陳新 國(guó)家電網(wǎng)公司全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院電工新材料研究所所長(zhǎng)

    腐蝕是世界各國(guó)及各行業(yè)面臨的共同問(wèn)題，電網(wǎng)設(shè)備的腐蝕問(wèn)題是影響其使用壽命和導(dǎo)致設(shè)備及結(jié)構(gòu)失效的重要原因之一。據(jù)國(guó)家科技部和中國(guó)工程院最新全國(guó)腐蝕調(diào)查統(tǒng)計(jì)，中國(guó)年腐蝕總成本超過(guò) 2 萬(wàn)億人民幣，約占當(dāng)年國(guó)民生產(chǎn)總值的 3.34%，其中電網(wǎng)因腐蝕造成的設(shè)備折舊、維護(hù)等費(fèi)用每年近 800 億，腐蝕造成的電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)損失十分巨大。

    電網(wǎng)工程覆蓋區(qū)域廣闊，所處的自然環(huán)境復(fù)雜多樣，既有高溫高濕的沿海地區(qū)，腐蝕性極強(qiáng)的酸性土壤、鹽漬土等惡劣腐蝕環(huán)境，又面臨部分工業(yè)快速發(fā)展地區(qū)所帶來(lái)的重工業(yè)大氣污染環(huán)境，并伴隨復(fù)雜的電磁場(chǎng)環(huán)境。目前，電網(wǎng)公司不斷推動(dòng)全球能源互聯(lián)網(wǎng)、“一極一道”戰(zhàn)略及新型儲(chǔ)能等多能綜合利用技術(shù)，電網(wǎng)工程面臨的腐蝕環(huán)境也日趨苛刻，如海底電纜及海島線路的海洋環(huán)境，太陽(yáng)能、儲(chǔ)熱等局部特殊環(huán)境、“一極一道”發(fā)展面臨的極寒極熱等極端環(huán)境，并且電網(wǎng)設(shè)備所處自然環(huán)境腐蝕規(guī)律與特征具有明顯的地域差異，不同大氣、土壤等自然環(huán)境類型導(dǎo)致電網(wǎng)戶外設(shè)備的材料腐蝕及使用壽命差別很大。這些復(fù)雜多樣的自然環(huán)境都給電網(wǎng)設(shè)備的腐蝕防護(hù)帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)，電網(wǎng)工程建設(shè)中根據(jù)腐蝕環(huán)境進(jìn)行合理的選材和有針對(duì)性的防腐設(shè)計(jì)變得十分困難。

    近年來(lái)，由環(huán)境腐蝕引起的電網(wǎng)設(shè)備材料失效事故頻率逐年上升，一些地區(qū)電網(wǎng)設(shè)備部件，如導(dǎo)線、地線和接地材料，在長(zhǎng)期運(yùn)行下腐蝕問(wèn)題嚴(yán)重，設(shè)備壽命不能滿足設(shè)計(jì)要求。電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行隱患增大，增加了電網(wǎng)的運(yùn)行維護(hù)成本。

    電網(wǎng)輸變電線路及變電站等電網(wǎng)工程不但面臨復(fù)雜多樣的腐蝕環(huán)境，所使用的設(shè)備及材料種類、牌號(hào)也十分多樣。其中輸電線路包括：桿塔、導(dǎo)線、地線、連接件、緊固件、金具、接地極、絕緣子、桿塔基礎(chǔ)等多個(gè)部分，使用材料包括：碳鋼、耐候鋼、不銹鋼、鋁及鋁合金、銅及銅合金、鍍鋅鋼、合金鍍層鋼、鋁包鋼、銅包鋼、涂料、橡膠、環(huán)氧樹脂、硅橡膠、復(fù)合材料，混凝土等等。變電設(shè)備則更為復(fù)雜，包括：變壓器、開關(guān)、鏈接線、接線板、箱體、接地網(wǎng)、支撐等多個(gè)部分，使用材料包括：碳鋼、鋁及鋁合金、銅及銅合金、不銹鋼、鋁鍍銀、銅鍍銀、鍍錫材料、電 / 熱鍍鋅材料、涂料、鋼筋混凝土等等。僅以鋁合金為例，變電站使用鋁合金材料包括2系、5系、6系、7 系鋁合金等多種牌號(hào)。電網(wǎng)輸電線路和變電站設(shè)備及材料種類繁多，同樣造成了電網(wǎng)工程材料腐蝕行為多樣和使用壽命的差異。不同種類的電網(wǎng)設(shè)備和材料面臨不同程度和種類的腐蝕問(wèn)題，如圖 1、圖 2 所示。在滿足輸變電工程對(duì)材料電學(xué)、力學(xué)等條件的要求下，電網(wǎng)工程對(duì)材料的選擇和腐蝕防護(hù)提出了更為復(fù)雜多樣的要求。

圖1 輸電線路中的腐蝕

圖2 變電站中的腐蝕

    近期，國(guó)家電網(wǎng)公司開展的電網(wǎng)腐蝕調(diào)研工作結(jié)果顯示，電網(wǎng)腐蝕種類十分多樣，幾乎涉及到腐蝕種類的各個(gè)方面。就電網(wǎng)工程大氣環(huán)境下的腐蝕而言，腐蝕種類包括：涂層老化、應(yīng)力腐蝕、縫隙腐蝕、剝層腐蝕、點(diǎn)蝕、電燒蝕等等，電網(wǎng)大氣環(huán)境下不同腐蝕種類占比如圖 3 所示。

圖3 電網(wǎng)工程大氣環(huán)境腐蝕種類及占比

    電網(wǎng)腐蝕種類不但多樣，由于其所處環(huán)境常常伴有高壓電磁環(huán)境特征，一些腐蝕行為具有明顯的電網(wǎng)特征，如電網(wǎng)高壓直流輸電工程接地極面臨的直流電解腐蝕，部分設(shè)備面臨強(qiáng)電磁場(chǎng)和自然環(huán)境等多因素耦合作用下的腐蝕問(wèn)題，進(jìn)一步加大了電網(wǎng)腐蝕防護(hù)工作的難度。

    為保障電網(wǎng)運(yùn)行安全，提高電網(wǎng)設(shè)備使用壽命，提升電網(wǎng)應(yīng)對(duì)不同自然環(huán)境的能力，電網(wǎng)公司一直在積極努力地開展電網(wǎng)工程腐蝕防護(hù)研究工作。在輸變電防腐新材料及新技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用、輸變電材料腐蝕評(píng)價(jià)及監(jiān)測(cè)技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用、輸變電工程腐蝕數(shù)據(jù)庫(kù)及腐蝕地圖建設(shè)、輸變電材料腐蝕標(biāo)準(zhǔn)體系及輸變電設(shè)備防腐設(shè)計(jì)體系建設(shè)等多個(gè)方面開展了長(zhǎng)期的工作。

    輸變電防腐新材料及新技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用方面，以接地材料及輸電鐵塔防腐方面為例，針對(duì)接地材料防腐問(wèn)題，先后開發(fā)了銅覆鋼接地材料、新型合金鍍層、鐵氧體涂層、石墨接地極、導(dǎo)電混凝土等新材料，在部分地區(qū)試點(diǎn)開展了外加電流陰極保護(hù)技術(shù)在接地系統(tǒng)防護(hù)方面的應(yīng)用。針對(duì)輸電鐵塔防腐問(wèn)題，先后開發(fā)了新型合金鍍層防腐材料，如鋅鋁鎂稀土合金鍍層等、多種高性能防腐涂料、高性能腐蝕防護(hù)油脂、輸電鐵塔用耐候鋼、新型塔角及緊固件包覆技術(shù)等新材料及新技術(shù)，部分地區(qū)已開展了輸電鐵塔用耐候鋼的工程應(yīng)用工作。

    輸變電材料腐蝕評(píng)價(jià)及監(jiān)測(cè)技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用方面，先后研究建立了針對(duì)不同大氣、土壤環(huán)境腐蝕等級(jí)的常用輸變電材料腐蝕防護(hù)評(píng)價(jià)技術(shù)；電網(wǎng)腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)方面以土壤腐蝕監(jiān)測(cè)為例，研發(fā)了基于電化學(xué)原理的接地網(wǎng)在線腐蝕監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守下的腐蝕參數(shù)定時(shí)測(cè)量、數(shù)據(jù)上傳服務(wù)器和數(shù)據(jù)分析匯總，以及不開挖條件下直接測(cè)量接地網(wǎng)腐蝕速率裝置等多種接地網(wǎng)腐蝕監(jiān)測(cè)和檢測(cè)設(shè)備；開發(fā)出了多種輸變電設(shè)備腐蝕測(cè)量系統(tǒng)、分析系統(tǒng)以及輸變電材料腐蝕壽命預(yù)測(cè)系統(tǒng)等電網(wǎng)腐蝕防護(hù)相關(guān)軟件，為電網(wǎng)工程設(shè)備和材料的腐蝕防護(hù)提供軟件方面的支持。

    輸變電工程腐蝕數(shù)據(jù)庫(kù)及腐蝕地圖建設(shè)方面，電網(wǎng)系統(tǒng)開展了大量的腐蝕數(shù)據(jù)和腐蝕環(huán)境數(shù)據(jù)的收集工作，建立了針對(duì)輸變電金屬及其防護(hù)材料的大氣及土壤環(huán)境腐蝕的數(shù)據(jù)庫(kù)，電網(wǎng)大氣 / 土壤環(huán)境腐蝕地圖及電網(wǎng)工程材料腐蝕壽命預(yù)測(cè)體系，可實(shí)現(xiàn)輸變電金屬及其防護(hù)材料在不同大氣及土壤環(huán)境下腐蝕數(shù)據(jù)、材料性能數(shù)據(jù)、典型地區(qū)腐蝕環(huán)境數(shù)據(jù)的查詢，并可進(jìn)行相關(guān)輸變電工程材料耐腐蝕壽命的預(yù)測(cè)及分析。電網(wǎng)也正在逐步建立并完善電網(wǎng)工程環(huán)境腐蝕地圖，指導(dǎo)電網(wǎng)工程的腐蝕防護(hù)工作。

    輸變電材料腐蝕標(biāo)準(zhǔn)體系及輸變電設(shè)備防腐設(shè)計(jì)體系建設(shè)方面，針對(duì)電網(wǎng)工程設(shè)備及材料腐蝕問(wèn)題，分別建立了 DL/T 1424-2015 電網(wǎng)金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程、DL/T 1425-2015 變電站金屬材料腐蝕防護(hù)技術(shù)導(dǎo)則、DL/T 1453-2015 輸電線路鐵塔防腐蝕保護(hù)涂裝等多個(gè)電網(wǎng)腐蝕防腐方面的標(biāo)準(zhǔn)，并在逐步建設(shè)和完善輸變電設(shè)備及材料腐蝕防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)體系；逐步開展了輸變電線路及變電站防腐設(shè)計(jì)規(guī)范建設(shè)工作，對(duì)變電站建設(shè)中腐蝕評(píng)估、涂層體系選擇、表面除銹、涂裝工藝及要求、質(zhì)量驗(yàn)收等多方面提出了要求。

    目前電網(wǎng)腐蝕防護(hù)工作方面還存在著許多的不足，應(yīng)加強(qiáng)以下幾方面的工作：第一、加強(qiáng)輸變電工程材料腐蝕基礎(chǔ)理論研究，如電磁場(chǎng)環(huán)境和大氣環(huán)境耦合作用下的輸變電工程金屬及其防護(hù)材料腐蝕行為及機(jī)理研究；交流 / 直流雜散電流與土壤環(huán)境耦合作用下的接地材料腐蝕行為及機(jī)理研究等等；第二、輸變電工程新型耐蝕材料及腐蝕防護(hù)體系的研發(fā)及應(yīng)用；第三、輸變電工程設(shè)備及材料高效準(zhǔn)確的腐蝕模擬、評(píng)價(jià)、監(jiān)測(cè)技術(shù)及裝備的開發(fā)及應(yīng)用；第四、輸變電材料腐蝕數(shù)據(jù)分析及智能學(xué)習(xí)技術(shù)的研究；第五、進(jìn)一步建立和完善輸變電材料設(shè)計(jì)與腐蝕防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)體系。

    隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，輸變電工程必將面臨更加復(fù)雜的環(huán)境腐蝕問(wèn)題，電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行也必將面臨更大的挑戰(zhàn)，電網(wǎng)腐蝕防護(hù)工作任重而道遠(yuǎn)。努力提升電網(wǎng)應(yīng)對(duì)自然環(huán)境的能力，提高電網(wǎng)腐蝕防護(hù)的整體水平，建立面向新一代電力系統(tǒng)的電網(wǎng)腐蝕防護(hù)體系工作，不僅是為了滿足電網(wǎng)行業(yè)高性能、長(zhǎng)壽命、低風(fēng)險(xiǎn)、智能化運(yùn)行發(fā)展的需求，更是服務(wù)“一帶一路”、全球能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)等國(guó)家戰(zhàn)略的需要。

    ●  人物簡(jiǎn)介

    陳新，男，漢族，1973 年 6 月生，2001 年畢業(yè)于東南大學(xué)，獲博士學(xué)位，正高級(jí)職稱。目前擔(dān)任國(guó)家電網(wǎng)公司全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院電工新材料研究所所長(zhǎng)一職，國(guó)家電網(wǎng)公司專業(yè)領(lǐng)軍人才，國(guó)家電網(wǎng)公司工程技術(shù)專家，中國(guó)腐蝕防護(hù)學(xué)會(huì)電網(wǎng)腐蝕防護(hù)與安全專業(yè)委員會(huì)主任委員，中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)材料學(xué)科專家組成員。

    陳新多年從事電網(wǎng)輸變電工程新材料研發(fā)及應(yīng)用技術(shù)研究，近年來(lái)主要在輸變電設(shè)備防護(hù)材料、固體絕緣材料、及輸電線路復(fù)合材料桿塔及導(dǎo)線等方面展開研究工作。作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人及主要參與人承擔(dān)國(guó)家、北京市及國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目 30 余項(xiàng)，發(fā)表論文 30 余篇，2015 年主持編寫專著《電氣工程接地材料》并公開出版，獲得授權(quán)發(fā)明專利及實(shí)用新型專利 20 余項(xiàng)，主持及參與編制行業(yè)及國(guó)網(wǎng)公司級(jí)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 30 余項(xiàng)。獲得省部級(jí)、國(guó)網(wǎng)公司級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng) 20 余項(xiàng)。他作為國(guó)家電網(wǎng)公司材料領(lǐng)域的權(quán)威技術(shù)專家，先后擔(dān)任 2009 年國(guó)家電網(wǎng)公司“十二五”科技發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃報(bào)告 - 新材料及應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域編寫組組長(zhǎng)，國(guó)家電網(wǎng)公司“十三五”科技規(guī)劃新材料技術(shù)領(lǐng)域編寫組組長(zhǎng)，2012 年國(guó)家能源局組織的國(guó)家能源材料發(fā)展指南 - 電網(wǎng)材料應(yīng)用領(lǐng)域編寫組組長(zhǎng)。獲國(guó)家電網(wǎng)公司工程技術(shù)專家稱號(hào)、國(guó)家電網(wǎng)公司專業(yè)領(lǐng)軍人才稱號(hào)，2014年度國(guó)家電網(wǎng)公司優(yōu)秀科技專家榮譽(yù)，中國(guó)電監(jiān)會(huì)全國(guó)電力安全專家委員會(huì)成員。