四川電網輸變電設備的腐蝕情況調查及防護措施

王志高,田倩倩,耿 植,王方強,蘭新生,李成鑫,呂俊杰,都 亮

(1. 國網四川省電力公司電力科學研究院，成都 610041； 2. 國網四川省電力公司，成都 610041； 3. 國網四川省電力公司天府新區供電公司，成都 610041)

四川省位于我國西南地區，是我國重要的清潔能源基地，2017年水電裝機容量穩居全國第一，其電力不僅滿足本省需要，還肩負著通過三大特高壓直流線路外送華東電網電力的重要任務，輸送電力分別占上海、江蘇和浙江三省市最高用電負荷的34%、12%和17%。在這種情況下，四川電網安全穩定的運行，對于保障國家西電東送工程和國家能源安全具有重要意義。然而，四川各地區氣候復雜多樣，氣溫和降水量空間分布的差異性極大，而且近年來四川環境污染嚴重，酸雨、酸霧等情況日益突出[1-2]，導致四川電網輸變電設備的腐蝕問題日趨嚴重，已經嚴重威脅到電網的安全穩定運行。例如變壓器散熱器因腐蝕穿孔漏油，不得不停電更換；GIS(氣體絕緣金屬封閉開關設備)波紋管法蘭、主母線封蓋等處發生銹蝕，存在SF6(六氟化硫)泄漏的安全隱患[3]；端子箱因腐蝕變形造成密封不嚴致使箱內潮濕，易引起設備拒動、誤動[4]；戶外刀閘連桿、操作機構等部件的銹蝕造成操作機構卡澀、合閘不到位等后果[5]；輸電線路金具腐蝕失效導致所連接的線路斷開或墜落，引起停電跳閘事故[6]。

近年來，國家電網公司高度重視電網金屬監督工作，以強化電網設備安全為目標，以實現“新建輸變電工程十年不生銹”為主線，保障電網穩定運行再上新臺階。目前,四川電網輸變電設備的防腐蝕工作較少考慮環境因素，對于不同的腐蝕環境采用單一的防腐蝕材料或防腐蝕手段，導致在一些區域，尤其是腐蝕環境比較惡劣的區域，防腐蝕效果不理想[7]，而在腐蝕較輕的區域，又可能出現防腐蝕過度情況。為了有效減緩四川電網輸變電設備的腐蝕速率,提高電網的供電可靠性，本工作主要針對四川多雨、高濕、高酸性污染、高差異性的環境特點，開展了四川電網輸變電設備腐蝕情況調查和腐蝕原因分析。并介紹了近年來開展的四川電網腐蝕防護措施，以及大氣腐蝕地圖建設工作。在此基礎上針對不同大氣腐蝕環境開展差異化的防腐蝕措施設計和選材，以期有效控制腐蝕速率，保障四川電網安全穩定運行。

1 四川電網大氣腐蝕環境特點

四川省位于我國大陸地勢三大階梯中的第一級青藏高原和第二級長江中下游平原的過渡地帶，高差懸殊，地勢西高東低，地形復雜多樣，由山地、丘陵、平原盆地和高原構成。在全國氣候區劃中，四川省被劃分為三種氣候，分別為四川盆地中亞熱帶濕潤氣候、四川西南山地亞熱帶半濕潤氣候和四川西北高山高原高寒氣候。因此，四川電網各地區氣候變化復雜多樣，空間分布差異性極大。

四川省氣象局數據顯示，四川省年降水量受季風環流和地形共同作用，分布趨勢為從東南往西北降水量逐漸減少，降雨量最大的地區在四川盆地西北緣，降雨量最小的地區在地形幽深的金沙江河谷。四川各地區年降水量分布極不均勻，四川盆地一般為900～1 200 mm,四川西南山地為800～1 200 mm，四川西高山高原多為600～800 mm。四川盆地年降水量自四周向中部減少，盆中丘區最少雨區不足900 mm,盆東及盆西邊緣山地普遍在1 200 mm以上，西緣最多雨區超過1 700 mm。四川西南山地年降水量分布相對均勻，最多約為1 400 mm，最低的攀枝花市河谷地區只有700～800 mm。四川西高山高原區受縱向山巒的影響，背風深谷區特別少雨。

在大氣污染方面，近年來四川環境污染嚴重，酸雨、酸霧等情況日益突出。四川省環境保護廳公布的《2017年四川省環境狀況公報》顯示，2017年，四川21個地級市的降水pH為5.2～7.47，全省降水年平均pH為5.8，酸雨pH均值為4.85，酸雨主要集中在四川南經濟區的自貢市、瀘州市，成都經濟區的德陽市以及西經濟區的攀枝花市，四川西北區域未受到酸雨的污染。四川電網區域內主要大氣腐蝕環境包含鄉村大氣、工業大氣、城市大氣等,其中成都、德陽、達州、廣元、瀘州、眉山、南充、宜賓、攀枝花等主要工業城市處于工業大氣環境，大氣中化學污染物含量較高，在四川高濕環境中設備表面易形成水膜，SO2、H2S等含硫污染物溶于水膜成為強腐蝕介質會加速金屬的腐蝕，造成防腐蝕(鍍)層的破壞。自貢市是一個特例，工業污染導致該地區酸雨較重，同時由于自貢是我國重要的鹽化工基地，大氣中氯離子含量較高且空氣濕度較高，導致該地區大氣腐蝕性較強，屬于海洋工業大氣環境。省內其他地區大氣環境大部分屬于鄉村大氣和城市大氣環境，污染物含量相對較低。

綜合氣象和環境數據，四川具有代表性的多雨、高濕、高酸性污染、高差異性的大氣腐蝕環境，兼具北方與南方、東部與西部、平原地區與高海拔地區的典型大氣腐蝕環境特點，在這種特殊環境中保證電網設備的安全運行十分重要，四川電網的防腐蝕經驗也對全國不同地區電網的大氣腐蝕具有重要的借鑒作用。

2 四川電網腐蝕情況調查

2017年7～8月，在國家電網公司的統一組織下，為摸清四川電網輸變電設備腐蝕防護現狀，國網四川省電力公司通過對全省各地(市)(共21個)腐蝕最嚴重的5個變電站和5條輸電線路，共105個變電站、105條輸電線路的腐蝕情況進行調查統計，對腐蝕部位進行拍照留底，匯總了《國網四川省電力公司變電站腐蝕防護情況調查表》和《國網四川省電力公司輸電線路腐蝕防護情況調查表》。調查結果表明，四川電網輸變電設備腐蝕情況較為嚴重，腐蝕范圍幾乎涵蓋了主變、隔離開關、輸變電構支架、CT(電流互感器)、PT(電流互感器)、避雷器、電容器、開關筒體、緊固件、電力金具、輸電線路導/地線、戶外密封箱體、線路桿塔、接地網等所有設施。

從圖1和圖2可以看出，輸電方面，桿/塔、電力金具、導/地線腐蝕發生的案例數量居前3位,變電方面，金屬構架、變壓器、箱體腐蝕發生的案例數量居前3位。腐蝕類型主要為均勻腐蝕、縫隙腐蝕、電偶腐蝕。設備及部件發生腐蝕的部位以Q235鋼、鍍鋅鋼為主材料,發生嚴重腐蝕的設備及裝置運行年限以10 a及以上為主，少量腐蝕設備運行年限在10 a內，主要原因是設備使用不滿足要求，或是廠家偷工減料，出廠產品未達到標準要求。綜合四川電網設備腐蝕情況，造成設備及部件發生腐蝕的主要影響因素為大氣環境和工業污染，以及早期設計規劃時未對設備及部件的材質、防腐蝕涂層以及鍍鋅層質量進行明確規定，導致設備運行數年后在環境因素影響下，發生大面積的均勻腐蝕。

圖1 四川電網輸電線路腐蝕情況分析圖Fig. 1 Corrosion analysis diagram of the transmission lines in Sichuan power grid

圖2 四川電網變電設備腐蝕情況分析圖Fig. 2 Corrosion analysis diagram of the transformation equipment in Sichuan power grid

3 四川電網輸變電設備的腐蝕原因

對四川電網腐蝕原因進行分析，總結出以下幾個方面。

(1) 目前四川電網不同地區的濕潤時間、污染物含量、大氣腐蝕環境等級等基礎數據匱乏，故在前期選型選材時，鮮少針對不同的大氣腐蝕環境和腐蝕程度開展差異化防腐蝕設計和設備采購。

(2) 金屬材質不合格，供應商以次充好。如輸電線路閉口銷采用普通不銹鋼代替奧氏體不銹鋼，GIS殼體或戶外密閉箱體采用碳鋼代替鋁合金或不銹鋼。

(3) 初始產品質量差，鍍鋅、防腐蝕涂層質量不合格。如防腐蝕工藝不合格導致防腐蝕涂層厚度偏薄、附著力差，造成腐蝕[8]；鍍鋅層厚度、附著力不滿足要求造成腐蝕；運輸、施工過程防護不足，導致鍍鋅層、防腐蝕涂層被破壞而造成腐蝕。

(4) 在運維階段開展防腐蝕工作難度大，缺乏防腐蝕專業人員。腐蝕構件難以徹底除銹，造成后續防腐蝕涂層附著力差；防腐蝕涂料、油漆、油脂等把關不嚴，底漆、中間漆及面漆搭配選用不當，涂刷工藝錯誤等原因造成防腐蝕效果不佳。

(5) 環境因素對腐蝕的影響極大，四川21個地級市中有17個氣候潮濕多雨，加上近年來四川環境污染嚴重，腐蝕環境惡劣，如火電、鋼鐵、有色冶金、化工、水泥、玻璃、建材等工業排放大量的二氧化硫，酸雨、酸霧等情況日益突出，都會加快金屬的腐蝕速率以及防腐蝕涂(鍍)層的破壞速率。

4 四川電網開展的腐蝕防護措施

4.1 強化標準執行

根據國網湖南電科院主編的DL/T 1424-2015《電網金屬技術監督規程》、DL/T 1425-2015《變電站金屬材料腐蝕防護技術導則》、DL/T 1453-2015《輸電線路鐵塔防腐蝕保護涂裝》等技術標準，將電網防腐蝕監督相關標準的執行貫穿于規劃、初始設計、設備采購、設備制造、設備驗收、設備安裝、竣工驗收、運維檢修、退役報廢的全過程技術監督中。

4.2 把好設備入網關

對新設備質量嚴格把關，加強對新建輸變電工程金屬材料的抽檢、送檢、驗收工作。對輸變電工程金屬部件，特別是鍍鋅鐵部件和變電設備防腐蝕涂層開展質量檢測，分析材料、鍍鋅層、防腐蝕涂層質量是否符合相關技術標準，將不合格產品控制在廠內階段。輸變電設備安裝運行后，提高日常檢修與運維人員的防腐蝕意識，定期對輸變電設備的腐蝕情況進行巡檢，避免大面積腐蝕的發生。

4.3 科學運維

各供電公司/省檢修公司定期對變電站、輸電線路腐蝕情況開展巡視、排查。針對防腐蝕監督發現的整體腐蝕較為嚴重的變電站或輸電線路，將其納入防腐蝕大修項目，對全站或整基鐵塔進行防腐蝕處理，集中整改；腐蝕造成基體減薄較嚴重時，對腐蝕部位配件進行更換處理；對于腐蝕情況較輕的設備，及時對局部腐蝕部位的表面進行除銹及涂覆防腐蝕涂層，防止腐蝕進一步蔓延；針對材質等不滿足要求的設備，要求廠家進行更換。

4.4 規范防腐施工工藝

根據四川電網的實際情況，國網四川電科院編制了《國網四川省電力公司變電設備防腐工程技術規范》、《國網四川省電力公司變電設備防腐工程資質要求》、《變電站防腐施工標準工藝工序卡》、《輸電線路鐵塔防腐施工標準工藝工序卡》，對腐蝕程度評估、涂層體系選擇、表面處理等級、涂裝工藝及要求、質量驗收等方面做出了明確要求,完成了110 kV大佛寺站國網四川省電力公司防腐蝕示范工程，取得了良好的防腐蝕效果。

4.5 大氣腐蝕地圖建設

四川電網覆蓋區域廣闊，所處大氣環境復雜多樣，不同的大氣環境所導致的電網設備材料腐蝕及使用壽命差異明顯,急需針對不同大氣腐蝕環境開展差異化的防腐蝕設計和選材。國網四川電科院開展了四川電網大氣腐蝕地圖建設工作，已經在四川全省21個地級市典型氣候及工業污染條件下建立了四川電網大氣腐蝕試驗站，通過標準金屬現場暴露試驗，獲得不同地區四川電網大氣腐蝕環境等級數據及輸變電關鍵材料的腐蝕速率，繪制四川電網大氣腐蝕地圖，使不同大氣腐蝕環境下的輸變電工程防腐蝕設計及選材有據可依，提高電網安全可靠性和設備壽命。

5 結束語

由于四川電網所處環境腐蝕性普遍較大，而且不同區域的腐蝕性有較大的差異，因此建議在繪制四川電網大氣腐蝕地圖的基礎上，針對不同大氣腐蝕環境進行差異化的防腐蝕設計和選材，建立入網設備金屬材料質量抽檢制度，并根據腐蝕環境盡快制定差異化的腐蝕防護標準與規范，才能達到有效控制腐蝕，保障四川電網安全穩定運行的目的。