項目的電鍍工藝參數及驗收規范，設備結構設計靈巧，涂層附著能力強。通過深入研究腐蝕規律及其機理，為金屬部件電鍍二次防腐層的選材、防護提供針對性的方案，設備可根據金屬構件的材質和使用環境，電鍍合適的金屬防腐層，同時還能對金屬防腐層厚度實現調整控制，可根據實際情況調整電流密度和電鍍時間，最終實現金屬部件局部保護層的電鍍。在進行電鍍工藝優化步驟后，建立金屬部件腐蝕后二次（多次）電鍍防護的質量（保護層厚度、附著力等）評估體系，對在役腐蝕后的金屬部件進行二次（多次）防護，延長使用周期，減少檢修人員對輸變電設備構件的檢修次數和時間，提高效益并節約成本。

設備為一個三層工具箱結構設計。其中，底部一層用于固定電鍍機，中間一層用于放置打磨機等工具，上層用于放置電解槽；工具箱的頂部設有箱蓋，打開后可以取出電解槽和打磨工具；工具箱側面設有側門，可以打開操作電鍍工具；工具箱后方設有伸縮拉手，能根據實際情況及操作人員身高進行長度拉伸調整。工具箱底部設計為萬向剎車輪，提高其移動便捷性。側面裝有散熱風扇，能解決在電鍍打磨過程中造成的高溫問題。

其中，電鍍機尺寸為W220×D450×H350，為單相220 V，輸出電流200 A；電解槽材料為塑料，內尺寸為L450× W320×H155，能滿足變電站現場的規范條件使用。設備尺寸如圖3所示。

圖3 設備尺寸圖

3.2 工具特性

3.2.1 增加靈活性

工具箱能根據金屬構件的材質和使用環境，電鍍合適的金屬防腐層，具有很強的適應性及靈活度。

3.2.2 提升可靠性

在進行電鍍工藝優化步驟后，建立金屬部件腐蝕后二次（多次）電鍍防護的質量（保護層厚度、附著力等）評估體系，對在役腐蝕后的金屬部件進行二次（多次）防護，延長使用周期。

3.2.3 增強功能性

根據現場實際情況，調整電鍍時的電流密度和時間，實現金屬防腐層厚度的可控調整。

3.2.4 保障安全性

由于是在傳統工業用的電鍍設備基礎上，針對特定場合要求作出的改良，不但簡化了當中的工藝流程，同時減少了流程中可能存在的安全風險。

4 技術關鍵及創新

本項目研發的裝置設計技術關鍵及創新技術包括：①建立適用于不同材質和在不同環境下使用的金屬構件的二次（多次）電鍍防護工藝參數體系；②建立金屬部件腐蝕后二次（多次）電鍍防護的質量評估體系；③建立長期防護管理規范。

5 產品效果及前景

5.1 經濟效益高

對于目前的金屬部件氧化和腐蝕情況對電力設備造成的影響，電力部門檢修部每年都需要投入大量的人力、財力和物力對腐蝕的輸變電金屬構件表面進行打磨和清潔，但由于缺乏防護機制，使得金屬部件服役期限大大縮短，導致經濟效益差、電網風險率和檢修人員工作量增加、工作效率低等問題。本項目通過建立完善的質量評估體系和長期防護體系，能有效地改善企業對于其設備部件的維護手段，提升供電可靠性。

5.2 安全效益好

電網中金屬構件的氧化和腐蝕都會大大增加其接觸電阻，并導致接觸部分發熱，進而嚴重危害電網的安全穩定運行。尤其對于一些長期處于濕度高、鹽霧度高的地區的電力設備尤為嚴重。通過項目成果的應用，將能從金屬部件這個根本上去杜絕這樣的安全隱患，延長金屬構件的使用壽命，防止電力事故的發生。

6 結束語

通過便攜式電鍍設備的應用，能從金屬部件這個根本上去杜絕各種安全隱患，延長金屬構件的使用壽命，防止電力事故的發生，同時研制成本低，工藝流程簡化，為企業帶來更安全可靠的技術保證，成果將能推廣至更多領域使用。

［1］孫心利，高劍峰，董暖.220 kV變電站金屬材料腐蝕原因分析［J］.河北電力技術，2009（8）：1-2，34.

［2］陳云，徐利民，藥寧娜，等.輸變電鋼構件的大氣腐蝕與防護［J］.華北電力技術，2014（12）：10-14.

［3］王玥，馮立明.電鍍工藝學［M］.北京：化學工業出版社，2018.

TG174

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.01.065

2095－6835（2020）01－0157－02

陳高汝（1991—），男，博士，工程師，主要從事變電檢修電氣試驗工作。

〔編輯：張思楠〕