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电网设备腐蚀了怎么办?我们有计可施

2018-04-20 10:53:20
作者:陈新
来源:全球能源互联网研究院有限公司

近年来,由环境腐蚀引起的电网设备材料失效事故频率逐年上升,在长期运行下腐蚀问题严重,设备寿命不能满足设计要求。电网安全稳定运行隐患增大,增加了电网的运行维护成本。

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 陈新 国家电网公司全球能源互联网研究院电工新材料研究所所长

 

    腐蚀是世界各国及各行业面临的共同问题,电网设备的腐蚀问题是影响其使用寿命和导致设备及结构失效的重要原因之一。据国家科技部和中国工程院最新全国腐蚀调查统计,中国年腐蚀总成本超过 2 万亿人民币,约占当年国民生产总值的 3.34%,其中电网因腐蚀造成的设备折旧、维护等费用每年近 800 亿,腐蚀造成的电网经济损失十分巨大。


    电网工程覆盖区域广阔,所处的自然环境复杂多样,既有高温高湿的沿海地区,腐蚀性极强的酸性土壤、盐渍土等恶劣腐蚀环境,又面临部分工业快速发展地区所带来的重工业大气污染环境,并伴随复杂的电磁场环境。目前,电网公司不断推动全球能源互联网、“一极一道”战略及新型储能等多能综合利用技术,电网工程面临的腐蚀环境也日趋苛刻,如海底电缆及海岛线路的海洋环境,太阳能、储热等局部特殊环境、“一极一道”发展面临的极寒极热等极端环境,并且电网设备所处自然环境腐蚀规律与特征具有明显的地域差异,不同大气、土壤等自然环境类型导致电网户外设备的材料腐蚀及使用寿命差别很大。这些复杂多样的自然环境都给电网设备的腐蚀防护带来了极大的挑战,电网工程建设中根据腐蚀环境进行合理的选材和有针对性的防腐设计变得十分困难。

 

    近年来,由环境腐蚀引起的电网设备材料失效事故频率逐年上升,一些地区电网设备部件,如导线、地线和接地材料,在长期运行下腐蚀问题严重,设备寿命不能满足设计要求。电网安全稳定运行隐患增大,增加了电网的运行维护成本。


    电网输变电线路及变电站等电网工程不但面临复杂多样的腐蚀环境,所使用的设备及材料种类、牌号也十分多样。其中输电线路包括:杆塔、导线、地线、连接件、紧固件、金具、接地极、绝缘子、杆塔基础等多个部分,使用材料包括:碳钢、耐候钢、不锈钢、铝及铝合金、铜及铜合金、镀锌钢、合金镀层钢、铝包钢、铜包钢、涂料、橡胶、环氧树脂、硅橡胶、复合材料,混凝土等等。变电设备则更为复杂,包括:变压器、开关、链接线、接线板、箱体、接地网、支撑等多个部分,使用材料包括:碳钢、铝及铝合金、铜及铜合金、不锈钢、铝镀银、铜镀银、镀锡材料、电 / 热镀锌材料、涂料、钢筋混凝土等等。仅以铝合金为例,变电站使用铝合金材料包括2系、5系、6系、7 系铝合金等多种牌号。电网输电线路和变电站设备及材料种类繁多,同样造成了电网工程材料腐蚀行为多样和使用寿命的差异。不同种类的电网设备和材料面临不同程度和种类的腐蚀问题,如图 1、图 2 所示。在满足输变电工程对材料电学、力学等条件的要求下,电网工程对材料的选择和腐蚀防护提出了更为复杂多样的要求。


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图1 输电线路中的腐蚀

 

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图2 变电站中的腐蚀

 

    近期,国家电网公司开展的电网腐蚀调研工作结果显示,电网腐蚀种类十分多样,几乎涉及到腐蚀种类的各个方面。就电网工程大气环境下的腐蚀而言,腐蚀种类包括:涂层老化、应力腐蚀、缝隙腐蚀、剥层腐蚀、点蚀、电烧蚀等等,电网大气环境下不同腐蚀种类占比如图 3 所示。


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图3 电网工程大气环境腐蚀种类及占比

 

    电网腐蚀种类不但多样,由于其所处环境常常伴有高压电磁环境特征,一些腐蚀行为具有明显的电网特征,如电网高压直流输电工程接地极面临的直流电解腐蚀,部分设备面临强电磁场和自然环境等多因素耦合作用下的腐蚀问题,进一步加大了电网腐蚀防护工作的难度。


    为保障电网运行安全,提高电网设备使用寿命,提升电网应对不同自然环境的能力,电网公司一直在积极努力地开展电网工程腐蚀防护研究工作。在输变电防腐新材料及新技术的开发及应用、输变电材料腐蚀评价及监测技术开发及应用、输变电工程腐蚀数据库及腐蚀地图建设、输变电材料腐蚀标准体系及输变电设备防腐设计体系建设等多个方面开展了长期的工作。


    输变电防腐新材料及新技术的开发及应用方面,以接地材料及输电铁塔防腐方面为例,针对接地材料防腐问题,先后开发了铜覆钢接地材料、新型合金镀层、铁氧体涂层、石墨接地极、导电混凝土等新材料,在部分地区试点开展了外加电流阴极保护技术在接地系统防护方面的应用。针对输电铁塔防腐问题,先后开发了新型合金镀层防腐材料,如锌铝镁稀土合金镀层等、多种高性能防腐涂料、高性能腐蚀防护油脂、输电铁塔用耐候钢、新型塔角及紧固件包覆技术等新材料及新技术,部分地区已开展了输电铁塔用耐候钢的工程应用工作。


    输变电材料腐蚀评价及监测技术开发及应用方面,先后研究建立了针对不同大气、土壤环境腐蚀等级的常用输变电材料腐蚀防护评价技术;电网腐蚀监测技术方面以土壤腐蚀监测为例,研发了基于电化学原理的接地网在线腐蚀监测装置,实现无人值守下的腐蚀参数定时测量、数据上传服务器和数据分析汇总,以及不开挖条件下直接测量接地网腐蚀速率装置等多种接地网腐蚀监测和检测设备;开发出了多种输变电设备腐蚀测量系统、分析系统以及输变电材料腐蚀寿命预测系统等电网腐蚀防护相关软件,为电网工程设备和材料的腐蚀防护提供软件方面的支持。


    输变电工程腐蚀数据库及腐蚀地图建设方面,电网系统开展了大量的腐蚀数据和腐蚀环境数据的收集工作,建立了针对输变电金属及其防护材料的大气及土壤环境腐蚀的数据库,电网大气 / 土壤环境腐蚀地图及电网工程材料腐蚀寿命预测体系,可实现输变电金属及其防护材料在不同大气及土壤环境下腐蚀数据、材料性能数据、典型地区腐蚀环境数据的查询,并可进行相关输变电工程材料耐腐蚀寿命的预测及分析。电网也正在逐步建立并完善电网工程环境腐蚀地图,指导电网工程的腐蚀防护工作。


    输变电材料腐蚀标准体系及输变电设备防腐设计体系建设方面,针对电网工程设备及材料腐蚀问题,分别建立了 DL/T 1424-2015 电网金属技术监督规程、DL/T 1425-2015 变电站金属材料腐蚀防护技术导则、DL/T 1453-2015 输电线路铁塔防腐蚀保护涂装等多个电网腐蚀防腐方面的标准,并在逐步建设和完善输变电设备及材料腐蚀防护标准体系;逐步开展了输变电线路及变电站防腐设计规范建设工作,对变电站建设中腐蚀评估、涂层体系选择、表面除锈、涂装工艺及要求、质量验收等多方面提出了要求。


    目前电网腐蚀防护工作方面还存在着许多的不足,应加强以下几方面的工作:第一、加强输变电工程材料腐蚀基础理论研究,如电磁场环境和大气环境耦合作用下的输变电工程金属及其防护材料腐蚀行为及机理研究;交流 / 直流杂散电流与土壤环境耦合作用下的接地材料腐蚀行为及机理研究等等;第二、输变电工程新型耐蚀材料及腐蚀防护体系的研发及应用;第三、输变电工程设备及材料高效准确的腐蚀模拟、评价、监测技术及装备的开发及应用;第四、输变电材料腐蚀数据分析及智能学习技术的研究;第五、进一步建立和完善输变电材料设计与腐蚀防护标准体系。


    随着电网的不断发展,输变电工程必将面临更加复杂的环境腐蚀问题,电网的安全稳定运行也必将面临更大的挑战,电网腐蚀防护工作任重而道远。努力提升电网应对自然环境的能力,提高电网腐蚀防护的整体水平,建立面向新一代电力系统的电网腐蚀防护体系工作,不仅是为了满足电网行业高性能、长寿命、低风险、智能化运行发展的需求,更是服务“一带一路”、全球能源互联网建设等国家战略的需要。


    ●  人物简介

 

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    陈新,男,汉族,1973 年 6 月生,2001 年毕业于东南大学,获博士学位,正高级职称。目前担任国家电网公司全球能源互联网研究院电工新材料研究所所长一职,国家电网公司专业领军人才,国家电网公司工程技术专家,中国腐蚀防护学会电网腐蚀防护与安全专业委员会主任委员,中国电机工程学会材料学科专家组成员。


    陈新多年从事电网输变电工程新材料研发及应用技术研究,近年来主要在输变电设备防护材料、固体绝缘材料、及输电线路复合材料杆塔及导线等方面展开研究工作。作为项目负责人及主要参与人承担国家、北京市及国家电网公司科技项目 30 余项,发表论文 30 余篇,2015 年主持编写专著《电气工程接地材料》并公开出版,获得授权发明专利及实用新型专利 20 余项,主持及参与编制行业及国网公司级技术标准 30 余项。获得省部级、国网公司级科技进步奖 20 余项。他作为国家电网公司材料领域的权威技术专家,先后担任 2009 年国家电网公司“十二五”科技发展战略规划报告 - 新材料及应用技术领域编写组组长,国家电网公司“十三五”科技规划新材料技术领域编写组组长,2012 年国家能源局组织的国家能源材料发展指南 - 电网材料应用领域编写组组长。获国家电网公司工程技术专家称号、国家电网公司专业领军人才称号,2014年度国家电网公司优秀科技专家荣誉,中国电监会全国电力安全专家委员会成员。

标签: 陈新, 电网设备, 腐蚀, 腐蚀防护

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