電源配電網(wǎng)中電機金屬零件防腐蝕措施研究

紀華陽

（首鋼京唐有限責任公司，河北 唐山 063000）

電源配電網(wǎng)是指在某種供電設(shè)備或配電設(shè)備的支撐下，按照電壓需求，逐層將電力資源分配或調(diào)度給用戶的電力網(wǎng)，其中含有電纜設(shè)備、自動開關(guān)設(shè)備、電力補償設(shè)備等[1]。每個供配電設(shè)備中均含有較為精密的金屬構(gòu)件，零件按照一定的規(guī)律組合并運行，一旦設(shè)備中的任意一個金屬零件出現(xiàn)問題，便會導(dǎo)致電源配電網(wǎng)運行出現(xiàn)連鎖故障。通常情況下，電源配電網(wǎng)中電機金屬零件出現(xiàn)故障問題的原因在于，其長期暴露在空氣中，金屬與大氣中的氧氣與水蒸氣發(fā)生化學反應(yīng)，金屬零件的表層便會覆蓋一層較為緊密的半導(dǎo)體層。盡管覆蓋層在某種程度上可以起到保護電源配電網(wǎng)中電機金屬零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的作用，但保護層受到某種外界因素影響損壞后，金屬零件表層的導(dǎo)體便會與其周邊介質(zhì)發(fā)生連接作用，甚至會形成一個具有導(dǎo)體性能的穩(wěn)定電路[2]。上述提出的反映在電機金屬零件中被稱為電化學反應(yīng)，當發(fā)生此種反映后，金屬零件表層具有導(dǎo)電性能，人體直接觸摸會發(fā)生觸電危險。長期情況下，會影響到電機金屬零件的韌性、塑性與穩(wěn)定運行能力，導(dǎo)致供配電設(shè)備無法穩(wěn)定運行，從而影響到電源配電網(wǎng)的供電能力。為此，開展電源配電網(wǎng)中電機金屬零件防腐蝕研究是十分有必要的。

1 電機金屬零件腐蝕類型

在對電源配電網(wǎng)中電機金屬零件進行深度分析的過程中發(fā)現(xiàn)，電機金屬零件發(fā)生腐蝕現(xiàn)象的種類是較多的。本章將從下述四個方面，對電機金屬零件腐蝕類型進行總結(jié)與分析。

其一為小孔腐蝕現(xiàn)象。此種腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生通常表現(xiàn)為電機金屬零件表層出現(xiàn)孔洞或不規(guī)則坑道，倘若沒有針對此種現(xiàn)象加以處理，腐蝕點會持續(xù)深入到金屬零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，對整體設(shè)備造成影響[3]。產(chǎn)生小孔腐蝕現(xiàn)象的主要原因在于金屬介質(zhì)中存在具有活性的陰離子，陰離子與金屬表層形成一種具有腐蝕性的電池，此種物質(zhì)會隨著金屬表層縫隙滲透到其內(nèi)部。

其二為縫隙腐蝕現(xiàn)象。當金屬表層被腐蝕后出現(xiàn)細微裂痕后，金屬材料會與電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，從而形成一個相對完整的電流回路[4]。此時，介質(zhì)中的電池將存在一定電位差，從而在金屬零件表層局部發(fā)生強腐蝕現(xiàn)象。此種現(xiàn)象常出現(xiàn)在金屬零件連接位置、金屬導(dǎo)線繞線位置、金屬墊圈位置等。

其三為應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象。在對電源配電網(wǎng)中電機金屬零件進行焊接處理的過程中，考慮到此過程中可能存在焊接行為、焊接操作不當?shù)葐栴}，這些問題會導(dǎo)致金屬零件表層出現(xiàn)殘余應(yīng)力，嚴重情況下，會使金屬表層出現(xiàn)裂痕。此時，腐蝕性介質(zhì)便會順著裂痕流入深處，持續(xù)對金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成腐蝕。

其四為晶間腐蝕現(xiàn)象。當電源配電網(wǎng)中電機金屬零件表層遇到腐蝕性介質(zhì)時，金屬中的晶體結(jié)構(gòu)將被破壞，甚至會影響到金屬之間的粘合作用力與殘余應(yīng)力[5]。此時，盡管金屬表層結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生顯著性的變化，但金屬零件的內(nèi)部強度、聚合力等已經(jīng)呈現(xiàn)下降趨勢。

2 電源配電網(wǎng)中電機金屬零件腐蝕的危害

在完成對電機金屬零件腐蝕類型的分析后，對電機金屬零件腐蝕的危害進行深入分析。

電機金屬零件腐蝕最顯著的危害為：弱化了電源配電網(wǎng)中電機金屬的性能，直接縮短了供配電設(shè)備的使用壽命，甚至導(dǎo)致金屬無效化，從而影響到我國電力產(chǎn)業(yè)建設(shè)的經(jīng)濟[6]。根據(jù)我國電力市場不完全數(shù)據(jù)統(tǒng)計，去年由于電源配電網(wǎng)中電機金屬零件腐蝕造成的產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟損失，已超過2.0億元。此外，當金屬零件發(fā)生腐蝕現(xiàn)象后，與之對應(yīng)的區(qū)域內(nèi)水資源、土地資源也在某種程度上受到污染。當電機金屬設(shè)備受到嚴重腐蝕后，甚至會對現(xiàn)場操作人員造成人身安全的影響與威脅。

3 電源配電網(wǎng)中電機金屬零件防腐蝕措施

3.1 表層刷涂防腐蝕鍍層

為了解決電源配電網(wǎng)中電機金屬零件腐蝕問題，本章提出在金屬零件表層刷涂防腐蝕鍍層的方式，使金屬表層與外界呈現(xiàn)一種相對隔絕的狀態(tài)[7]。當金屬零件表層被覆蓋上保護層后，可有效地延緩腐蝕性物質(zhì)侵入電機金屬零件的速度，通過此種方式可以達到對電機金屬零件的防腐蝕作用。

目前，使用表層刷涂防腐蝕鍍層對金屬零件進行防腐蝕處理方法較多。應(yīng)用較多的方法有電鍍法、機械鍍層法、化學鍍層法等，其中電鍍法具有操作便捷、成本低等優(yōu)勢，因此電鍍法也屬于目前我國電力市場內(nèi)，刷涂鍍層的常用方法[8]。具體操作流程為：在電鍍設(shè)備中投放金屬零件→對金屬零件表層進行脫脂、拋光、水洗處理→使用稀鹽酸清洗金屬零件→完成表層清洗后，在其表面刷銅（酸堿中和處理）→持續(xù)使用清水清洗金屬零件→使用“亮鉛”對金屬材料進行水洗→脫水處理后對其進行防止變色處理→烘干后檢驗表層是否有未涂鍍區(qū)域。

在進行表層刷涂防腐蝕鍍層處理的過程中，應(yīng)注意對刷涂材料的選擇。即鍍層材料的供貨商必須為與國際接軌的一流上市企業(yè)；在鍍層過程中，中層鍍層材料、底層鍍層材料、表層鍍層材料，均應(yīng)當選擇相同供貨商，避免由于材料性能差異性導(dǎo)致的鍍層效果不理想。在完成電源配電網(wǎng)中電機金屬零件的表層鍍層處理后，需要采用噴射壓縮空氣的方式，對金屬表層進行后期清潔處理（噴射的空氣壓強應(yīng)當控制在0.35MPa～0.65MPa范圍內(nèi)）。此過程中，金屬零件的磨料應(yīng)當與我國發(fā)布的GB6864-6547文件內(nèi)容相適配。處理中產(chǎn)生的磨料粉末粒徑應(yīng)控制在0.5mm～2.0mm范圍內(nèi)，避免涂鍍過程中產(chǎn)生大量粉塵對空氣環(huán)境造成危害。在完成對電源配電網(wǎng)中電機金屬零件的鍍層防腐蝕處理后，采用隨機抽檢的方式，進行金屬零件防腐蝕性能的抽檢，抽檢合格率在99.95%以上時，認為此批鍍層的金屬零件符合要求，可投入市場應(yīng)用。

3.2 引進電化學保護法處理電機金屬零件

電化學保護法是指在電化學原理的支撐下，對電機金屬零件采取對應(yīng)的處理措施，從而使金屬零件的構(gòu)成材料，成為腐蝕性電解質(zhì)中的陰極，通過此種方式，降低并抑制電解質(zhì)對金屬零件的腐蝕。對電化學保護法原理的描述可用如下圖1表示。

圖1 電化學保護法原理

按照上述圖1中描述的電化學保護法，其一可以在電機金屬零件表層進行電流外加處理的方式，使電機金屬零件成為被保護的對象。此時，金屬零件整體作為電流的陰極，通過此種方式避免金屬零件受到外界因素的影響而受到腐蝕。其二，可以通過犧牲金屬零件陽極的方式，對其進行保護，即將金屬零件中含有的還原性能較為顯著的金屬，作為被保護級，此端與被保護金屬進行連接，形成“原電池”。在此種條件下，被保護級金屬作為負極，發(fā)生氧化反應(yīng)，從而被消耗，而金屬零件作為電解質(zhì)的正極，便可以對腐蝕反應(yīng)的發(fā)生起到規(guī)避作用。目前，較為常用的犧牲陽極材料包括Mg金屬材料、Zn金屬材料與Al金屬材料（作為陽極）。

3.3 合理選擇電機金屬零件構(gòu)成材料

除上述提出的防腐蝕措施，還可采用選擇電機金屬零件構(gòu)成材料的方式，解決電源配電網(wǎng)中電機金屬零件被腐蝕問題。其一，在選擇金屬零件構(gòu)成材料的過程中，需要對電源配電網(wǎng)運行環(huán)境及其環(huán)境中存在的隱性與顯性腐蝕因素進行調(diào)研。明確區(qū)域中對電機金屬零件造成腐蝕問題的原因，結(jié)合實際調(diào)查結(jié)果，選擇適宜的電機金屬零件構(gòu)成材料。其二，采用構(gòu)建模擬電源配電網(wǎng)運行環(huán)境的方式，對其中電力設(shè)備中電機金屬零件的腐蝕現(xiàn)象進行預(yù)測，并通過數(shù)值模擬的方式，對電機金屬零件腐蝕現(xiàn)象進行描述，結(jié)合檢測結(jié)果與模擬結(jié)果，進行電機金屬零件構(gòu)成材料的針對性選擇。其三，在選擇材料過程中，需要綜合權(quán)衡并全面考慮金屬零件構(gòu)成材料的經(jīng)濟性等綜合性能，結(jié)合實際需求，確定金屬零件的構(gòu)成材料，以此達到最終的防腐蝕目的。

4 結(jié)語

本文從表層刷涂防腐蝕鍍層、引進電化學保護法處理電機金屬零件、合理選擇電機金屬零件構(gòu)成材料等層面，對電源配電網(wǎng)中電機金屬零件防腐蝕措施展開研究，致力于通過本文的研究，解決電機金屬零件腐蝕對電源配電網(wǎng)運行造成的影響。