張俊喜 上海電力學院教授，博士生導師

    為了讓強化電網(wǎng)腐蝕相關科普知識，加強人們的防護意識，讓國家電網(wǎng)長久地良性運行，記者特采訪了上海電力學院張俊喜教授。

    張俊喜，上海電力學院教授，博士生導師。中國腐蝕與防護學會理事，中國儀表功能材料學會理事，中國腐蝕與防護學會腐蝕電化學專業(yè)委員會委員，中國腐蝕與防護學會水環(huán)境專業(yè)委員會委員，上海市新材料協(xié)會理事，國家科技進步獎評審專家，華東電力理化考核委員會委員，上海電力學院教授咨詢委員會主任，主要是從事電網(wǎng)金屬部件的腐蝕機理和防護技術的研究工作。

    隨著中國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，電力需求與日俱增。輸電容量和輸電線路長度不斷增加、電網(wǎng)技術的不斷進步使得更高電壓等級的電網(wǎng)在持續(xù)拓展。電網(wǎng)的快速發(fā)展帶動用鋼量大幅增加，同時也帶動了相關材料技術的發(fā)展。輸電線路長期于野外運行，受風吹日曬、雨水侵蝕等各種惡劣環(huán)境的影響，線路中各種金屬部件嚴重腐蝕，對輸電線路的安全運行形成重大隱患，實施輸電線路金屬部件腐蝕控制不容忽視！為了讓強化電網(wǎng)腐蝕相關科普知識，加強人們的防護意識，讓國家電網(wǎng)長久地良性運行，記者特采訪了上海電力學院張俊喜教授。

    張俊喜，上海電力學院教授，博士生導師。中國腐蝕與防護學會理事，中國儀表功能材料學會理事，中國腐蝕與防護學會腐蝕電化學專業(yè)委員會委員，中國腐蝕與防護學會水環(huán)境專業(yè)委員會委員，上海市新材料協(xié)會理事，國家科技進步獎評審專家，華東電力理化考核委員會委員，上海電力學院教授咨詢委員會主任，主要是從事電網(wǎng)金屬部件的腐蝕機理和防護技術的研究工作。

    教學科研兩不誤 秉以真知報祖國

    回顧近三十年在電力腐蝕領域從業(yè)生涯，張教授表示，他真正開始研究工作還是從讀研究生開始的，在讀研期間，師從曹楚南院士，從事金屬腐蝕電化學的學習和研究。當時主要開展的是不銹鋼表面的載波鈍化著色機理研究，即是把曹先生提出的載波鈍化理論應用于不銹鋼的表面著色處理中。即是把腐蝕電化學與金屬表面處理兩個方向結合起來。隨著對兩個領域的認識、研究和應用的加深，很快對金屬腐蝕與防護和表面處理產(chǎn)生了濃厚的興趣。

    張教授回憶說，自博士畢業(yè)之后他一直在上海電力學院從事教學科研工作。自進入上海電力學院工作以后，他就希望在從事教學的同時，能將腐蝕電化學與電力腐蝕防護相結合，為國家電力的安全生產(chǎn)運行提供理論和技術上的支持，為電力工業(yè)的發(fā)展盡一份力。

    自 2000 年開始，他一直關注電力發(fā)電和供電設備的金屬腐蝕與防護，積極了解發(fā)電和供電生產(chǎn)環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的腐蝕失效問題，并逐漸凝練為科學問題，開展相關的科學研究。直至目前重點關注輸電網(wǎng)設備的腐蝕與防護研究，積極與各地的電力公司開展交流和合作。近年來，先后與山西電力、福建電力、廣東電力、海南電力等開展了相關的項目研究和失效分析。圍繞電網(wǎng)輸電設備中輸電桿塔、變電站設備中開關、刀閘等金屬部件的腐蝕失效開展了相關的機理研究和防護技術研究。

    回憶中，張教授表示印象較為深刻的是 2004 年，當時考慮到新型鋰離子電池在電力工業(yè)中的應用，當時在周國定教授的領導下，他們的科研團隊與中國航天科工集團 3401 廠合作，開展磷酸鐵鋰材料的制備合成研究。在研究中，逐漸認識到鋰離子電池在電力儲能中會得到應用，儲能是實現(xiàn)大規(guī)模新能源并網(wǎng)及微電網(wǎng)的支撐技術，是分布式能源系統(tǒng)的關鍵技術之一，是智能電網(wǎng)建設的重要組成部分。于是在開展電網(wǎng)設備腐蝕與防護的同時，逐漸開展了電力儲能電池材料的研究。2009 年這個項目得到了上海市科委的支持，建設了電力儲能材料研究開發(fā)平臺。并不斷引進了許多青年教師，從此，這一研究方向就逐漸發(fā)展起來了。張教授說發(fā)展到這個階段，他覺得在學科發(fā)展中以金屬腐蝕與防護為基礎和支撐點，逐漸拓展到儲能電池材料的研究，所依托的理論基礎還是以電化學為主，而能把這兩個方向包含在一起的學科就稱之為材料電化學。

    談及這一路的歷程，張教授感慨道，一個人要做成一件事，首先需要有目標規(guī)劃，要心系國家和社會，然后盡力而為之。就腐蝕與防護研究而言，腐蝕與防護是為某一領域的生產(chǎn)服務的，也許處于不太顯眼的位置，但腐蝕與防護工作者就相當于工業(yè)界的醫(yī)生，一直護衛(wèi)著生產(chǎn)設備的健康運行，在國家建設中發(fā)揮著不可估量的作用。

    電力工業(yè)要發(fā)展 設備腐蝕須控制

    談及目前電力工業(yè)的發(fā)展狀況，張教授介紹，電力工業(yè)生產(chǎn)從整體來講，包括采、發(fā)、輸、配、用五大環(huán)節(jié)，是一個龐大的工業(yè)王國。2002 年國家電力體制改革，把原來的國家電力公司分為兩大電網(wǎng)公司（國家電網(wǎng)公司、中國南方電網(wǎng)有限責任公司）、五大發(fā)電集團（中國華能集團公司、中國大唐集團公司、中國華電集團公司、中國國電集團公司、中國電力投資集團公司），另外還有稱之為 “四小豪門” 的發(fā)電集團 （國投電力、 國華電力、 華潤電力、 中廣核） 。至此以后，實際上主要把國家電力公司分成發(fā)電和供電兩大塊。

    在電力工業(yè)的腐蝕控制方面，張教授說，在原來電力部（或國家電力公司）在各網(wǎng)局和各省電力公司都設置有電力試驗研究院（現(xiàn)在均改為電力科學研究院）。研究院中的化學所和金屬所兩個部門中總有一部分人員從事材料的腐蝕與防護研究。但這些人員所關注的主要是發(fā)電設備的腐蝕與防護。對高校來講，上海電力學院在 1995 年申請到國家電力公司（原電力部）的熱力設備腐蝕與防護重點實驗室建設項目，1996 年立項建設，1999 年通過驗收。當時，實驗室的研究也重點關注的是電廠發(fā)電設備的腐蝕與防護。由于電廠熱力設備在運行中有許多金屬部件涉及到腐蝕問題和防護技術，而且對電力發(fā)電的安全運行有很大的影響，因而，一直受到電力行業(yè)的重視。

    而關于電網(wǎng)金屬設備的腐蝕與防護則一直較少報道，這并非在輸電網(wǎng)設備中金屬部件不存在腐蝕失效問題。而是因為在電力輸電網(wǎng)運行中已建立了一個非常健全的巡檢制度，在巡檢中會及時發(fā)現(xiàn)設備中由于腐蝕或者其他原因造成隱患的部件，并及時維修或替換。

    從國家電網(wǎng)的立項情況來看，也就是近五年內(nèi)才開始逐漸受到關注且發(fā)展很快，目前已迅速在國網(wǎng)和南網(wǎng)許多電力公司開展了大量的研究與試驗工作。這主要是一方面輸電網(wǎng)相關部門進一步加強了電力運行安全和資產(chǎn)全壽命周期管理，也意識到設備的金屬部件的腐蝕是一個重要的影響因素；另一方面，也是由于目前社會經(jīng)濟的發(fā)展，整個電網(wǎng)已經(jīng)延伸到許多諸如沿海或者重工業(yè)區(qū)等大氣質(zhì)量較差的地區(qū)，直接影響到設備的腐蝕防護等級。因此結合服役環(huán)境加強金屬部件的腐蝕防護非常重要，應加強針對輸電網(wǎng)服役環(huán)境下的腐蝕機理與防護技術的研究及輸電網(wǎng)在不同服役環(huán)境中腐蝕預測研究，為輸電網(wǎng)的安全、健康運行提供保障。

    到目前為止，在電力工業(yè)領域的腐蝕控制方面形成發(fā)電設備、輸電網(wǎng)設備金屬部件兩大部分的防腐研究。發(fā)電設備的腐蝕與防護主要涉及水環(huán)境腐蝕和高溫腐蝕；輸電網(wǎng)設備的腐蝕與防護則以大氣腐蝕、應力腐蝕和土壤腐蝕為主。總體來說，我們的電網(wǎng)安全還是低水平的安全，電網(wǎng)運行過程中仍然存在多方面的問題，安全形勢依然嚴峻。其中設備的安全性問題較為普遍，老舊設備存在諸多隱患，設備維護和改造不及時，缺陷得不到及時治理。如據(jù) 2004-2009年國家電網(wǎng)統(tǒng)計，由于設備故障而引起，約占全部電網(wǎng)事故的 44%。通過運維檢修發(fā)現(xiàn)，輸電線路中許多金屬部件失效的主要原因就是由于腐蝕造成的，大量的設備則由于腐蝕破壞而報廢更換。這些設備中金屬部件的失效不但會造成相當大的經(jīng)濟損失，而且會對電網(wǎng)的安全運行產(chǎn)生嚴重的隱患，直接影響到電網(wǎng)輸電系統(tǒng)的可靠性和用電網(wǎng)絡的安全保障。因此，采取有力的防護措施，打造高效、可靠電網(wǎng)迫在眉睫！

    三縱三橫一環(huán)網(wǎng) 科技創(chuàng)新迎挑戰(zhàn)

    張教授介紹，我國的能源資源分布呈現(xiàn)差異化特點。2/3 的煤炭資源、風能、太陽能資源分布在北部和西北部，4/5 的水能資源分布在西南部。而2/3以上的能源需求集中在東中部。清潔能源的快速發(fā)展，給電網(wǎng)帶來了新挑戰(zhàn)。

    為了應對清潔能源和可再生能源發(fā)展對電網(wǎng)提出的新要求，根據(jù)國家電網(wǎng)公司規(guī)劃，到 2015 年建成華北、華東、華中特高壓電網(wǎng)，形成“三縱三橫一環(huán)網(wǎng)”的特高壓交流通道，將“三西”煤電基地、內(nèi)蒙古和河北風電基地、西南水電基地的電力送往京津冀魯、華東、華中負荷中心。

    到 2020 年建成以“三華”特高壓同步電網(wǎng)為中心，東北特高壓電網(wǎng)、西北 750 千伏電網(wǎng)為送端，聯(lián)結各大煤電基地、大水電基地、大核電基地、大可再生能源基地，各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強智能電網(wǎng)，線路長度 4.45 萬公里。

    目前，全國 110kV 及以上輸電線路長度約為 50 萬公里，其中 500kV 線路長度達 5 萬公里、330kV 線路長度達 l.2萬公里、220kV 線路長度達 17 萬公里，110kV 線路長度達 26 萬公里，±500kV 直流線路5條、 長度達0.5萬公里。 2015年，330kV及以上線路長度已達12.05萬公里，線路長度處于世界領先地位。

    在電力工業(yè)不斷發(fā)展過程中，一些關系到電力設備安全的新材料、新技術的突破對保障電力安全運行將起到關鍵作用。首先是針對重工業(yè)腐蝕環(huán)境，研究電網(wǎng)構件材料的腐蝕分級原則，建立基于設備腐蝕特征參數(shù)的腐蝕安全評估體系；其次研制大氣腐蝕狀態(tài)監(jiān)測儀器，開發(fā)新型防腐材料實驗室快速檢測、評價與壽命預測技術；再就是開發(fā)金具、螺栓專用防腐涂層，開發(fā)酸性土壤接地網(wǎng)防腐新技術、應用高耐蝕材料、高強度材料、抗雷電材料、自修復材料等新興材料。最后掌握典型地域環(huán)境腐蝕的特征數(shù)據(jù)與特性規(guī)律，實現(xiàn)構件材料從設計到運行的可靠性壽命預測管理。

    這些方面的研究剛剛起步，需要科研工作者進行深入廣泛地研究，為今后進行大規(guī)模的應用打下堅實的基礎！

    他山之石可攻玉 多管齊下保安全

    談及我國電網(wǎng)的腐蝕控制技術與國外的差距及未來趨勢，張教授表示，在國外，輸電線路中的金屬部件的腐蝕早已受到各國電力部門的重視。在美國電力科學研究院（EPRI）和加拿大電力技術研究機構等把輸電網(wǎng)的腐蝕評估控制與防護等腐蝕管理問題已列為輸電網(wǎng)管理的重要課題研究，尤其是美國和加拿大經(jīng)歷了大停電事故的遭遇后，更加重視電網(wǎng)設施的安全。其中，金屬部件的腐蝕與防護技術研究和應用已經(jīng)進入規(guī)范性管理階段。同時，由于電網(wǎng)中金屬部件的金屬材料不同、表面處理技術各異，相關研究部門就相應的材料和表面處理技術的研究已經(jīng)做了大量的研究，并形成了大量規(guī)范化的標準，如美國的ASTM 標準中包含了大量的金屬材料的性能檢測標準以及熱鍍鋅鍍層的檢測標準，為電網(wǎng)設備和金屬部件的合理設計以及腐蝕防護提供了技術支持。

    在我國，關于輸電網(wǎng)設備的腐蝕與防護的研究也有較多的報道。其中包括國家電網(wǎng)電力科學研究院、安徽電力科學研究院以及相關的電力設備和材料供應方等。所研究的對象主要包括輸電桿塔的腐蝕失效分析、接地網(wǎng)的腐蝕、地線的腐蝕等。但這些報道主要是針對某一線路在運行中發(fā)生失效破壞后的事故分析。在已有的研究報道中，主要從材料的力學強度和結構設計入手，考察金屬部件由于腐蝕造成的材料力學性能的降低情況。卻較少從腐蝕角度，針對金屬部件的服役環(huán)境與金屬腐蝕之間的作用關系方面展開研究。長期以來，電力部門對電力輸電網(wǎng)的腐蝕與防護工作重視不夠，把相關的工作轉(zhuǎn)移至金屬部件的生產(chǎn)供應商。而供應商則是根據(jù)材料通用的標準和規(guī)范進行生產(chǎn)，這樣在供應商和電力用戶之間形成了一個“真空地帶”，這個“真空地帶”就是電力輸電網(wǎng)中這些材料服役環(huán)境的特殊性。在近幾年，電網(wǎng)相關部門加強了輸電網(wǎng)金屬部件腐蝕的研究和應用力度，逐漸開展了一系列的科研工作， 使得這一 “真空地帶” 存在的問題逐漸得到重視和緩解。

    張教授表示，針對電網(wǎng)運行環(huán)境的復雜性，在后續(xù)電網(wǎng)設備金屬部件的腐蝕與防護研究和開發(fā)中，從科研和應用方面來看，一方面需要繼續(xù)系統(tǒng)地研究復雜環(huán)境下金屬部件的腐蝕規(guī)律，為其防護提供理論支持；另一方面，需建立系統(tǒng)的腐蝕監(jiān)測體系，積累完善的腐蝕數(shù)據(jù)庫，為電網(wǎng)設備的建設與維護提供數(shù)據(jù)支持。同時，還須不斷引入腐蝕防護的新成果，提高電網(wǎng)設備腐蝕防護的效果。

    從管理方面來看，電力系統(tǒng)無論發(fā)電還是供電，技術開發(fā)和應用的目的就是確保安全，任何新技術的應用都必須是高可靠性的。這一特征有時也會產(chǎn)生負面效應，會拉長了新技術的應用時間。因此，需要進一步在技術管理機制上進一步創(chuàng)新，制定有利于新技術應用的制度和措施，推動腐蝕防護新技術在電網(wǎng)設備上的廣泛應用。

    后記：

    對于國家電網(wǎng)設備的防腐防護，大家不僅在于防腐方案設計和防腐系統(tǒng)選擇上，更要在技術創(chuàng)新、防腐施工、質(zhì)量控制方面下大力氣。打一場有準備攻堅戰(zhàn)，以促進國家電網(wǎng)的長久、安全、良性運行盡一份力！

    人物簡介

    張俊喜，上海電力學院教授，博士生導師。中國腐蝕與防護學會理事，中國儀表功能材料學會理事，中國腐蝕與防護學會腐蝕電化學專業(yè)委員會委員，中國腐蝕與防護學會水環(huán)境專業(yè)委員會委員，上海市新材料協(xié)會理事，國家科技進步獎評審專家，華東電力理化考核委員會委員，上海電力學院教授咨詢委員會主任，主要是從事電網(wǎng)金屬部件的腐蝕機理和防護技術的研究工作。

    1991 年 7 月畢業(yè)于太原理工大學獲學士學位；1997 年 4 月畢業(yè)于浙江大學化學系物理化學專業(yè)獲碩士學位，同年免試繼續(xù)攻讀博士學位，師從曹楚南院士，2000 年 7 月畢業(yè)于浙江大學化學系物理化學專業(yè)獲博士學位；2000 年博士畢業(yè)后在上海電力學院從事教學科研工作。

    作為負責人承擔和完成了國家自然科學基金、教育部科學技術研究重點項目和中國航天科工集團支撐技術基金項目、美國通用電氣公司研發(fā)項目、上海市教委發(fā)展基金、上海市科學技術委員會基礎重點項目等課題。在國內(nèi)外本領域重要專業(yè)期刊 Corrosion Science，Journal of Materials Chemistry A，Electrochimica Acta，Journal of Power Sources，MaterialsChemistry & Physics，Materials Performance，化學學報，金屬學報，材料研究學報，化學通報等發(fā)表研究論文 80 余篇，被 SCI、EI 收錄 40 余篇。申請發(fā)明專利 21 項 , 翻譯了《硅及其氧化物的電化學》，已由化學工業(yè)出版社出版。