變電站是聯(lián)結(jié)發(fā)電廠和電力用戶之間的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，在變換電壓和分配電能方面發(fā)揮著不可或缺的重要作用。沿海地區(qū)屬于典型的高溫、高濕和高鹽霧大氣環(huán)境，而且工業(yè)企業(yè)分布密集，環(huán)境污染嚴(yán)重，導(dǎo)致沿海變電站存在不同程度的大氣腐蝕問(wèn)題，影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行[1-4]。因此，充分認(rèn)識(shí)沿海變電站主要設(shè)備的腐蝕狀況、腐蝕機(jī)理、現(xiàn)有防腐措施及其有效性，對(duì)于進(jìn)一步有針對(duì)性地采取有效的防腐措施，提高變電站設(shè)備的使用壽命和安全性十分重要。本文基于國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司所屬各運(yùn)維單位及電力科學(xué)研究院的現(xiàn)場(chǎng)勘查記錄、分析結(jié)果，結(jié)合文獻(xiàn)報(bào)道，對(duì)沿海變電站主要設(shè)備的腐蝕狀況、腐蝕機(jī)理及防腐措施進(jìn)行了調(diào)查研究，并提出了相應(yīng)的防腐措施建議。

1 沿海變電站主要設(shè)備腐蝕狀況

金屬構(gòu)件被大量應(yīng)用于變電站，主要涉及鋼 (主要為碳鋼、鍍鋅鋼和不銹鋼)、Al和鋁合金以及銅等材質(zhì)。我國(guó)東南沿海區(qū)域的平均氣溫常年在20 ℃以上，濕度高于70%，且工業(yè)發(fā)達(dá)。在海水蒸發(fā)與工業(yè)活動(dòng)的雙重影響下，空氣中的鹽分較高，大氣腐蝕性較內(nèi)陸地區(qū)明顯增強(qiáng)，給變電站金屬設(shè)備帶來(lái)了嚴(yán)重的腐蝕問(wèn)題。經(jīng)調(diào)研多個(gè)沿海變電站后發(fā)現(xiàn)，幾乎所有裸金屬、導(dǎo)體材料、觸頭材料及防護(hù)材料都存在嚴(yán)重的腐蝕與失效問(wèn)題，涉及到變電站的多個(gè)部位及部件，特別是集中在戶外氣體絕緣組合電器、絕緣子、金屬構(gòu)架以及電氣設(shè)備的外殼、戶外端子箱等[5,6]，嚴(yán)重威脅到變電站的安全運(yùn)行。以下對(duì)沿海變電站主要設(shè)備的腐蝕狀況進(jìn)行介紹。

1.1 戶外GIS腐蝕

沿海地區(qū)變電站戶外GIS (Gas-insulated sunstation)銹蝕嚴(yán)重，已嚴(yán)重威脅到GIS、斷路器等充氣壓力容器設(shè)備的安全運(yùn)行。通過(guò)對(duì)福建省戶外GIS的腐蝕情況調(diào)研發(fā)現(xiàn)，涉及戶外GIS腐蝕的有122座，主要表現(xiàn)為殼體腐蝕68座，法蘭面腐蝕31座，傳動(dòng)連桿銹蝕23座。例如，僅在泉州和漳州地區(qū)由于腐蝕問(wèn)題造成的SF6泄露已超過(guò)50起，最嚴(yán)重的某220 kV GIS每20 h就要補(bǔ)氣1次，才能勉強(qiáng)維持運(yùn)行。甚至發(fā)生220 kV主變因SF6連接管漏氣造成差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘等問(wèn)題。

1.1.1 殼體腐蝕

戶外GIS的殼體材質(zhì)多為不銹鋼、鑄鋁等金屬材料。在沿海腐蝕性大氣環(huán)境中，其腐蝕問(wèn)題非常嚴(yán)重。特別是鋁質(zhì)設(shè)備，受大氣中高濃度Cl-的影響，造成點(diǎn)蝕，甚至是穿孔、剝層等，大幅度增大了鋁材的腐蝕速率，使用壽命急劇下降。圖1為GIS鋁質(zhì)蓋帽、SF6斷路器鑄鋁三角箱、SF6電流互感器鋁質(zhì)壓力釋放膜管和密度繼電器接頭座的腐蝕情況。此外，不銹鋼母線管也發(fā)生銹蝕，造成刀閘、開關(guān)、電流互感器等多個(gè)氣室發(fā)生漏氣現(xiàn)象。

圖1  沿海工業(yè)環(huán)境GIS等設(shè)備腐蝕形貌

1.1.2 法蘭面腐蝕

變電站的電流互感器 (CT) 承擔(dān)著電流變換和電氣隔離作用，用于測(cè)量和繼電保護(hù)，并將二次系統(tǒng)與大電流和高電壓隔離開，從而保護(hù)人身和設(shè)備的安全[6]。因此，電流互感器能否正常運(yùn)行對(duì)變電站輸變電功能的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有至關(guān)重要的作用。調(diào)研多座沿海地區(qū)的變電站發(fā)現(xiàn)，電流互感器壓力釋放膜的鋁合金法蘭是最容易發(fā)生腐蝕的部位。如某220 kV變電站間隔的一組電流互感器B、C相一次導(dǎo)電桿P1側(cè)法蘭出現(xiàn)了明顯的開裂。2014年9月，某沿海220 kV變電站的GIS鋁合金殼體法蘭發(fā)生嚴(yán)重腐蝕。試驗(yàn)人員通過(guò)X射線光譜儀、漆膜測(cè)厚儀及垢樣能譜分析等手段，與相應(yīng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相結(jié)合，從多角度分析了GIS鋁合金殼體法蘭構(gòu)件嚴(yán)重腐蝕的原因，最終認(rèn)為沿海大氣環(huán)境是造成其銹蝕的主要原因。

1.1.3 接線板及動(dòng)靜觸頭腐蝕

變電站設(shè)備接線板主要使用導(dǎo)電鋁或者鋁鍍銀材料，而隔離開關(guān)動(dòng)靜觸頭則主要使用銅基或其他基體的鍍銀材料。這些材料基本上能滿足內(nèi)陸地區(qū)低腐蝕環(huán)境下的服役要求，但在高溫、高濕、高鹽分的沿海工業(yè)腐蝕大氣環(huán)境下，很容易出現(xiàn)鋁材穿孔、剝層等腐蝕問(wèn)題，增大鋁材的腐蝕速率，導(dǎo)致使用壽命急劇下降。2011年11月13日，專業(yè)人員對(duì)某500 kV變電站線路間隔進(jìn)行小修預(yù)試，在對(duì)刀閘進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)刀閘A、C相導(dǎo)流板腐蝕嚴(yán)重，其中C相腐蝕尤為嚴(yán)重?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，C相導(dǎo)流板上下面及側(cè)面均有嚴(yán)重腐蝕，腐蝕層厚度最大達(dá)3 mm左右，手捏后成粉末狀。2012年9月4日，在對(duì)某220 kV變電站的母線PT單元例行檢修過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)某剪刀式刀閘兩側(cè)的鋁接線板被嚴(yán)重腐蝕，出現(xiàn)分層脫落現(xiàn)象。對(duì)于鍍銀觸頭，高濃度的Cl-以及工業(yè)大氣環(huán)境中較高濃度的SO2會(huì)造成鍍銀觸頭的硫化，加快其腐蝕失效。

1.2 絕緣子腐蝕

在鹽霧和高溫環(huán)境下長(zhǎng)期運(yùn)行的絕緣子，其表面形成的積垢層在電場(chǎng)的作用下會(huì)發(fā)生電離，形成導(dǎo)電膜層，繼而引發(fā)放電，造成絕緣子表面溫度分布不均和持續(xù)溫升，最終引起絕緣子爆裂、導(dǎo)線單相接地等故障，嚴(yán)重影響到電網(wǎng)的安全運(yùn)行[2]。絕緣子在遭受腐蝕后即使尚未達(dá)到爆裂的程度，但其絕緣能力也會(huì)顯著下降，影響絕緣和安全性能。例如，某220 kV變電站距離海邊500 m，所處污穢等級(jí)為e級(jí)，附近有大型化工廠，長(zhǎng)期受海風(fēng)、海水、化學(xué)物質(zhì)等影響，運(yùn)行1 a多以后出現(xiàn)了銹蝕嚴(yán)重、漏氣頻繁等缺陷，嚴(yán)重影響設(shè)備的可靠運(yùn)行。其中，絕緣子法蘭面進(jìn)水引起表面及密封件腐蝕，導(dǎo)致氣體泄漏 (共發(fā)現(xiàn)6處)，見圖2。

圖2  絕緣子法蘭面表面及密封件腐蝕

1.3 其他金屬構(gòu)架及電氣設(shè)備外殼、戶外端子箱腐蝕

對(duì)沿海變電站設(shè)備近年來(lái)的腐蝕狀況調(diào)研表明，鋼結(jié)構(gòu)件、鋁質(zhì)連接件與支架等腐蝕現(xiàn)象均十分嚴(yán)重。例如，某變電站投運(yùn)僅13個(gè)月就出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕問(wèn)題，包括普通碳鋼部件表面普遍出現(xiàn)的銹蝕 (圖3a)，因銹蝕嚴(yán)重發(fā)生斷裂的彈簧 (圖3b)，不銹鋼和鋁合金部件表面的銹斑 (如圖3c、d) 等。GIS出線套管接頭也常發(fā)生腐蝕，瓷套外面的PRTV表面覆蓋了一層厚厚的鹽層沉積物，外絕緣受到破壞，造成放電。SF6密度繼電器外殼受腐蝕影響風(fēng)化起皮，造成螺絲無(wú)法拆除。某接地刀閘機(jī)構(gòu)箱二次航空插頭位于上部，機(jī)構(gòu)箱內(nèi)部進(jìn)水，導(dǎo)致彈簧等金屬件發(fā)生嚴(yán)重銹蝕。

圖3  某變電站構(gòu)件腐蝕

2 沿海變電站金屬設(shè)備腐蝕機(jī)理

除了施工工藝不規(guī)范導(dǎo)致的金屬設(shè)備腐蝕失效之外，幾乎所有金屬構(gòu)件的腐蝕都和其與自然環(huán)境的相互作用有關(guān)，是金屬基體表面與所處環(huán)境中的介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用的結(jié)果。對(duì)于不同材質(zhì)的金屬構(gòu)件來(lái)說(shuō)，其腐蝕現(xiàn)象呈現(xiàn)出特有的規(guī)律[7,8]。因此，深刻理解沿海地區(qū)變電站中主要種類金屬構(gòu)件的腐蝕機(jī)理，對(duì)于加強(qiáng)相關(guān)設(shè)備的防護(hù)，提高電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行是十分必要的。

2.1 鋼構(gòu)件的腐蝕機(jī)理

鋼結(jié)構(gòu)在電力設(shè)施里使用非常普遍，如變電站的變壓器、輸配電線路的桿塔以及各種鋼構(gòu)等。在我國(guó)東南沿海的大氣和工業(yè)腐蝕環(huán)境中，鋼結(jié)構(gòu)長(zhǎng)時(shí)間遭受晝夜溫差、季節(jié)溫差變化、鹽霧沉積以及風(fēng)吹日曬等，銹蝕問(wèn)題通常非常嚴(yán)重。這主要是由于沿海大氣環(huán)境很容易滿足鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生電化學(xué)銹蝕的4個(gè)條件，即陰極、陽(yáng)極、金屬接觸以及氧氣和電解質(zhì)[9,10]。在陽(yáng)極，F(xiàn)e釋放電子形成Fe2+和OH-；在陰極，水中溶解的氧氣吸收陽(yáng)極產(chǎn)生的OH-，使電子從陽(yáng)極向陰極不斷流動(dòng)，形成腐蝕電流。也就是說(shuō)，鋼的表面會(huì)發(fā)生2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2反應(yīng)，生成Fe(OH)2薄膜，而其進(jìn)一步與水和氧氣發(fā)生4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3反應(yīng)，造成鋼的銹蝕。一般情況下，不銹鋼構(gòu)件的腐蝕較輕微，普通碳鋼構(gòu)件的腐蝕則較為嚴(yán)重。這是因?yàn)樘间撝泻杏设F素體和滲碳體組成的珠光體，其中鐵素體的電極電位比滲碳體低，因此當(dāng)鋼件表面吸附了含有電解質(zhì)的水時(shí)，鐵素體成為陽(yáng)極，滲碳體成為陰極，二者接觸后就會(huì)形成許多腐蝕微電池[11]。沿海工業(yè)區(qū)大氣中由于含有高濃度的鹽分、H2S和SO2等污染物，不僅會(huì)加速鋼結(jié)構(gòu)的電化學(xué)腐蝕過(guò)程，還因?yàn)檫@些污染物在經(jīng)過(guò)一系列的電化學(xué)反應(yīng)后又重新生成，使底層的金屬得以繼續(xù)腐蝕，因此對(duì)鋼構(gòu)件的腐蝕危害更大[12]。

2.2 Al及鋁合金構(gòu)件的腐蝕機(jī)理

暴露于大氣中的Al和鋁合金，其表面會(huì)生成一層納米級(jí)的致密γ-Al2O3鈍化膜，在有水或大量水蒸氣存在的情況下，該γ-Al2O3膜層會(huì)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為γ-AlOOH，最后轉(zhuǎn)化為Al(OH)3，從而對(duì)Al及鋁合金基體起到保護(hù)作用[13]。然而，沿海大氣環(huán)境中的Cl-會(huì)吸附在鋁合金表面的氧化膜缺陷或材質(zhì)不均勻等活性位置，進(jìn)而與氧化膜發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，取代Al(OH)3中的OH-，逐步形成Al(OH)2Cl和Al(OH)Cl2，并最終生成可溶性的AlCl3，使部分氧化膜減薄、破裂，最終導(dǎo)致Al的腐蝕[14]。同時(shí)，處于沿海工業(yè)環(huán)境中的Al及鋁合金構(gòu)件還將受到大氣中SO2的影響，其在Al及鋁合金構(gòu)件表面吸附后會(huì)發(fā)生溶解和水化，生成HSO3-，并逐步被氧化成SO42-，與鋁合金或者Al(OH)3溶解生成的Al3+形成Al的硫酸鹽化合物，從而促進(jìn)鋁合金的進(jìn)一步腐蝕[15]。

2.3 銅構(gòu)件的腐蝕機(jī)理

Cu+和Cu2+離子化的標(biāo)準(zhǔn)電極電位分別為0.522和0.345 V (SHE)，因此在一般的干燥大氣環(huán)境中不容易被腐蝕[16]。但當(dāng)受到輕微氧化后銅材表面會(huì)生成Cu2O和CuO層。其中，Cu2O膜層靠近基體，比較致密，對(duì)銅基體可以起到一定防腐蝕作用。但當(dāng)大氣達(dá)到一定濕度且存在SO2和H2S的情況下，該層氧化膜會(huì)被SO2、H2S與水生成的酸性物質(zhì)所溶解，生成溶解度更小的堿式硫酸銅等物質(zhì)[16]。因此，長(zhǎng)期暴露在沿海地區(qū)潮濕大氣環(huán)境下的Cu，其表面會(huì)同時(shí)形成Cu2O內(nèi)層和多孔的堿式硫酸銅 (主要是Cu4(OH)6SO4) 和堿式氯化銅外層。Cu的標(biāo)準(zhǔn)電極電位大于0，因此其腐蝕時(shí)主要發(fā)生O的去極化作用，而不是H的去極化作用。也就是說(shuō)，Cu先被氧化成CuO，然后再與H2S反應(yīng)，生成CuS。這些腐蝕產(chǎn)物疏松多孔，不僅無(wú)法在Cu表面形成保護(hù)膜還會(huì)吸附水分，加劇銅材的腐蝕[17]。當(dāng)環(huán)境中HS-的濃度較高時(shí)，Cu的表面會(huì)發(fā)生硫化作用，生成Cu2S膜層。當(dāng)其厚度較薄時(shí)，Cu2+在其中的擴(kuò)散受到限制，膜的生長(zhǎng)較慢。但當(dāng)Cu2S膜達(dá)到臨界厚度時(shí) (約1 μm)，腐蝕層的內(nèi)部應(yīng)力增大、缺陷增多，使H2S和O2很容易到達(dá)膜的基層，腐蝕加速[18]。

3 沿海變電站設(shè)備常用防腐措施及有效性分析

金屬發(fā)生腐蝕既存在內(nèi)在因素，也存在外在因素，因此，其腐蝕防護(hù)也要從如何克服內(nèi)在和外在兩種腐蝕因素出發(fā)[16]。其中，改變材料設(shè)計(jì)或材質(zhì) (如采用耐腐蝕鋁合金材料) 是克服內(nèi)在腐蝕因素，提高沿海變電站設(shè)備防腐性能的主要手段之一，而在金屬構(gòu)件表面涂刷防護(hù)涂層或者采用電化學(xué)犧牲陽(yáng)極法，則是典型的克服外在腐蝕因素的主要方法。另外，針對(duì)單一防護(hù)措施各有優(yōu)缺點(diǎn)的問(wèn)題，工程上越來(lái)越鼓勵(lì)采取綜合的防腐措施來(lái)提高防腐蝕效果。

3.1 鋼構(gòu)件的主要防腐措施及有效性分析

針對(duì)沿海變電站鋼結(jié)構(gòu)的防腐措施主要包括犧牲陽(yáng)極法、隔絕防護(hù)法和緩蝕防護(hù)法等。犧牲陽(yáng)極法主要是通過(guò)在鋼結(jié)構(gòu)表面采用熱浸鍍鋅或冷噴鋅的方法進(jìn)行鋅粉涂抹覆蓋，利用鋅涂層為犧牲陽(yáng)極，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的保護(hù)[19,20]。其中，熱浸鍍鋅主要是利用熔融態(tài)的鋅在鋼構(gòu)件表面形成金屬鋅表層來(lái)發(fā)揮腐蝕防護(hù)效用。楊帆等[21]采用實(shí)地掛片與模擬相結(jié)合的手段研究了鍍鋅鋼在東莞沿海大氣環(huán)境中的腐蝕行為，發(fā)現(xiàn)鍍鋅鋼在含SO2大氣中暴露時(shí)，開始是局部腐蝕，然后腐蝕速率先迅速降低然后逐步趨于穩(wěn)定。當(dāng)腐蝕產(chǎn)物增多并形成較為致密的膜狀結(jié)構(gòu)時(shí)，可以一定程度上防止基體被進(jìn)一步腐蝕。然而，在鋼構(gòu)件熱浸鍍鋅的過(guò)程中，有可能出現(xiàn)鍍鋅層厚度不夠、鍍層缺陷、以及運(yùn)輸和安裝過(guò)程中局部鍍鋅層遭到破壞等問(wèn)題，導(dǎo)致設(shè)備最外層原本起電化學(xué)保護(hù)作用的鍍鋅層過(guò)早失效，露出下面的鋼鐵基體，從而加速鋼構(gòu)件的腐蝕。冷噴鋅是運(yùn)用涂裝的手段使鋼構(gòu)件表層形成金屬鋅的保護(hù)涂層。經(jīng)過(guò)常溫噴涂作業(yè)后，鋼結(jié)構(gòu)表面鋅鍍層中鋅的含量高于96%，而且鍍層孔隙率低，重涂性能較好，在二次修復(fù)等方面具有熱浸鍍鋅技術(shù)不可比擬的優(yōu)越性。從施工作業(yè)難度方面考慮，相對(duì)于熱浸鍍鋅，冷噴鋅方法更為簡(jiǎn)單便捷。此外，冷噴鋅方法節(jié)能環(huán)保、成本較低，其經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益較熱浸鍍鋅方法更好。也正因?yàn)樯鲜鰞?yōu)點(diǎn)，冷噴鋅方法已成為目前變電站鋼結(jié)構(gòu)防腐作業(yè)時(shí)的首選方法[22]。

隔絕防護(hù)法主要通過(guò)在鋼構(gòu)件表面涂刷涂料來(lái)實(shí)現(xiàn)[23]。一般的隔絕防護(hù)法是采用有機(jī)或者無(wú)機(jī)防腐涂料來(lái)進(jìn)行涂裝防護(hù)。常用的防腐涂料主要是具有優(yōu)異的耐化學(xué)介質(zhì)、耐油拒水、電絕緣性良好、使用壽命長(zhǎng)的氟樹脂基、聚氨酯樹脂基和硅氟共聚物基防腐涂料[2]。此外，針對(duì)單一涂料對(duì)鋼結(jié)構(gòu)件腐蝕防護(hù)能力不足的缺點(diǎn)，近年來(lái)提出來(lái)的重防腐涂料在變電站鋼結(jié)構(gòu)件的腐蝕防護(hù)上引起了更多的重視。重防腐蝕涂裝一般由中間層、面漆、防銹底漆幾道工序組成，其對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的防護(hù)時(shí)效，大大節(jié)省了電力設(shè)施的運(yùn)維成本[24]。近年，經(jīng)石墨烯改性的無(wú)機(jī)物和有機(jī)物再經(jīng)化學(xué)合成的產(chǎn)物 (如陶瓷有機(jī)防腐涂料) 作為一種新型的重防腐涂料，其防腐蝕效果受到了人們高度的重視，有望在變電站鋼構(gòu)件的防腐上發(fā)揮重要作用[25]。涂料涂層防護(hù)技術(shù)施工工藝簡(jiǎn)單、防腐效果較好，且有較強(qiáng)的適應(yīng)性，因此成為輸變電鋼結(jié)構(gòu)的常用防護(hù)方法。但如果涂料型號(hào)不適合，施工質(zhì)量、環(huán)境因素、涂刷工藝參數(shù)等控制不好，可能會(huì)產(chǎn)生涂層厚度不均，局部過(guò)薄等缺陷，造成涂層出現(xiàn)橘皮、針孔、花似開裂等現(xiàn)象，進(jìn)而引發(fā)基體的腐蝕[12]。

緩蝕防護(hù)法是通過(guò)在鋼結(jié)構(gòu)表層涂料中添加能有效減緩鋼結(jié)構(gòu)腐蝕過(guò)程的緩蝕填料，從而在鋼結(jié)構(gòu)表層形成保護(hù)性氧化層，達(dá)到提高鋼構(gòu)件使用壽命的目的[26,27]。以AlH2P3O10·2H2O緩蝕劑來(lái)說(shuō)，其防銹機(jī)理是它的縮合磷酸鹽在三聚物階段或者解聚成三聚磷酸根離子 (P3O105-) 時(shí)，最容易與Fe3+發(fā)生反應(yīng)，螯合Fe3+在鋼構(gòu)件表面形成卓越的保護(hù)膜，起到防銹蝕的作用。

3.2 Al及鋁合金構(gòu)件的主要防腐措施及有效性分析

Al及鋁合金的防腐措施一般包括自身改性、表面處理、引入合適涂層等。針對(duì)鋁及鋁合金的自身改性，主要策略是控制主合金元素的比例，提高其抗應(yīng)力腐蝕性能，或者添加Sc、Zr等微量元素、稀土元素以及采用適當(dāng)?shù)墓倘芴幚淼确椒?，控制晶界析出相的含量及形態(tài)，使析出相的不連續(xù)性增加，從而達(dá)到提高耐腐蝕性能的目的[28-30]。張強(qiáng)等[31]研究了變電站設(shè)備用Al-Mg合金、Al-Mg-Mn合金、Al-Cu-Mg-Mn合金及鍍Ag鋁合金材料在模擬沿海工業(yè)大氣環(huán)境中的腐蝕行為，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)合金在腐蝕初期以點(diǎn)蝕為主，隨著腐蝕產(chǎn)物不斷堆積，合金的腐蝕過(guò)程會(huì)受到一定程度的抑制。對(duì)比可見，Al-Mg合金的耐蝕性能較Al-Cu-Mg-Mn合金明顯好得多。鍍Ag可以明顯降低Al-Cu-Mg-Mn合金的腐蝕速率，但相對(duì)于Al基體，Ag鍍層屬陰極性鍍層，當(dāng)其因腐蝕產(chǎn)生破損后反而會(huì)使鋁合金的腐蝕速率迅速增加。雖然通過(guò)自身改性鋁合金的防腐蝕性能得到明顯改善，但是摻雜Sc、Zr等其它微量合金元素會(huì)影響鋁合金的力學(xué)性能，在提高防腐蝕性能方面效果也不是十分理想，通常還需要結(jié)合涂刷防腐涂料等手段來(lái)滿足防腐要求。

鋁及鋁合金的表面處理包括電化學(xué)陽(yáng)極氧化法和化學(xué)氧化法，用以構(gòu)筑保護(hù)性氧化膜。激光熔覆法是一種常用的鋁合金表面改性技術(shù)，通過(guò)熔覆一層鎳基或者銅基復(fù)合材料，或者是陶瓷粉末等，能夠有效改善鋁合金的抗腐蝕性能。此外，溶膠-凝膠法、等離子燒蝕法等也可以被用來(lái)改善鋁合金的表面狀態(tài)，提高其防腐蝕性能[32-34]。然而，鋁及鋁合金的表面處理工藝也可能會(huì)因?yàn)榛烊腚s質(zhì)、氧化不均，導(dǎo)致型材表面顏色不均，產(chǎn)品外觀不良等問(wèn)題。

在Al及鋁合金表面引入一層對(duì)基體有防腐作用的厚度均勻、無(wú)孔、粘結(jié)力強(qiáng)的聚合物膜也是一種有效的防腐蝕手段[33]。其中，非導(dǎo)電聚合物膜是通過(guò)屏蔽周圍腐蝕環(huán)境發(fā)揮防腐作用，而導(dǎo)電聚合物膜是利用其導(dǎo)電性，使其與鋁及鋁合金表面間發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而形成穩(wěn)定的氧化膜來(lái)實(shí)現(xiàn)防腐蝕的目的[13]。聚合物防腐蝕膜法具有操作簡(jiǎn)單、環(huán)保、低成本等優(yōu)勢(shì)，但對(duì)于如何選擇合適成分的聚合物膜以及其與鋁基體的界面作用如何、工藝條件如何控制等方面還需要深入研究。

在Al及鋁合金表面涂刷防腐涂料是最常用的防腐措施之一，且常與其它防腐蝕方法結(jié)合使用。一般情況下，在常用的環(huán)氧樹脂等樹脂基料中添加一定量具有防腐功能的顏料即可以顯著改善防腐蝕效果，施工操作非常簡(jiǎn)便。例如，常用的鉻酸鹽防腐蝕顏料遇水時(shí)會(huì)釋放出CrO42-，將鋁合金表面很好地封閉起來(lái)，起到防腐蝕的效果[35]。涂刷防腐涂料是目前較為成熟且經(jīng)濟(jì)有效的Al及鋁合金防腐蝕手段，不過(guò)，由于絡(luò)酸鹽等有害物質(zhì)的使用會(huì)帶來(lái)環(huán)保問(wèn)題，今后應(yīng)朝向無(wú)污染或低污染方向發(fā)展，盡量開發(fā)無(wú)毒或低毒的顏料來(lái)代替常用的鉻酸鹽。

3.3 銅構(gòu)件的主要防腐措施及有效性分析

針對(duì)沿海變電站銅構(gòu)件的防腐蝕措施主要從改善外部腐蝕環(huán)境入手，一是盡可能地將銅材設(shè)備放在室內(nèi)，且保持室內(nèi)良好的除濕、凈化、溫度恒定效果，避免銅與空氣中的水蒸氣、H2S等接觸；二是對(duì)室外設(shè)備采取表面電鍍、涂層保護(hù)及涂覆緩蝕劑等方法來(lái)提高其耐腐蝕性能。針對(duì)問(wèn)題較為突出的H2S腐蝕，對(duì)電接觸銅材可以涂覆電接觸潤(rùn)滑保護(hù)劑涂層，而當(dāng)銅材的面積較大時(shí)，應(yīng)先噴涂一層鋁，再刷涂防腐涂層，如高聚氯乙烯等。研究發(fā)現(xiàn)，相較于鍍金或其它防護(hù)性鍍層，使用電接觸潤(rùn)滑保護(hù)劑涂層對(duì)于提高銅材的耐腐蝕性能效果更加明顯，而且也不會(huì)影響電氣性能。舉例來(lái)說(shuō)，苯并三氮唑 (BTA) 作為一種新型接觸緩蝕劑，其最低未占分子軌道 (LUMO) 具有最低的軌道能量，容易接受金屬表面的電子形成反饋鍵，并與銅結(jié)合生成BTACu配合物保護(hù)膜，從而起到有效抵抗H2S腐蝕的作用[36]。

3.4 綜合防護(hù)措施

在高溫、高濕、高鹽分的沿海工業(yè)大氣環(huán)境中，對(duì)變電站設(shè)備采用單一的防腐蝕措施往往很難達(dá)到腐蝕控制要求，通常需要聯(lián)合應(yīng)用多種防腐蝕技術(shù)。如對(duì)鋼構(gòu)件的保護(hù)，可以同時(shí)釆用熱浸鍍鋁和防護(hù)涂層來(lái)進(jìn)行雙重保護(hù)。對(duì)于采用了熱浸鍍鋅防腐蝕層的鋼構(gòu)件，也應(yīng)定期在熱浸鍍鋅層表面噴涂防腐蝕漆來(lái)確保前者的完整，從而達(dá)到更持久的防腐效果。

4 結(jié)語(yǔ)

沿海地區(qū)特殊的大氣環(huán)境給變電站金屬設(shè)備帶來(lái)嚴(yán)重的腐蝕問(wèn)題，嚴(yán)重威脅到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，也給正常的經(jīng)濟(jì)社會(huì)生活秩序帶來(lái)較大隱患。本文以第一手現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研資料結(jié)合文獻(xiàn)報(bào)道，對(duì)沿海變電站設(shè)備的主要腐蝕狀況進(jìn)行了介紹，對(duì)不同材質(zhì)金屬構(gòu)件的腐蝕機(jī)理進(jìn)行了分析，總結(jié)了針對(duì)不同金屬材質(zhì)構(gòu)件所采取的主要腐蝕防護(hù)措施及有效性。本文對(duì)沿海地區(qū)變電站的選址、變電站設(shè)備的選材以及針對(duì)所選材料應(yīng)采取的有針對(duì)性的防腐措施具有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

1 Wang T P, Li H Q, Sun M C, et al. Corrosion and peeling off behavior of Ag coating on bushing wiring board for 66 kV HGIS in a coastal substation [J]. Corros. Sci. Prot. Technol., 2019, 31: 159

1 王天鵬, 李宏強(qiáng), 孫明成等. 沿海變電站66 kV HGIS套管接線板鍍銀層腐蝕剝落原因分析 [J]. 腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù), 2019, 31: 159

2 Fang Y J, Liu S, Wang X W, et al. Study on corrosion status and anti-corrosion measures of substations in coastal areas [J]. Electr. Technol., 2012, 19(12): 97

2 方乙君, 柳松, 王雄文等. 沿海地區(qū)變電站腐蝕現(xiàn)狀及防腐措施研究 [J]. 電氣技術(shù), 2012, 19(12): 97

3 Cui T F, Liu D X, Xu X C, et al. Accelerated test method for high strength aluminum alloy in typical coastal area [J]. Equip. Environ. Eng., 2020, 17(5): 33

3 崔騰飛, 劉道新, 徐星辰等. 高強(qiáng)度鋁合金典型沿海地區(qū)腐蝕行為加速試驗(yàn)方法研究 [J]. 裝備環(huán)境工程, 2020, 17(5): 33

4 Zhou G, Lin D Y, Han J C, et al. Failure mechanism of 10 kV aerial insulation line of overhead distribution system in coastal and typhoon environment [J]. Corros. Sci. Prot. Technol., 2019, 31: 643

4 周剛, 林德源, 韓紀(jì)層等. 沿海及強(qiáng)臺(tái)風(fēng)環(huán)境下10 kV配網(wǎng)架空絕緣導(dǎo)線的失效機(jī)理分析 [J]. 腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù), 2019, 31: 643

5 Liu Z C. Research on initial corrosion behavior of typical metal materials in costal atmospheric environment [D]. Guangzhou: South China University of Technology, 2016

5 劉爭(zhēng)春. 沿海大氣環(huán)境下典型金屬材料初期腐蝕行為研究 [D]. 廣州: 華南理工大學(xué), 2016

6 Chen J J, Li M, Wang J, et al. Common style of metallic components corrosion in substation and its solution [J]. Inner Mongolia Electr. Power, 2013, 31(1): 7

6 陳軍君, 李明, 王軍等. 變電站金屬構(gòu)件的常見腐蝕形式及解決措施 [J]. 內(nèi)蒙古電力技術(shù), 2013, 31(1): 7

7 Yang D N, Wang C, Wang Z Y, et al. Atmospheric corrosion of common metals used in transformer substation and protection measures [J]. Equip. Environ. Eng., 2016, 13(1): 126

7 楊大寧, 汪川, 王振堯等. 變電站常用金屬的大氣腐蝕行為及其防護(hù) [J]. 裝備環(huán)境工程, 2016, 13(1): 126

8 Lu S M. Reasons and antiseptic of transfer station metal corrosion in costal atmospheric environment [D]. Guangzhou: South China University of Technology, 2017

8 盧思敏. 沿海變電站金屬材料的腐蝕成因及防腐 [D]. 廣州: 華南理工大學(xué), 2017

9 Zhang L, Wang Z Y, Zhao C Y, et al. Study on corrosion behavior of carbon steel and weathering steel in salt spray test [J]. Equip. Environ. Eng., 2014, 11(1): 1

9 張琳, 王振堯, 趙春英等. 碳鋼和耐候鋼在鹽霧環(huán)境下的腐蝕行為研究 [J]. 裝備環(huán)境工程, 2014, 11(1): 1

10 Hrlé S, Mazaudier F, Dillmann P, et al. Advances in understanding atmospheric corrosion of iron. II. Mechanistic modelling of wet-dry cycles [J]. Corros. Sci., 2004, 46: 1431

11 Cheng L, Ma G, Chen X, et al. Corrosion and protection of steel structures for transmission and distribution projuct [J]. Steel Const., 2014, 29(2): 76

11 程靈, 馬光, 陳新等. 輸變電工程中鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕與防護(hù) [J]. 鋼結(jié)構(gòu), 2014, 29(2): 76

12 Yang D N, Zhao S Y, Fu C F, et al. Service conditions of protective coatings of grid substations in Hainan province [J]. Corros. Prot., 2016, 37: 249

12 楊大寧, 趙書彥, 符傳福等. 海南電網(wǎng)變電站金屬架構(gòu)防護(hù)涂層的使用情況 [J]. 腐蝕與防護(hù), 2016, 37: 249

13 Yin X T, Li W H, Li L, et al. Research status of corrosion behavior and anticorrosion measures of aluminum alloy under different climate in China [J]. Mater. Prot., 2019, 52(3): 111

13 尹學(xué)濤, 李文翰, 李麗等. 鋁合金在我國(guó)不同氣候條件下的腐蝕行為及防腐蝕措施的研究現(xiàn)狀 [J]. 材料保護(hù), 2019, 52(3): 111

14 Oesch S, Faller M. Environmental effects on materials: The effect of the air pollutants SO2, NO2, NO and O3 on the corrosion of copper, zinc and aluminum: A short literature survey and results of laboratory exposures [J]. Corros. Sci., 1997, 39: 1505

15 Lv W Y, Liu S N, Su W, et al. Corrosion and protection of copper materials in transformer substation under heavy industry circumstance [J]. Clean. World, 2013, 29(11): 9

15 呂旺燕, 劉世念, 蘇偉等. 重工業(yè)污染下變電站銅構(gòu)件的腐蝕特征及防治對(duì)策 [J]. 清洗世界, 2013, 29(11): 9

16 Ren H T, Yin Z H, Wang P, et al. Study status of H2S influence on copper corrosion in grids [J]. Corros. Prot., 2014, 35: 1074

16 任漢濤, 銀朝暉, 王平等. 電網(wǎng)銅材在含H2S大氣中的腐蝕研究現(xiàn)狀 [J]. 腐蝕與防護(hù), 2014, 35: 1074

17 Li X, Guo J K. Cause and protection of corrosion of copper materials in a 35 kV indoor transformer substation [J]. Corros. Prot., 2004, 25: 133

17 李興, 郭軍科. 35 kV室內(nèi)變電站銅材腐蝕的原因分析與對(duì)策 [J]. 腐蝕與防護(hù), 2004, 25: 133

18 Reid M, Punch J, Ryan C, et al. Microstructural development of copper sulfide on copper exposed to humid H2S [J]. J. Electrochem. Soc., 2007, 154: C209

19 Zhang Z Y, Yue Z W, Jiang B, et al. Application status of hot dip galvanizing in corrosion protection of steel structure [J]. Mater. Prot., 2019, 52(12): 135

19 張振岳, 岳增武, 姜波等. 熱浸鍍鋅產(chǎn)業(yè)在鋼結(jié)構(gòu)腐蝕防護(hù)中的應(yīng)用現(xiàn)狀 [J]. 材料保護(hù), 2019, 52(12): 135

20 Zhao S Y, Tong X H, Liu F C, et al. Corrosion resistance three Zn-rich epoxy coatings [J]. J. Chin. Soc. Corros. Prot., 2019, 39: 563

20 趙書彥, 童鑫紅, 劉福春等. 環(huán)氧富鋅涂層防腐蝕性能研究 [J]. 中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào), 2019, 39: 563

21 Yang F, Liang Y C, Kuang Y J, et al. Corrosion behavior of galvanized steel in Dongguan atmosphere and simulated atmosphere [J]. Corros. Prot., 2017, 38: 767

21 楊帆, 梁永純, 匡尹杰等. 鍍鋅鋼在東莞大氣及模擬大氣中的腐蝕行為 [J]. 腐蝕與防護(hù), 2017, 38: 767

22 Xu L. Study of anticorrosion performance and mechanism of cold galvanizing coating on steel Substrate [D]. Hefei: University of Science and Technology of China, 2019

22 徐龍. 鋼基材表面冷涂鋅涂層的防腐蝕性能和機(jī)理研究 [D]. 合肥: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué), 2019

23 Wang G R, Zheng H P, Cai H Y, et al. Failure process of epoxy coating subjected test of alternating immersion in artificial seawater and dry in air [J]. J. Chin. Soc. Corros. Prot., 2019, 39: 572

23 王貴容, 鄭宏鵬, 蔡華洋等. 環(huán)氧防腐涂料在模擬海水干濕交替條件下的失效過(guò)程 [J]. 中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào), 2019, 39: 572

24 Song X. Discussion on some issues of waterborne coatings applied in heavy-duty anticorrosion [J]. Coat. Prot., 2018, 39(9): 46

24 宋笑. 水性涂料重防腐應(yīng)用若干問(wèn)題探討 [J]. 涂層與防護(hù), 2018, 39(9): 46

25 Bai Y F, Zhao Z X, Sun W P, et al. Application status of heavy-duty anticorrosive coatings for coastal power plants [J]. Electroplat. Finish., 2019, 38: 579

25 白玉峰, 趙忠賢, 孫偉鵬等. 沿海電廠重防腐涂料的應(yīng)用狀況 [J]. 電鍍與涂飾, 2019, 38: 579

26 Liu R X. Discussion of corrosion inhibitor of coatings [J]. Mod. Paint Finish., 2011, 14(2): 19

26 劉仁新. 試論涂料緩蝕劑 [J]. 現(xiàn)代涂料與涂裝, 2011, 14(2): 19

27 Wang X, Ren S F, Zhang D X, et al. Inhibition effect of soybean meal extract on corrosion of Q235 steel in hydrochloric acid medium [J]. J. Chin. Soc. Corros. Prot., 2019, 39: 267

27 王霞, 任帥飛, 張代雄等. 豆粕提取物在鹽酸中對(duì)Q235鋼的緩蝕性能 [J]. 中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào), 2019, 39: 267

28 El-Mahdy G A, Nishikata A, Tsuru T. Electrochemical corrosion monitoring of galvanized steel under cyclic wet-dry conditions [J]. Corros. Sci., 2000, 42: 183

29 Bovard F S. Environmentally induced cracking of an Al-Zn-Mg-Cu alloy [D]. Pittsburgh: University of Pittsburgh, 2005

30 Shi Y J, Pan Q L, Li M J, et al. Effect of Sc and Zr additions on corrosion behaviour of Al-Zn-Mg-Cu alloys [J]. J. Alloys Compd., 2014, 612: 42

31 Zhang Q, Yang S L, Jin D, et al. Study on corrosion behavior of aluminum alloy used in substation equipment in simulated coastal industrial atmosphere [J]. Rare Met. Cemen. Carb., 2018, 46(5): 65

31 張強(qiáng), 陽(yáng)慎蘭, 靳東等. 變電站設(shè)備用鋁合金在模擬沿海工業(yè)大氣環(huán)境中的腐蝕行為研究 [J]. 稀有金屬與硬質(zhì)合金, 2018, 46(5): 65

32 Guo Z C, Wang Y F, Wang R M. The development of corrosion protection of aluminum aerospace alloys [J]. Mater. Rev., 2005, 19(9): 71

32 郭增昌, 王云芳, 王汝敏. 航空鋁合金防腐保護(hù)研究進(jìn)展 [J]. 材料導(dǎo)報(bào), 2005, 19(9): 71

33 Mu X L, Xie P F, Jin T, et al. Corrosion behavior of nano-coating/aluminum alloy in seawater solution with different pH values [J]. Equip. Envir. Eng., 2020, 17(1): 130

33 慕仙蓮, 解鵬飛, 金濤等. 納米涂層/鋁合金在不同pH值的海水溶液中的腐蝕行為研究 [J]. 裝備環(huán)境工程, 2020, 17(1): 130

34 Zhang X, Ju D Y, Li J H, et al. Preparation and performance of anti-corrosion organic-inorganic hybrid coatings for aluminum alloy by sol-gel method [J]. Mater. Prot., 2019, 52(7): 12

34 張欣, 巨東英, 李建輝等. 溶膠-凝膠法制備鋁合金耐蝕有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化SiO2涂層及其性能研究 [J]. 材料保護(hù), 2019, 52(7): 12

35 Zhou B T, Wang Y B, Huang Q Y, et al. Effect of hydrothermal pre-treatment on anti-corrosion properties of ZnAl-LDHs prepared on the surface of aluminium alloys [J]. Sur. Technol., 2020, 49(4): 315

35 周秉濤, 王友彬, 黃秋雨等. 水熱預(yù)處理對(duì)鋁合金表面ZnAl-LDHs涂層防腐蝕性能的影響 [J]. 表面技術(shù), 2020, 49 (4) : 315

36 Wan H J, Huang H J, Hu J W, et al. Anti-H2S corrosion properties of three copper corrosion inhibitors [J]. Equip. Environ. Eng., 2013, 10(5): 47

36 萬(wàn)紅敬, 黃紅軍, 胡建偉等. 三種銅緩蝕劑抗H2S腐蝕性能研究 [J]. 裝備環(huán)境工程, 2013, 10(5): 47