電網(wǎng)金屬部件反腐保護層的便攜式電鍍設(shè)備設(shè)計及技術(shù)應用

陳高汝，陳展超，鐘文貴，林擎宇，李積捷

電網(wǎng)金屬部件反腐保護層的便攜式電鍍設(shè)備設(shè)計及技術(shù)應用

陳高汝，陳展超，鐘文貴，林擎宇，李積捷

（國網(wǎng)福建省電力有限公司福州供電公司，福建 福州 350000）

針對近年來電力設(shè)備對于金屬部件的防腐蝕抗氧化工作中出現(xiàn)的各種問題，提出一種電網(wǎng)金屬部件反腐保護層的便攜式電鍍設(shè)備設(shè)計及技術(shù)應用，該設(shè)備能根據(jù)金屬構(gòu)件的材質(zhì)和使用環(huán)境，電鍍合適的金屬防腐層，同時通過建立起的防護質(zhì)量評估體系，對在役腐蝕后的金屬部件進行二次（多次）防護，延長使用周期。

金屬部件；反腐保護層；電鍍；質(zhì)量體系

在電力系統(tǒng)輸變電領(lǐng)域，設(shè)備構(gòu)件所使用金屬一般要求具有較好的導電性，其中最常使用的金屬材料是銅、鋁及其合金。然而在實際運行中，以福州市輸變電設(shè)備為例，大多數(shù)設(shè)備常年服役于嚴酷的濕熱海洋氣候下和工業(yè)污染的大氣環(huán)境中，因此輸變電材料腐蝕現(xiàn)象非常普遍，如圖1和圖2所示。由于鐵、銅、鎳等金屬的臨界濕度值在50%～70%之間，而福州市的年相對濕度在77%，因此在此濕度下金屬表面已形成完整的水膜，以致形成電化學腐蝕，且濕度越大，腐蝕越嚴重。而在各種腐蝕因素的共同作用下，金屬材料的力學性能會大幅下降，出現(xiàn)金屬構(gòu)件的硬化、變脆，進而發(fā)生開裂。同時，氧化腐蝕后的金屬材料其接觸電阻將會大大增加，并導致接觸部分發(fā)熱。而且金屬接點發(fā)熱與金屬表面氧化之間往往是相互推動的，也就是說發(fā)熱會進一步加快氧化過程，而氧化也會進一步加劇溫度的提高，當溫度達到一定高度的時候甚至會產(chǎn)生電弧，引發(fā)接地短路。

而上述情況的出現(xiàn)將會直接威脅到輸電網(wǎng)的安全運行。如蒙西地區(qū)某220 kV變電站曾因金屬導線及線夾在受嚴重腐蝕破壞后，導致主變壓器發(fā)生故障，直接經(jīng)濟損失達300余萬元。因此電網(wǎng)公司每年都投入了大量的人力物力對腐蝕的輸變電金屬構(gòu)件進行處理或更換，但是效果都不盡如人意。這是因為其處理手段僅僅是局限于對腐蝕的金屬構(gòu)件進行銹蝕、污垢的簡單清理，隨后便投入使用，并未對其進行進一步的防腐保護。

1 研發(fā)思路

通過對近幾年來的電力設(shè)備金屬部件的防腐蝕抗氧化工作中出現(xiàn)的各種問題進行分析，發(fā)現(xiàn)即使每年都投入了大量的人力物力對腐蝕的輸變電金屬構(gòu)件進行處理或更換，但是效果都不盡如人意。總結(jié)為以下3種原因：①處理手段僅僅是局限于對腐蝕的金屬構(gòu)件進行銹蝕、污垢的簡單清理，隨后便投入使用，并未對其進行進一步的防腐保護；②缺少長效及完善的質(zhì)量評估體系和長期防護體系；③電鍍設(shè)備體積較大，便攜性能差。如何簡化整個操作流程及建立完善的體系成為主要考慮方向。因此，本課題重點將集中于設(shè)備的技術(shù)性能、質(zhì)量評估體系及長期防護體系的建立上。

圖1 被腐蝕的刀閘開關(guān)靜觸頭零部件

圖2 被腐蝕的母線銅排

2 研制要求

本項目對于研制目標，需要實現(xiàn)以下要求：①設(shè)備實現(xiàn)便攜性能，方便移動及操作；②設(shè)備能同時容納打磨機、電鍍機及電解槽，并實現(xiàn)快速打磨電鍍操作；③電鍍機為單相220 V，滿足輸出電流200 A；④裝置具備安全快速的散熱效果；⑤建立完善的質(zhì)量評估體系和長期防護體系。

3 具體實施

3.1 技術(shù)方案

本項目研制的電網(wǎng)金屬部件反腐保護層的便攜式電鍍設(shè)備是在傳統(tǒng)工業(yè)用的電鍍設(shè)備基礎(chǔ)上，針對特定場合要求作出的改良。區(qū)別于目前市面上的電鍍設(shè)備原材料投入量大且成本較高的問題，本項目的研發(fā)成果簡化了當中的工藝，使其適用于變電站現(xiàn)場的電鍍操作，能有效提高效率和節(jié)省成本開支。

在電鍍工藝上，項目組通過探索影響腐蝕金屬部件二次防護質(zhì)量的電鍍因素和規(guī)律，制定了本項目的電鍍工藝參數(shù)及驗收規(guī)范，設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計靈巧，涂層附著能力強。通過深入研究腐蝕規(guī)律及其機理，為金屬部件電鍍二次防腐層的選材、防護提供針對性的方案，設(shè)備可根據(jù)金屬構(gòu)件的材質(zhì)和使用環(huán)境，電鍍合適的金屬防腐層，同時還能對金屬防腐層厚度實現(xiàn)調(diào)整控制，可根據(jù)實際情況調(diào)整電流密度和電鍍時間，最終實現(xiàn)金屬部件局部保護層的電鍍。在進行電鍍工藝優(yōu)化步驟后，建立金屬部件腐蝕后二次（多次）電鍍防護的質(zhì)量（保護層厚度、附著力等）評估體系，對在役腐蝕后的金屬部件進行二次（多次）防護，延長使用周期，減少檢修人員對輸變電設(shè)備構(gòu)件的檢修次數(shù)和時間，提高效益并節(jié)約成本。

設(shè)備為一個三層工具箱結(jié)構(gòu)設(shè)計。其中，底部一層用于固定電鍍機，中間一層用于放置打磨機等工具，上層用于放置電解槽；工具箱的頂部設(shè)有箱蓋，打開后可以取出電解槽和打磨工具；工具箱側(cè)面設(shè)有側(cè)門，可以打開操作電鍍工具；工具箱后方設(shè)有伸縮拉手，能根據(jù)實際情況及操作人員身高進行長度拉伸調(diào)整。工具箱底部設(shè)計為萬向剎車輪，提高其移動便捷性。側(cè)面裝有散熱風扇，能解決在電鍍打磨過程中造成的高溫問題。

其中，電鍍機尺寸為W220×D450×H350，為單相220 V，輸出電流200 A；電解槽材料為塑料，內(nèi)尺寸為L450× W320×H155，能滿足變電站現(xiàn)場的規(guī)范條件使用。設(shè)備尺寸如圖3所示。

圖3 設(shè)備尺寸圖

3.2 工具特性

3.2.1 增加靈活性

工具箱能根據(jù)金屬構(gòu)件的材質(zhì)和使用環(huán)境，電鍍合適的金屬防腐層，具有很強的適應性及靈活度。

3.2.2 提升可靠性

在進行電鍍工藝優(yōu)化步驟后，建立金屬部件腐蝕后二次（多次）電鍍防護的質(zhì)量（保護層厚度、附著力等）評估體系，對在役腐蝕后的金屬部件進行二次（多次）防護，延長使用周期。

3.2.3 增強功能性

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，調(diào)整電鍍時的電流密度和時間，實現(xiàn)金屬防腐層厚度的可控調(diào)整。

3.2.4 保障安全性

由于是在傳統(tǒng)工業(yè)用的電鍍設(shè)備基礎(chǔ)上，針對特定場合要求作出的改良，不但簡化了當中的工藝流程，同時減少了流程中可能存在的安全風險。

4 技術(shù)關(guān)鍵及創(chuàng)新

本項目研發(fā)的裝置設(shè)計技術(shù)關(guān)鍵及創(chuàng)新技術(shù)包括：①建立適用于不同材質(zhì)和在不同環(huán)境下使用的金屬構(gòu)件的二次（多次）電鍍防護工藝參數(shù)體系；②建立金屬部件腐蝕后二次（多次）電鍍防護的質(zhì)量評估體系；③建立長期防護管理規(guī)范。

5 產(chǎn)品效果及前景

5.1 經(jīng)濟效益高

對于目前的金屬部件氧化和腐蝕情況對電力設(shè)備造成的影響，電力部門檢修部每年都需要投入大量的人力、財力和物力對腐蝕的輸變電金屬構(gòu)件表面進行打磨和清潔，但由于缺乏防護機制，使得金屬部件服役期限大大縮短，導致經(jīng)濟效益差、電網(wǎng)風險率和檢修人員工作量增加、工作效率低等問題。本項目通過建立完善的質(zhì)量評估體系和長期防護體系，能有效地改善企業(yè)對于其設(shè)備部件的維護手段，提升供電可靠性。

5.2 安全效益好

電網(wǎng)中金屬構(gòu)件的氧化和腐蝕都會大大增加其接觸電阻，并導致接觸部分發(fā)熱，進而嚴重危害電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。尤其對于一些長期處于濕度高、鹽霧度高的地區(qū)的電力設(shè)備尤為嚴重。通過項目成果的應用，將能從金屬部件這個根本上去杜絕這樣的安全隱患，延長金屬構(gòu)件的使用壽命，防止電力事故的發(fā)生。

6 結(jié)束語

通過便攜式電鍍設(shè)備的應用，能從金屬部件這個根本上去杜絕各種安全隱患，延長金屬構(gòu)件的使用壽命，防止電力事故的發(fā)生，同時研制成本低，工藝流程簡化，為企業(yè)帶來更安全可靠的技術(shù)保證，成果將能推廣至更多領(lǐng)域使用。

［1］孫心利，高劍峰，董暖.220 kV變電站金屬材料腐蝕原因分析［J］.河北電力技術(shù)，2009（8）：1-2，34.

［2］陳云，徐利民，藥寧娜，等.輸變電鋼構(gòu)件的大氣腐蝕與防護［J］.華北電力技術(shù)，2014（12）：10-14.

［3］王玥，馮立明.電鍍工藝學［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2018.

TG174

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.01.065

2095－6835（2020）01－0157－02

陳高汝（1991—），男，博士，工程師，主要從事變電檢修電氣試驗工作。

〔編輯：張思楠〕