李辛庚 國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院首席專家

    為了使相關(guān)科技工作者了解目前輸變電工程中腐蝕防護(hù)的一些關(guān)鍵問題，利于探索電網(wǎng)防腐新技術(shù)、新材料的未來創(chuàng)新方向，記者特邀請到國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院李辛庚教授做相關(guān)方面的精彩解讀。

    李辛庚，國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院首席專家，國家電網(wǎng)公司電工新材料技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（山東）負(fù)責(zé)人、國網(wǎng)公司電網(wǎng)金屬材料腐蝕與防護(hù)科技攻關(guān)團(tuán)隊(duì)帶頭人、中國腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)企業(yè)分會(huì)副主任委員，多次榮獲省部級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)。

    近20 年來，我國電網(wǎng)建設(shè)獲得了高速發(fā)展。尤其是在特高壓輸變電技術(shù)方面取得的重大突破，則代表了現(xiàn)代輸變電工程的主要發(fā)展方向。電網(wǎng)覆蓋區(qū)域的擴(kuò)大，超大容量、特高參數(shù)和超長距離輸電線路的產(chǎn)生，并與電網(wǎng)基本功能屬性要求相伴隨而來的是對工程安全保障提出了更高要求。輸變電設(shè)備的腐蝕防護(hù)則是電網(wǎng)安全保障的重要技術(shù)環(huán)節(jié)之一。

    由于我國幅員遼闊、環(huán)境復(fù)雜多變等不利因素，為做好電網(wǎng)設(shè)備的腐蝕防護(hù)帶來了諸多不利條件，加大了環(huán)境腐蝕問題研究的廣度和深度，為新型防護(hù)技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用提出了更高要求。為了使相關(guān)科技工作者了解目前輸變電工程中腐蝕防護(hù)的一些關(guān)鍵問題，利于探索電網(wǎng)防腐新技術(shù)、新材料的未來創(chuàng)新方向，記者特邀請到國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院李辛庚教授做相關(guān)方面的精彩解讀。

    李辛庚，國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院首席專家，國家電網(wǎng)公司電工新材料技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（山東）負(fù)責(zé)人、國網(wǎng)公司電網(wǎng)金屬材料腐蝕與防護(hù)科技攻關(guān)團(tuán)隊(duì)帶頭人、中國腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)企業(yè)分會(huì)副主任委員，多次榮獲省部級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)。

    電網(wǎng)構(gòu)件的腐蝕與防護(hù)是電網(wǎng)安全的重要保障

    近年來，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)設(shè)備數(shù)量不斷增加。目前由于設(shè)備設(shè)計(jì)缺陷、制造成本制約、運(yùn)維手段落后等因素的制約，電網(wǎng)設(shè)備還存在著使用壽命短和相關(guān)聯(lián)設(shè)備使用壽命匹配性不高等問題，制約了輸變電工程質(zhì)量和電網(wǎng)經(jīng)營效益的提高。腐蝕破壞給輸電線路的安全可靠性和使用壽命造成潛在的威脅，受到了世界各國輸電行業(yè)的高度重視。美國電力科學(xué)研究院（EPRI）和加拿大電力技術(shù)研究機(jī)構(gòu)（如 Power Tech Lab 等）把輸電網(wǎng)的腐蝕評(píng)估、控制與防護(hù)等腐蝕管理問題列為輸電網(wǎng)管理的重要研究課題，我國也正在對輸電線路的腐蝕評(píng)估和防護(hù)等問題展開全面研究，并取得了一定進(jìn)展。

    我國已是世界第二大經(jīng)濟(jì)體，每年投入建設(shè)的輸變電工程數(shù)量龐大。由于輸變電工程構(gòu)件的服役特征和應(yīng)用環(huán)境的特性，主要構(gòu)件幾乎全部涉及環(huán)境腐蝕與防護(hù)問題。不合理的防腐材料選擇或引導(dǎo)不但不能取得理想的防腐效果，還會(huì)造成巨大的資源浪費(fèi)。據(jù)了解，目前國家電網(wǎng)公司對輸變電工程主要一次設(shè)備使用壽命要求達(dá)到 40 年以上，主要二次設(shè)備使用壽命要求達(dá)到 20 年以上。就目前我國的輸變電設(shè)備的腐蝕防護(hù)技術(shù)水平來說，還不能在工程初建時(shí)的設(shè)備制造和安裝中一次性滿足這些要求，需要在運(yùn)行中加以多次維護(hù)。這不但增加了電網(wǎng)運(yùn)維成本，還降低了設(shè)備運(yùn)行安全水平。

    李教授表示，對于長期工作在自然環(huán)境中的輸變電工程來說，需要重點(diǎn)加以防腐保護(hù)的典型構(gòu)件主要有鋼結(jié)構(gòu)（桿塔、支撐構(gòu)架）、導(dǎo)體與連接（接續(xù)）金具、設(shè)備箱體、開關(guān)中的接觸部件、有機(jī)外絕緣部件、基礎(chǔ)、接地系統(tǒng)等。從腐蝕機(jī)理來看，這些部件除受到自然環(huán)境的作用之外，還受到電網(wǎng)構(gòu)件本身服役特性的影響。上世紀(jì) 90 年代之前，電網(wǎng)行業(yè)對于構(gòu)件的腐蝕防護(hù)并不十分重視。在 2000 年之后，由于輸變電工程建設(shè)規(guī)模的迅速擴(kuò)大，電壓等級(jí)和輸電容量的大幅度提升，社會(huì)對電網(wǎng)安全等級(jí)也提出了更高要求；大量輸變電設(shè)備建在偏遠(yuǎn)地區(qū)和環(huán)境腐蝕性的變化等因素影響使得電網(wǎng)構(gòu)件材料的平均自然環(huán)境腐蝕明顯加速，腐蝕失效相關(guān)的事故比例上升、用于防腐維護(hù)投入顯著升高等原因使得腐蝕防護(hù)技術(shù)開始受到業(yè)內(nèi)的高度重視。“重視電網(wǎng)行業(yè)研究，開發(fā)、運(yùn)用新型長效防腐技術(shù)，確保電網(wǎng)長期安全運(yùn)行，降低日常運(yùn)行中用于防腐維護(hù)的成本。這些是必然趨勢，也是必行之路。”李教授強(qiáng)調(diào)說。

    我國目前所采取的防腐措施雖然取得了明顯的效果，但對整個(gè)輸變電工程的腐蝕管理和控制問題，李教授認(rèn)為關(guān)鍵應(yīng)做好以下幾個(gè)方面。

    1、鋼構(gòu)件的腐蝕與防護(hù)

    從重量來說，在電網(wǎng)構(gòu)件中，用量最大的是鋼結(jié)構(gòu)，主要是桿塔和支撐構(gòu)架。大體估算我國每年用于電網(wǎng)建設(shè)的新增鋼構(gòu)件總重量約為百萬噸量級(jí)，這類構(gòu)件幾乎全部使用熱鍍鋅來防腐。

    近 200 年的使用經(jīng)驗(yàn)表明，熱鍍鋅鋼在大氣自然環(huán)境中具有優(yōu)秀的 “廣譜”防腐性能，至今仍然可以找到使用 80 年以上仍然保持良好狀態(tài)的熱鍍鋅鋼構(gòu)件。熱鍍鋅具有加工成本低，易于大規(guī)模高效率生產(chǎn)，性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，特別是對超大尺寸工件具有其它工藝難以比擬的優(yōu)勢。熱鍍鋅的另一個(gè)技術(shù)優(yōu)勢是具有創(chuàng)傷自愈合修復(fù)性能。從工廠生產(chǎn)后運(yùn)到現(xiàn)場，再到安裝完成的過程中，難免出現(xiàn)磕磕碰碰給涂層帶來的損傷。對劃痕類缺陷， 由于熱鍍鋅的犧牲陽極特性，可以使劃傷部位在經(jīng)過一段時(shí)間之后鋅涂層會(huì)自我修復(fù)，損傷部位不會(huì)出現(xiàn)明顯的腐蝕。油漆涂料類，或者是鋅含量較低的富鋅涂層卻不具有這個(gè)特性。

    熱鍍鋅的主要問題是在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染排放很難徹底治理。隨著國家環(huán)保政策的趣緊，熱鍍鋅工業(yè)的生產(chǎn)和發(fā)展受到相當(dāng)嚴(yán)格的限制。預(yù)計(jì)不久的將來，本土的熱鍍鋅制品會(huì)明顯減少。從建設(shè)綠色電網(wǎng)的企業(yè)愿景來看，尋找熱鍍鋅替代技術(shù)，以減少熱鍍鋅鋼構(gòu)件在輸變電工程中的用量占比，已經(jīng)成為目前相當(dāng)緊迫的技術(shù)開發(fā)任務(wù)。

    從用戶角度來看，世界范圍內(nèi)的腐蝕數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，在自然大氣環(huán)境中熱鍍鋅的平均腐蝕速率約為0.2-2.0m/a。以國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的鋼構(gòu)件鍍鋅厚度大于 85m 計(jì)算，凡是滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的熱鍍鋅構(gòu)件至少有 40 年以上的使用壽命，無需加以維護(hù)。但是，近 10 年在電網(wǎng)行業(yè)的輸變電工程中的普查結(jié)果卻顯示，最長有效周期約為 30 年，平均首次維護(hù)的周期僅有 10 年。造成目前熱鍍鋅鋼構(gòu)件防腐周期顯著縮短的主要原因，除質(zhì)量控制不當(dāng)之外，還有環(huán)境變化的影響，節(jié)點(diǎn)（焊縫、緊固連接、與異種材料的接觸部位等）集中腐蝕等問題沒有得到較好解決；涂層選擇和防腐設(shè)計(jì)不當(dāng)也是目前較為突出的問題，這是指在有些地區(qū)（如重酸雨地區(qū)）選擇熱鍍鋅防腐未必合適。

    在實(shí)際工程中，因腐蝕導(dǎo)致的構(gòu)件失效形式主要是集中腐蝕，多由節(jié)點(diǎn)局部腐蝕引起。換句話說，就是結(jié)構(gòu)的大部分沒有問題，而節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)烈、快速的腐蝕損壞之后，不得不做局部甚至是整體更換。在沿海地區(qū)的潮差、浪濺區(qū)也多出現(xiàn)這種情況。

    統(tǒng)計(jì)顯示，輸變電鋼構(gòu)件防腐維護(hù)成本約占全部防腐投入的 50%，約相當(dāng)于鋼構(gòu)件全壽命周期成本的 50%。特別是投入運(yùn)行較短時(shí)間后就需要進(jìn)行防腐維護(hù)、維修、甚至更換部件，導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)營維護(hù)成本明顯增加，安全可靠性降低。在人煙稀少或極端困難地區(qū)，易造成維護(hù)的缺失使防護(hù)涂層失效，導(dǎo)致材料的快速腐蝕，桿塔構(gòu)件強(qiáng)度降低，抵御大風(fēng)、冰災(zāi)、舞動(dòng)等附加載荷的能力下降，易造成倒塔事故。

    腐蝕與防護(hù)科技工作者一般注重材料本身或防護(hù)涂層性能的提高，實(shí)驗(yàn)室中的多數(shù)研究工作，注重提高材料的耐腐蝕性能，評(píng)價(jià)方法也對針對于標(biāo)準(zhǔn)板型試樣，很少關(guān)注具體部件。但針對于實(shí)際構(gòu)件（包括形狀、服役狀態(tài)等）在實(shí)驗(yàn)室中快速評(píng)價(jià)方法的開發(fā)和研究，著力解決實(shí)際構(gòu)件的具體腐蝕問題，對工程需求更為重要。

    發(fā)展熱鍍鋅替代技術(shù)，有以下幾個(gè)有望實(shí)用化的發(fā)展方向。

    第一是發(fā)展免涂裝防腐技術(shù)。某些鋼構(gòu)件材料，其本身就具有較好的氧化膜穩(wěn)定特性，大氣腐蝕速率較低，可以直接在大氣中使用，如耐候鋼。即使是普通碳鋼，在干燥和較為潔凈的大氣環(huán)境中，其腐蝕速率約為 0.02mm ～ 0.03mm/a，如無涂裝直接使用 40 年，僅需增大 1 ~ 2mm的厚度設(shè)計(jì)余量（雙面）。從當(dāng)前鋼材價(jià)格來看，增加這個(gè)厚度的成本也低于熱鍍鋅的加工費(fèi)用。這種免涂裝腐蝕防護(hù)設(shè)計(jì)的可行性，主要取決于開發(fā)早期快速穩(wěn)定化技術(shù)和節(jié)點(diǎn)等局部防腐處理技術(shù)的解決。此外，在配電網(wǎng)等級(jí)中采用有機(jī)復(fù)合材料（玻璃鋼）電桿、新型高強(qiáng)水泥電桿替代鋼管電桿的工作也已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展。

    第二個(gè)是開發(fā)適于現(xiàn)場涂裝的新型高性能涂層材料來替代熱鍍鋅涂層。待設(shè)備安裝完畢之后，再以現(xiàn)場涂裝方式對鋼構(gòu)件做防腐處理，也是未來替代熱鍍鋅的一個(gè)重要方向。目前市場上在售的具有優(yōu)秀防腐性能的各類涂料產(chǎn)品很多，但在多數(shù)現(xiàn)場條件下卻不能很好地利用，主要問題是這些涂料的涂裝工藝對底面處理要求較高，一般都要達(dá)到St2.5 級(jí)以上，這在現(xiàn)場很難做到。涂層質(zhì)量的控制與保證也是不能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場規(guī)模化涂裝的主要障礙。因此，降低涂料對底面處理潔凈度的要求，開發(fā)適于現(xiàn)場大規(guī)模施工的工藝技術(shù)，降低涂裝成本等，是涂料替代熱鍍鋅的重要研究方向。低表面處理涂料成為目前的研究熱點(diǎn)也是基于這一方面的需求。

    第三是防腐設(shè)計(jì)問題。目前，在電網(wǎng)行業(yè)的輸變電設(shè)計(jì)規(guī)范中，所包含的防腐條款較少，一般都是泛泛地列出“應(yīng)采用熱鍍鋅防腐處理”等較少條款，引用執(zhí)行國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來控制熱鍍鋅質(zhì)量，通常不對防腐做針對性設(shè)計(jì)或特殊要求。這在多數(shù)情況下是有效的。在少數(shù)環(huán)境優(yōu)良地區(qū)可以達(dá)到40年以上的防腐壽命要求，但在重腐蝕地區(qū)，如高溫高濕、重工業(yè)酸雨地區(qū)等卻不能滿足要求， 有效壽命過短，一般不會(huì)超過 10 年。這說明，即使是鋼構(gòu)件，初建時(shí)的防腐設(shè)計(jì)，應(yīng)依照環(huán)境腐蝕性的評(píng)估結(jié)果采取針對性設(shè)計(jì)，選擇可以達(dá)到全壽命防腐周期的有效技術(shù)手段，不能“一鍍了之”。

    具備實(shí)現(xiàn)對工程地環(huán)境腐蝕性快速、準(zhǔn)確的評(píng)估技術(shù)和具體備選材料在工程地址的腐蝕數(shù)據(jù)，是實(shí)現(xiàn)針對性防腐設(shè)計(jì)的前提條件。目前我國在這方面所具備的數(shù)據(jù)空缺較大。依照 ISO9223標(biāo)準(zhǔn)中取環(huán)境質(zhì)量（溫濕度、硫分、鹽分等）參數(shù)對大氣環(huán)境腐蝕性的評(píng)估結(jié)果需要大量的試驗(yàn)和數(shù)據(jù)收集工作，一般很難做到。具體材料的腐蝕數(shù)據(jù)則需要開展暴露試驗(yàn)或經(jīng)年運(yùn)行以后才能獲得；采用國家有關(guān)自然環(huán)境腐蝕的標(biāo)準(zhǔn)暴露數(shù)據(jù)，則與具體工程材料的實(shí)際需求差異過大：一是我國國土面積太大，試驗(yàn)站太少，所獲數(shù)據(jù)的站點(diǎn)位置與工程地址距離太遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)相關(guān)性較低。特別是對于具有百公里甚至千公里距離的窄長輸電線路通道，較難獲得全面的有效數(shù)據(jù)；二是環(huán)境變化與數(shù)據(jù)獲得周期的差異，即數(shù)據(jù)所獲時(shí)間段和材料種類與工程建設(shè)時(shí)間的環(huán)境和材料不能相符，即數(shù)據(jù)獲得周期與環(huán)境變化和材料種類的更新速度不能相匹配。

    第四是在役鋼構(gòu)件腐蝕防護(hù)管理方面的問題。在鋼構(gòu)件腐蝕安全保障方面，電網(wǎng)企業(yè)目前采用的方法是依據(jù)人工巡線檢查的結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)，判斷構(gòu)件熱鍍鋅或涂層還是否有效， 是否出現(xiàn)了明顯腐蝕現(xiàn)象，來決定是否實(shí)施防腐維護(hù)（一般是刷涂富鋅涂料）。由于缺乏對在役涂層狀態(tài)的評(píng)價(jià)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和手段，人為判斷所得結(jié)論不能準(zhǔn)確反映防腐涂層的工作狀態(tài)，往往出現(xiàn)“過維護(hù)”或“欠維護(hù)”。“過維護(hù)”則造成巨大浪費(fèi)，或“欠維護(hù)”則給設(shè)備留下了防腐安全隱患。

    因此，開發(fā)適于工程現(xiàn)場的腐蝕安全狀態(tài)評(píng)價(jià)方法，制定評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范是實(shí)現(xiàn)有效管理的基礎(chǔ)。在這兩個(gè)方面目前都非常欠缺。

    2、導(dǎo)體構(gòu)件的腐蝕與防護(hù)

    輸變電工程中導(dǎo)體部件是實(shí)現(xiàn)電力輸送的關(guān)鍵部件。主要有架空導(dǎo)線（地線）、接續(xù)金具、開關(guān)觸頭、管母線、母排、 電纜等。 另外還應(yīng)包括接地網(wǎng) （極）和在大氣環(huán)境中工作的測量設(shè)備。

    （1）架空導(dǎo)線的大氣腐蝕

    架空導(dǎo)線的導(dǎo)體部分由純鋁或鋁合金單絲絞制而成，長期通過 10kV 至1000kV 電壓的百安級(jí)電流，承受架設(shè)拉應(yīng)力和環(huán)境附加應(yīng)力，額定工作溫度一般為 60℃～ 75℃，極限情況下有超過100℃的短期工作溫度（高溫合金導(dǎo)線的極限工作溫度可達(dá)到 200℃以上）。受自然環(huán)境條件（風(fēng)、雨、冰、雪）等附加載荷的影響，處于“永動(dòng)”的循環(huán)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)。它的腐蝕行為較為復(fù)雜，大體是由應(yīng)力腐蝕、電化學(xué)腐蝕、微動(dòng)磨損腐蝕等多種腐蝕現(xiàn)象交叉、復(fù)合作用的結(jié)果，目前的研究還不深入，機(jī)理和影響因素不清。

    架空導(dǎo)線的腐蝕是非常值得腐蝕科技工作者深入研究的問題之一。一是目前對于鋁型材的腐蝕機(jī)理研究還沒有一個(gè)令人信服的結(jié)論，尤其是鋁型材在大氣中易出現(xiàn)點(diǎn)蝕和集中腐蝕問題的解釋；二是關(guān)于鋁型材表面鈍化膜的破壞與不能自修復(fù)的機(jī)制，導(dǎo)線表面普遍存在的“鋁灰”成分的不確定性是一個(gè)佐證；三是在電場、溫升和機(jī)械載荷聯(lián)合作用下，形變鋁的大氣腐蝕行為問題。

    在工程方面，經(jīng)常采用的方法有防腐油脂（涂抹、預(yù)絞制）、合金化等，但效果都不太理想。開發(fā)適合于絞線的腐蝕防護(hù)技術(shù)，是一個(gè)難度較高的題目。在考慮解決導(dǎo)線腐蝕問題的同時(shí)，主要顧及到不能對導(dǎo)線本身的電導(dǎo)率和散熱性能帶來負(fù)面影響。

    由于強(qiáng)電的原因，導(dǎo)線表面附近區(qū)域不可避免地存在電暈現(xiàn)象，它對腐蝕具有很強(qiáng)的加速作用，是在實(shí)驗(yàn)室中難以模擬的腐蝕影響因素之一。此外，連接金具與導(dǎo)線之間的電位差形成的電化學(xué)腐蝕、節(jié)點(diǎn)連接應(yīng)力腐蝕等在實(shí)際工程失效案例中占有一定比例。

    架空地線的失效主要因環(huán)境腐蝕所致，選型設(shè)計(jì)之初也考慮了這部分余量，在一般干燥潔凈地區(qū)滿足 40 年以上的服役壽命要求，但在重腐蝕環(huán)境下因腐蝕而導(dǎo)致壽命明顯縮短， 甚至短于10年。

    架空地線目前采用的材料有鍍鋅鋼絞線、鋁包鋼絞線、鋁包（骨架）光纖復(fù)合架空地線（OPGW），在重腐蝕環(huán)境地區(qū)的腐蝕失效較為嚴(yán)重。主要原因是架空地線在局部著雷之后造成架空地線表面的燒傷，和通過系統(tǒng)故障、雷擊大電流通過之后地線表面防護(hù)涂層的大范圍過熱，會(huì)引起抗腐蝕性能的顯著下降。高張力架設(shè)的 OPGW 等包覆鋁線材易出現(xiàn)縱向開裂與加工狀態(tài)、應(yīng)力腐蝕等有關(guān)。另外，由于架空地線的位置與導(dǎo)線距離較近，腐蝕與電場影響是否有關(guān)目前還不清楚。

    （2）接續(xù)金具和導(dǎo)電排

    耐張接續(xù)金具是導(dǎo)線與絕緣子連接的部件，通常采用的形式是套管壓接。導(dǎo)線與鋁套管之間連接面的電遷移腐蝕是引起金具異常溫升和早期松弛失效的主要原因之一。采用合金化方式雖然可以提高抗高溫松弛性能，但是，在電流作用下鋁合金第二相的形成和長大，對連接部位的導(dǎo)電性能及安全會(huì)帶來負(fù)面影響，不能從根本上解決這一問題。強(qiáng)烈的電暈也是加速接續(xù)金具腐蝕損傷的重要影響因素。

    電氣設(shè)備中大量使用的導(dǎo)電母排，由于與其他異種材料部件的連接，以及受到安裝工藝因素的影響，尤其是在直流場合，不可避免地出現(xiàn)電偶腐蝕。

    （3）接地材料

    埋設(shè)在土壤中的接地網(wǎng)（極）材料腐蝕與防護(hù)是目前關(guān)于電網(wǎng)部件材料腐蝕研究較多的問題，但至目前還沒有得到很好的解決。

    在接地方面使用較多的材料有鍍鋅鋼、純銅、銅包鋼、鋁包鋼等。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，純銅是用作接地體材料最為理想的材料，可靠壽命超過 60 年。但由于國家土壤環(huán)境質(zhì)量環(huán)保方面的要求，大量使用銅材料埋入地中已經(jīng)受到相當(dāng)嚴(yán)格的限制。

    由于成本原因，鍍鋅鋼仍然是目前使用最多的接地材料。對我國接地事故和接地運(yùn)行狀況的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，鍍鋅鋼接地網(wǎng)保持完好（或輕微腐蝕）的時(shí)間周期平均不超過 6 年，因腐蝕嚴(yán)重導(dǎo)致更換的平均時(shí)間約為 15 年。對實(shí)際構(gòu)件和失效樣品的分析結(jié)果表明，用作接地的鍍鋅層腐蝕速率與普通低碳鋼的腐蝕速率非常接近，也就是說，在土壤中鍍鋅層的防腐效果并不明顯。

    銅包鋼是作為純銅的低成本替代材料，在我國電力系統(tǒng)也具有了超過 10年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，初建材料成本可比純銅降低 30%。主要問題在于包覆層和焊接接頭質(zhì)量保證中不能存在明顯的缺陷，否則銅與鋼組成腐蝕電偶，心部的鋼成為犧牲陽極，腐蝕消耗很快。它的使用也會(huì)受到環(huán)保方面的限制。

    接地體的作用是向大地泄除電網(wǎng)中的故障電流、雷擊電流、系統(tǒng)中存在的雜散電流等，還為供電系統(tǒng)提供零電位。由于腐蝕導(dǎo)致的接地網(wǎng)失效可引發(fā)電網(wǎng)重大事故，現(xiàn)代電網(wǎng)系統(tǒng)對于接地網(wǎng)的可靠性能要求很高，接地網(wǎng)的腐蝕是威脅電網(wǎng)安全的重要因素之一。接地網(wǎng)的焊接接頭、土壤與地面空氣界面區(qū)、埋設(shè)不均處、使用降阻劑等都會(huì)加劇接地網(wǎng)的局部腐蝕。交流輸變電工程對接地體的要求，是能夠耐受千安級(jí)短時(shí)沖擊電流后而不發(fā)生明顯的性能改變；在直流輸變電系統(tǒng)中，接地網(wǎng)還有承擔(dān)單極運(yùn)行時(shí)的工作極任務(wù)，在這種情況下，會(huì)有幾千安培直流電流通過接地網(wǎng)泄入大地，且時(shí)間較長，因此，電解腐蝕是直流系統(tǒng)接地網(wǎng)的主要問題。

    接地網(wǎng)材料的腐蝕與孤立的土壤暴露腐蝕差異較大。由于接地網(wǎng)的土壤腐蝕問題有其特殊性，輸變電工程行業(yè)非常需要形成專門用于接地材料土壤腐蝕性能的可靠評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法和數(shù)據(jù)用于接地網(wǎng)設(shè)計(jì)。

    為了提高接地材料在土壤中的耐腐蝕性能，國內(nèi)開發(fā)了一些防腐導(dǎo)電涂料，但目前還沒有能夠通過電流沖擊試驗(yàn)的導(dǎo)電防腐涂料產(chǎn)品出現(xiàn)。采用碳（石墨）材、導(dǎo)電水泥等非金屬類的導(dǎo)電接地模塊等作為接地材料埋入土壤之中，可以實(shí)現(xiàn)部分替代銅材料，但從電力系統(tǒng)的固有屬性方面來看還是存在一些弊端，如跨步電壓較高、易水解、抗沖擊能力差等。

    （3）電接觸材料

    電接觸部件的腐蝕問題主要是指表面鍍膜在工作中出現(xiàn)的失效。為了降低開關(guān)、線夾等部件與其它導(dǎo)體之間的接觸電阻，經(jīng)常使用銀、錫、鉛及其合金等軟基良導(dǎo)體材料鍍膜，在開關(guān)過程中所產(chǎn)生的電弧會(huì)引起膜層的損傷。這些膜層除了有電遷移腐蝕之外，在含硫、酸雨等腐蝕性介質(zhì)的大氣中易出現(xiàn)快速硫化問題，使接觸電阻升高，導(dǎo)通性能下降。采用合金化或添加顆粒物增強(qiáng)等方法，是提高這類膜層性能的主要研究方向。

    3、絕緣部件的老化與防護(hù)

    輸變電工程中大量使用了由有機(jī)材料制造的合成絕緣子，其結(jié)構(gòu)一般由高分子聚合物、橡膠類材料的傘裙護(hù)套、玻璃鋼芯棒、金屬材料制作的端部連接金具三部分組成。傘裙護(hù)套材料中使用最多的是硅橡膠，近年來為了防止鳥啄損傷還開發(fā)了硬度較高的環(huán)氧類復(fù)合傘裙。

    硅橡膠材料具有良好的憎水性和憎水遷移性，與電瓷、玻璃絕緣子相比，復(fù)合絕緣子具有絕緣強(qiáng)度高、抗污（濕）閃性能好，重量輕，運(yùn)行安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。在大氣環(huán)境中，復(fù)合絕緣子受日光照射、溫度和濕度的循環(huán)作用、表面放電作用以及機(jī)械應(yīng)力作用等影響下，硅橡膠材料逐漸老化，出現(xiàn)傘裙變硬、龜裂、粉化、蝕損、憎水性下降等特征。我國的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，性能出現(xiàn)明顯衰退的時(shí)間大約在 15 年左右。室溫硫化硅橡膠防污閃涂料（RTV），是為了解決用于需要高強(qiáng)度耐張電磁（玻璃）絕緣子串憎水性能低，易發(fā)生污閃問題而開發(fā)的產(chǎn)品，現(xiàn)已被廣泛使用，在上世紀(jì) 90 年代后的一段時(shí)期中，為降低污閃事故發(fā)生概率發(fā)揮了顯著作用。但在使用中發(fā)現(xiàn)，在光照較強(qiáng)地區(qū)，這種涂料的憎水性能衰退周期很短，一般不超過 5 年時(shí)間就需要復(fù)涂。這些問題都屬于高分子材料的老化問題，需要重視。

    由于硅橡膠類絕緣材料存在的一些問題，目前正在開展其它類高分子絕緣材料使用的可能性試驗(yàn)研究，并在進(jìn)一步提高材料耐環(huán)境老化、獲得超憎水性等方面取得了一定的進(jìn)展。新型絕緣材料產(chǎn)品的開發(fā)周期都很長，這一問題的主要難點(diǎn)在于材料性能指標(biāo)非常復(fù)雜，例如在電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《絕緣子用常溫固化硅橡膠防污閃涂料》（DL/T627-2012）中的規(guī)定指標(biāo)多達(dá)22項(xiàng)， 這對于材料科技工作者來說，很難在新材料開發(fā)中全部顧及。因而，研究外絕緣材料的本征要求和關(guān)鍵影響因素，分辨其中的關(guān)鍵和獨(dú)立指標(biāo)；在提高耐環(huán)境老化、機(jī)械性能的同時(shí)，必須保證電氣絕緣性能的諸多要求，是目前研究中的一個(gè)難點(diǎn)。

    此外，開發(fā)新的有效、快速的環(huán)境老化評(píng)價(jià)方法也是加快新型絕緣材料開發(fā)的一個(gè)重要方面。這是因?yàn)樵陔娋W(wǎng)工程中，評(píng)價(jià)絕緣材料的耐老化性能時(shí)，一般是參照 IEC 62217 2005/FDIS 標(biāo)準(zhǔn)推薦的加速老化試驗(yàn)方法，在試驗(yàn)過程中同時(shí)加入電壓、濕熱、紫外、鹽霧、振動(dòng)疲勞等多個(gè)老化因素，連續(xù)試驗(yàn) 5000h后考察材料性能的變化。這種試驗(yàn)耗時(shí)過長，工程實(shí)用性不強(qiáng)，使一種新型絕緣材料的開發(fā)周期變得過分漫長。

    未來電網(wǎng)設(shè)備防腐技術(shù)的發(fā)展關(guān)鍵在于創(chuàng)新

    李教授表示，近年來，國家電網(wǎng)公司加強(qiáng)基建設(shè)計(jì)和運(yùn)維技術(shù)管理方面，積極推進(jìn)“兩型一化”變電站和“兩型三新”線路建設(shè)，積極應(yīng)用新技術(shù)、新材料，減少工程建設(shè)對自然環(huán)境的影響，并積極推行項(xiàng)目建設(shè)、運(yùn)行、報(bào)廢的全壽命周期管理，其核心內(nèi)容之一是實(shí)現(xiàn)全壽命周期成本（LCC）的最小化。腐蝕防護(hù)技術(shù)是這些要求的重要組成部分之一。采用新型防腐材料和防腐技術(shù)，大幅度提高電網(wǎng)部件材料的防腐性能，延長使用壽命或維護(hù)周期，以合理成本實(shí)現(xiàn)輸變電鋼構(gòu)件全壽命周期免防腐維護(hù)，是當(dāng)前防腐技術(shù)開發(fā)的熱點(diǎn)問題之一，也是建設(shè)“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”的重要需求。從電網(wǎng)工程運(yùn)行狀態(tài)所反映出的實(shí)際腐蝕問題來看，做好電網(wǎng)設(shè)備腐蝕防護(hù)的關(guān)鍵，是掌握電網(wǎng)構(gòu)件的服役特征，重點(diǎn)解決評(píng)價(jià)（環(huán)境、材料）、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、關(guān)鍵部件的防腐技術(shù)，做出針對具體工程的有效防腐設(shè)計(jì)。在解決上述要求的技術(shù)之后，再給出相對完整和專業(yè)的工業(yè)防腐技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，是實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用的基礎(chǔ)。

    后記：

    電網(wǎng)已經(jīng)為人類供應(yīng)了大約四分之一的終端能源，成為現(xiàn)代能源體系的重要組成部分，電力在終端能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比例已經(jīng)成為一個(gè)國家發(fā)達(dá)程度的標(biāo)志之一。做好電力工業(yè)的腐蝕與防護(hù)是推動(dòng)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的保障！

    人物簡介

    李辛庚，材料學(xué)博士，教授／高工，國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院首席專家，“電網(wǎng)材料腐蝕與防護(hù)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室”技術(shù)負(fù)責(zé)人和國網(wǎng)公司電網(wǎng)金屬材料腐蝕與防護(hù)科技公關(guān)團(tuán)隊(duì)帶頭人。山東大學(xué)合作博士生導(dǎo)師，享受國務(wù)院特殊津貼專家，中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員，中國腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)企業(yè)分會(huì)副主任委員，高溫腐蝕專委會(huì)委員。多次榮獲省部級(jí)的科技獎(jiǎng)勵(lì)，并榮膺“山東省首批有突出貢獻(xiàn)的中青年專家”。發(fā)表論文 40 余篇，獲國家發(fā)明專利授權(quán) 17 項(xiàng)。