電網(wǎng)金屬部件反腐保護(hù)層的便攜式電鍍?cè)O(shè)備設(shè)計(jì)及技術(shù)應(yīng)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(hù)層的便攜式電鍍?cè)O(shè)備設(shè)計(jì)及技術(shù)應(yīng)用

陳高汝，陳展超，鐘文貴，林擎宇，李積捷

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

針對(duì)近年來(lái)電力設(shè)備對(duì)于金屬部件的防腐蝕抗氧化工作中出現(xiàn)的各種問(wèn)題，提出一種電網(wǎng)金屬部件反腐保護(hù)層的便攜式電鍍?cè)O(shè)備設(shè)計(jì)及技術(shù)應(yīng)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(shí)通過(guò)建立起的防護(hù)質(zhì)量評(píng)估體系，對(duì)在役腐蝕后的金屬部件進(jìn)行二次（多次）防護(hù)，延長(zhǎng)使用周期。

金屬部件；反腐保護(hù)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(dǎo)電性，其中最常使用的金屬材料是銅、鋁及其合金。然而在實(shí)際運(yùn)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(yán)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(duì)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(xué)腐蝕，且濕度越大，腐蝕越嚴(yán)重。而在各種腐蝕因素的共同作用下，金屬材料的力學(xué)性能會(huì)大幅下降，出現(xiàn)金屬構(gòu)件的硬化、變脆，進(jìn)而發(fā)生開(kāi)裂。同時(shí)，氧化腐蝕后的金屬材料其接觸電阻將會(huì)大大增加，并導(dǎo)致接觸部分發(fā)熱。而且金屬接點(diǎn)發(fā)熱與金屬表面氧化之間往往是相互推動(dòng)的，也就是說(shuō)發(fā)熱會(huì)進(jìn)一步加快氧化過(guò)程，而氧化也會(huì)進(jìn)一步加劇溫度的提高，當(dāng)溫度達(dá)到一定高度的時(shí)候甚至?xí)a(chǎn)生電弧，引發(fā)接地短路。

而上述情況的出現(xiàn)將會(huì)直接威脅到輸電網(wǎng)的安全運(yùn)行。如蒙西地區(qū)某220 kV變電站曾因金屬導(dǎo)線及線夾在受?chē)?yán)重腐蝕破壞后，導(dǎo)致主變壓器發(fā)生故障，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)300余萬(wàn)元。因此電網(wǎng)公司每年都投入了大量的人力物力對(duì)腐蝕的輸變電金屬構(gòu)件進(jìn)行處理或更換，但是效果都不盡如人意。這是因?yàn)槠涮幚硎侄蝺H僅是局限于對(duì)腐蝕的金屬構(gòu)件進(jìn)行銹蝕、污垢的簡(jiǎn)單清理，隨后便投入使用，并未對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的防腐保護(hù)。

1 研發(fā)思路

通過(guò)對(duì)近幾年來(lái)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(wèn)題進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)即使每年都投入了大量的人力物力對(duì)腐蝕的輸變電金屬構(gòu)件進(jìn)行處理或更換，但是效果都不盡如人意?？偨Y(jié)為以下3種原因：①處理手段僅僅是局限于對(duì)腐蝕的金屬構(gòu)件進(jìn)行銹蝕、污垢的簡(jiǎn)單清理，隨后便投入使用，并未對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的防腐保護(hù)；②缺少長(zhǎng)效及完善的質(zhì)量評(píng)估體系和長(zhǎng)期防護(hù)體系；③電鍍?cè)O(shè)備體積較大，便攜性能差。如何簡(jiǎn)化整個(gè)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(diǎn)將集中于設(shè)備的技術(shù)性能、質(zhì)量評(píng)估體系及長(zhǎng)期防護(hù)體系的建立上。

圖1 被腐蝕的刀閘開(kāi)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(xiàng)目對(duì)于研制目標(biāo)，需要實(shí)現(xiàn)以下要求：①設(shè)備實(shí)現(xiàn)便攜性能，方便移動(dòng)及操作；②設(shè)備能同時(shí)容納打磨機(jī)、電鍍機(jī)及電解槽，并實(shí)現(xiàn)快速打磨電鍍操作；③電鍍機(jī)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(píng)估體系和長(zhǎng)期防護(hù)體系。

3 具體實(shí)施

3.1 技術(shù)方案

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

在電鍍工藝上，項(xiàng)目組通過(guò)探索影響腐蝕金屬部件二次防護(hù)質(zhì)量的電鍍因素和規(guī)律，制定了本項(xiàng)目的電鍍工藝參數(shù)及驗(yàn)收規(guī)范，設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈巧，涂層附著能力強(qiáng)。通過(guò)深入研究腐蝕規(guī)律及其機(jī)理，為金屬部件電鍍二次防腐層的選材、防護(hù)提供針對(duì)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(shí)還能對(duì)金屬防腐層厚度實(shí)現(xiàn)調(diào)整控制，可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整電流密度和電鍍時(shí)間，最終實(shí)現(xiàn)金屬部件局部保護(hù)層的電鍍。在進(jìn)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(hù)的質(zhì)量（保護(hù)層厚度、附著力等）評(píng)估體系，對(duì)在役腐蝕后的金屬部件進(jìn)行二次（多次）防護(hù)，延長(zhǎng)使用周期，減少檢修人員對(duì)輸變電設(shè)備構(gòu)件的檢修次數(shù)和時(shí)間，提高效益并節(jié)約成本。

設(shè)備為一個(gè)三層工具箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。其中，底部一層用于固定電鍍機(jī)，中間一層用于放置打磨機(jī)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(kāi)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(mén)，可以打開(kāi)操作電鍍工具；工具箱后方設(shè)有伸縮拉手，能根據(jù)實(shí)際情況及操作人員身高進(jìn)行長(zhǎng)度拉伸調(diào)整。工具箱底部設(shè)計(jì)為萬(wàn)向剎車(chē)輪，提高其移動(dòng)便捷性。側(cè)面裝有散熱風(fēng)扇，能解決在電鍍打磨過(guò)程中造成的高溫問(wèn)題。

其中，電鍍機(jī)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L(zhǎng)450× W320×H155，能滿足變電站現(xiàn)場(chǎng)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(qiáng)的適應(yīng)性及靈活度。

3.2.2 提升可靠性

在進(jìn)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(hù)的質(zhì)量（保護(hù)層厚度、附著力等）評(píng)估體系，對(duì)在役腐蝕后的金屬部件進(jìn)行二次（多次）防護(hù)，延長(zhǎng)使用周期。

3.2.3 增強(qiáng)功能性

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，調(diào)整電鍍時(shí)的電流密度和時(shí)間，實(shí)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?cè)O(shè)備基礎(chǔ)上，針對(duì)特定場(chǎng)合要求作出的改良，不但簡(jiǎn)化了當(dāng)中的工藝流程，同時(shí)減少了流程中可能存在的安全風(fēng)險(xiǎn)。

4 技術(shù)關(guān)鍵及創(chuàng)新

本項(xiàng)目研發(fā)的裝置設(shè)計(jì)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(hù)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(hù)的質(zhì)量評(píng)估體系；③建立長(zhǎng)期防護(hù)管理規(guī)范。

5 產(chǎn)品效果及前景

5.1 經(jīng)濟(jì)效益高

對(duì)于目前的金屬部件氧化和腐蝕情況對(duì)電力設(shè)備造成的影響，電力部門(mén)檢修部每年都需要投入大量的人力、財(cái)力和物力對(duì)腐蝕的輸變電金屬構(gòu)件表面進(jìn)行打磨和清潔，但由于缺乏防護(hù)機(jī)制，使得金屬部件服役期限大大縮短，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益差、電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)率和檢修人員工作量增加、工作效率低等問(wèn)題。本項(xiàng)目通過(guò)建立完善的質(zhì)量評(píng)估體系和長(zhǎng)期防護(hù)體系，能有效地改善企業(yè)對(duì)于其設(shè)備部件的維護(hù)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(huì)大大增加其接觸電阻，并導(dǎo)致接觸部分發(fā)熱，進(jìn)而嚴(yán)重危害電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。尤其對(duì)于一些長(zhǎng)期處于濕度高、鹽霧度高的地區(qū)的電力設(shè)備尤為嚴(yán)重。通過(guò)項(xiàng)目成果的應(yīng)用，將能從金屬部件這個(gè)根本上去杜絕這樣的安全隱患，延長(zhǎng)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(yǔ)

通過(guò)便攜式電鍍?cè)O(shè)備的應(yīng)用，能從金屬部件這個(gè)根本上去杜絕各種安全隱患，延長(zhǎng)金屬構(gòu)件的使用壽命，防止電力事故的發(fā)生，同時(shí)研制成本低，工藝流程簡(jiǎn)化，為企業(yè)帶來(lái)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(hù)［J］.華北電力技術(shù)，2014（12）：10-14.

［3］王玥，馮立明.電鍍工藝學(xué)［M］.北京：化學(xué)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(yàn)工作。

〔編輯：張思楠〕