电力设备防腐技术研究

徐腾 ¹，孙道让 ¹，强爽 ¹，陈宣宏 ²，方少浪 ²，黄良川

（1. 中国电建集团贵州电力设计研究院有限公司，贵阳 550000；2. 海南电网有限责任公司三沙供电局，海南三沙 573199）

摘要：随着电力行业的快速发展,电力设备的可靠性和耐久性变得越来越关键.腐蚀是影响电力设备寿命和性能的主要因素之一,引起了各方面的高度重视.本研究全面梳理了电力设备防腐技术相关文献,归纳了各类文献中提及的防腐技术,具体做法与技术要点,并对相关防腐技术的应用进行探讨,以期为从业人员提供参考.

关键词：电力设备；防腐技术；腐蚀机理；防腐措施

0、引 言

电力设备长期工作在大气、土壤和工业废气废水这样恶劣的环境之中，所受腐蚀比较大，很容易遭受腐蚀的侵害。腐蚀会使电力设备出现衰弱的现象，还会使得电力设备的寿命大大缩减，在极其严重的时候可能会带来一些安全事故，造成极大的经济损失。沿海地区电力设备锈蚀严重，且除锈防腐常需停电处理。国网嘉兴供电公司通设立输变电设备腐蚀状态监测点掌握设备腐蚀状况，研制出专用的铁氧化物络合封闭剂与防腐促进剂，经过多次试验优化形成了成熟稳定的工艺流程。与传统工艺相比该工艺工时较传统工艺缩短 30%，涂层防护效果延长 3~5 a。因此，深入探究高效的电力设备防腐技术迫在眉睫。近年来，伴随材料科学、表面工程等相关学科的飞速发展，一系列新型电力设备防腐技术不断涌现，相关研究成果日益丰富。

1、电力设备腐蚀形式

1.1 腐蚀形式

（1）电化学腐蚀

在电解液中，不同电极电位的金属形成腐蚀电池，发生电化学腐蚀（电偶腐蚀），旦乙画等指出，接地材料会因为所处的位置不同，而受不同的环境侵蚀，土壤是造成地网严重腐蚀的主要原因之一。土壤的酸碱度、水分及盐含量直接影响腐蚀程度。由于在酸性土壤里存在着较多的氢离子，它们能够与金属产生置换反应，加速了金属的腐蚀过程。在“高温、高湿、高盐雾”的热带海洋季风气候条件下，电力设备腐蚀现象较严重。据腐蚀机理分析，由于大气中存在大量的盐分，相对湿度较大条件下电离出大量的氯离子和钠离子会附着到金属表面上凝结成凝露溶液，并与空气中的氧气相结合，从而导致金属出现电化学腐蚀。氯离子具备腐蚀促进作用。由于其体积小、水合能低，容易穿透金属表面的氧化膜，并能够与金属原子结合生成可溶性的氯化物而破坏金属表面的氧化膜，从而起到促进腐蚀的作用。莫溢等指出电气设备大部分都用金属做外壳或是重要零件，金属腐蚀比较严重。从腐蚀的形式来看，一般情况下为原电池腐蚀，原因是有的金属中含有杂质或者几个金属材料接触在一起就形成了若干个原电池，再加上海水中含有一定的腐蚀性离子，比如氯离子，所以这些金属都可能出现被腐蚀的情况。

（2）局部腐蚀

局部腐蚀包括缝隙腐蚀、点蚀、孔蚀。在金属腐蚀过程中，温度越高则越易使化学反应速率增加，从而使金属的腐蚀速度增大。在这种条件下，设备腐蚀主要表现为全面腐蚀与局部腐蚀，即除了某几个部位之外设备整体腐蚀损坏、除了一部分之外的另外一部位腐蚀最严重的局部腐蚀。缝隙腐蚀也是一种常见腐蚀方式，因为有缝隙的地方一般很难更换里面的介质，其局部成为腐蚀性介质腐蚀的一种理想场所。如果在电气设备连接部位、密封处都有缝隙的话，都会比较容易遭受缝隙腐蚀，比如常见的螺栓连接处、焊接连接处以及动静件之间的缝隙等，这些都是该类腐蚀发生的部位。

（3）选择性腐蚀

由于金属表面组分的差异，在腐蚀介质的作用下，与介质反应时活性较大的组分将被优先氧化或溶解，而较稳定的组分则残留下来。不同情况下腐蚀历程不同，如水溶液中黄铜脱锌时先溶解，黄铜材质在海水中，海水作为腐蚀介质促使黄铜中的锌发生选择性腐蚀，留下多孔的铜骨架。

（4）冲刷腐蚀

冲刷腐蚀是金属表面与腐蚀流体之间因高速相对运动而引起的金属损伤现象，是流体的冲刷与腐蚀协同作用的结果。在静止或流速较慢的液体介质中，不会发生较严重的腐蚀，当海水等介质存在一定流速，且其中含有的泥砂等对金属表面产生冲刷，破坏保护膜，会加速腐蚀。常发生在近海及海洋工程、油气生产与集输、石油化工等工业领域的各种管道及过流部件上。特别是在弯头、肘管、三通、泵、阀、叶轮等改变流体方向、速度和增大紊流的部位，冲刷腐蚀更为严重。

（5）应力腐蚀

应力腐蚀是指金属材料、机械零件或构件在静应力（主要是拉应力）和腐蚀介质的共同作用下产生的失效现象。拉应力和腐蚀环境共同作用，使金属产生裂纹，可分为阳极溶解型和氢致开裂型等。设备运行过程中产生的拉应力或加工、焊接等过程中形成的残余应力，在腐蚀环境中焊缝处易发生应力腐蚀。

（6）大气腐蚀

金属与大气中的氧气、二氧化碳、水蒸气等接触，在表面形成薄液膜，发生电化学反应。电力设备暴露在大气环境中，大气中的相对湿度、温度、污染物等因素影响腐蚀速率，如沿海地区高相对湿度、高盐分大气加速设备腐蚀。

1.2 危害

沿海地区的海风有高盐、高湿、高温的特点，极易损坏户外 GIS 内母线管、母线伸缩节的螺杆和弹簧片，使其应力失效导致紧固件松动；母线伸缩节中波纹管易造成二次回路绝缘降低，从而使母线伸缩节失效；GIS 支架及其他金属部件的腐蚀影响变电站内设备的稳定工作；绝缘子表面易因受潮湿和高温形成盐雾沉积层，在电场力的作用下被电离成一层导电膜，发生绝缘子放电击穿，或者因为长期的放电使得绝缘子的温度分布不均而逐步加热变温爆裂后断裂，引起断线，从而使电力系统处于危险状态；设备线路接头处的腐蚀会造成电极之间产生氧化膨胀或收缩，使接头不能实现接触稳定，导致电气线路不能安全供电。“高温、高湿、高盐雾”地区海边的变电站设备容易被腐蚀，迫使频繁更换零部件，增加巨大人力物力成本的同时，还给电力供应稳定造成困扰。轻微腐蚀会造成发电设备不能正常运行，使得电能质量变差；严重时将导致发生意外停机现象，造成电力缺电或中断的情况出现。

由于腐蚀现象导致接地装置发生故障后，将会大大降低接地装置的使用寿命，并且使得接地网整体上发生断裂或者接地线和接地网分离的现象产生，即出现了重要的接地隐患问题。如因腐蚀后发生防雷设备失效的现象，一旦电力系统产生接地短路故障现象后，会出现该位置处局部电位升高的情况，使得高压向低压发生反击现象，使得故障扩大化。此外，电力电瓷表面积污严重、金属构架生锈、高压注油设备渗漏等问题的存在，既破坏生产现场干净面貌，也会影响到设备正常工作的质量因素。

2、电力设备防腐技术与措施

2.1 耐蚀材料选择

使用耐蚀材料是从根源上防止设备受到腐蚀的办法之一，但因其价格较高，所以这种材料仅用于部分关键设备。例如，凝汽器的管束及管板采用钛材；对于一些对材料有较高要求的电力设备，则常用耐候钢。耐候钢耐腐蚀程度比普通结构钢好，它的成分中含有磷、铜、镍、铬、钛等金属元素，在钢的表面产生一层保护膜，增强了钢的耐腐蚀性能。此外，耐候钢还具有良好的低温冲击韧度，也较常用于在大气腐蚀十分严重而且维修困难的大中型室外钢结构中。

由于交联聚乙烯电缆具有很好的机械强度、耐环境应力开裂性能、优良的电气性能以及耐化学腐蚀性，因此，它是目前电力设备配套使用电缆的一种很好的选择。根据土壤中金属接地体的腐蚀速度不均匀，在微弱土壤腐蚀等级下使用的接地装置可以考虑选择镀锌钢材；在中强土壤腐蚀等级下选择使用铜或铜包钢等抗腐蚀性能较好的接地装置更为合适，从全寿命周期成本考虑选取最为经济的接地装置，保证接地装置的寿命期及可靠性。表 1 为主要耐腐蚀材料的应用及其优缺点。

2.2 涂层防护

2.2.1 防腐涂料种类

（1）水性金属防腐蚀涂料

水性金属防腐蚀涂料具备环保性好、挥发性有机化合物（VOC）含量低、部分类型耐候性与机械性能优异等特点。但其整体性能略逊于溶剂型涂料，部分基料（如聚氨酯）耐水性差、成本高、成膜时间长。吴迪等开发了苯并三氮唑与甲基咪唑类衍生物的混合涂料，该涂料对钢、铜的缓蚀作用明显，高达 71.86%及 78.13%。王金淑等、曹光兆等总结阐述了聚苯胺的制作方法及其国内外发展，该涂料合成方法简单且具备良好的稳定性，广泛应用于设备防腐领域。刘敏等以环氧树脂为基础涂层原料，加入不同含量的导电云母填料及球形锌粉填料，以降低涂层表面体积电阻率及表面电阻率。经过耐盐雾性能测试及盐水浸泡实验，结果表明，导电云母填料及球形锌粉填料会形成紧密连续不断地网状结构，有效延长涂层阴极保护时间，提高涂层的耐腐蚀能力。

（2）水性丙烯酸防腐蚀涂料

水性丙烯酸防腐蚀涂料具备附着力好、干燥速度快，具备带锈防腐功能，且耐水、耐盐水、耐盐雾性能等优异。但水性涂料可能存在低温成膜性较差等共性问题。李宏远等以水性丙烯酸乳液 2403 作为成膜物质，采用磷酸锌、三聚磷酸铝等活性防锈颜料，添加成膜助剂、润湿剂、耐盐雾助剂及锈蚀转化助剂等辅助成分制备涂料，并采用分步增稠工艺得到目标涂料。该涂料附着力好、干燥速度快，具有带锈防腐的涂装功能。在 30~45 μm 膜厚下，耐水可达 216 h、耐盐水可达 268 h、耐盐雾＞360 h。郭清泉等介绍了防腐蚀涂料基料的种类、特点、制备方法及发展方向。分析了丙烯酸类乳胶、水性聚氨酯体系、水性环氧涂料体系、水性无机硅酸盐富锌底漆的优缺点，对水性金属涂料技术的研究重点进行了梳理，主要涵盖以下几个方面：一是选择和制备无毒或低毒的防腐蚀颜填料；二是研发新型成膜聚合物；三是优化配方及合成工艺；四是提升涂料的综合性能；五是降低生产成本。

（3）水性双组分底面合一防腐蚀涂料

水性双组分底面合一防腐蚀涂料具备贮存稳定性好、涂层光泽高、初期硬度与耐水性优异、可实现“1C1B”工艺、单道膜厚达标等特点。双组分需现场调配，可能存在混合后适用期有限的问题。姚煌等以水性羟丙树脂为涂层基础树脂，将去离子水和润湿分散剂加入搅拌槽，依次加入钛白粉、防锈颜料、填料和消泡剂制得防腐涂料。该涂料贮存稳定性好，涂层光泽高、初期硬度与耐水性优异。单道涂层膜厚≥45 μm，漆膜耐盐雾性能可达 360 h，氙灯耐老化性能达到600 h。水性双组分底面合一防腐蚀涂料的研发，有利于解决水性双组分环氧单涂层耐老化性能差、水性双组分聚氨酯单涂层耐盐雾性能差等难题。

（4）电力设备器材专用防腐阻燃涂料

电力设备器材专用防腐阻燃涂料具备防腐效果优秀、能阻隔腐蚀介质、兼具阻燃性、火灾时可延缓基材形变等特点。需达到一定厚度才能发挥最佳阻燃效果，部分成分可能增加涂料成本。刘兴中等以ODDP 型阻燃树脂为成膜物质，加入阻燃剂、成炭剂、发泡剂、润湿剂、消泡剂等多种成分制作防腐阻燃涂料。该涂料成膜后会形成致密的高分子薄膜，这种薄膜能有效阻挡氧气、水分及酸碱等腐蚀介质接触基材，从而实现优异的防腐性能。当漆膜涂层达到特定厚度时，还可形成阻燃隔热层。在发生火灾时，它能通过化学反应吸收热量，并且生成碳化层来阻断热量传递，进而延缓基材的变形。随着环保理念的深入人心，无毒（或低毒）、无污染、能耗低、经济高效的高固体分防腐涂料、粉末涂料和水性防腐涂料等环保型涂料成为了发展趋势。

2.2.2 涂层施工要点

高质量的涂层效果依赖于彻底的除锈处理。对于要求较高的涂层，通常采用喷砂或喷丸除锈的方式，以提高金属本身的光泽，彻底清除所有锈迹和油污。选择涂层时，需充分结合周围环境特点 ，不同涂层对各类腐蚀条件的耐受能力存在差异。面漆因含较多基料，成膜后不仅具有光泽，还能保护底漆免受大气侵蚀，并具备抗风化性能。涂层施工时需满足适宜的温湿度条件：温度一般控制在 5~38 ℃之间，相对湿度不超过 85%。例如，电缆防腐方面，竖井中的电缆应涂抹有机涂料，涂敷厚度需超过 1.0 mm；电力设备的金属构架可通过涂刷相序色漆实现防腐，不同设备外壳对应不同色彩。这种复合脂能降低接触电阻、抵抗氧化、起到密封防腐作用。

2.3 阴极保护

阴极保护是能有效地防止或减缓设备的腐蚀，可以分为外加电流的阴极保护与牺牲阳极的阴极保护两种方式。外加电流的阴极保护利用直流电源，向被保护的金属提供一定的恒定电流，让金属处于阴极状态，使金属发生阴极极化，抑制腐蚀。其优点是可以输出稳定的电流，且能保护较大范围的设备，同时在一些大项目中的投入相对较少，施工地点比较集中，但是需要有外接电源，平时也需要专人进行维护管理；牺牲阳极的阴极保护法采用比被保护金属具有更大负电位的金属或合金阳极，将它直接连接于需要被保护的金属上，在电解质溶液中形成原电池，使被保护的金属成为阴极，发生阴极极化反应而被保护。其优点是不会出现外部电源等问题，无须日常维护和人员管理；不会对外部其他结构的设备造成影响或者腐蚀；可以抵消杂散电流造成的危害；对于大型项目输出电流不宜调整、成本较高。工程上常用的方法是在碳钢循环水管和冷凝器等设备防腐时，将阴极保护与涂层联合起来运用。国内外很多火电厂的做法都是这样做的，并且取得很大的经济效益。

3、总结与展望

电力设备防腐技术主要包括材料选型、涂层防护、阴极保护及对特殊设备（如接地装置）采取的专门防腐措施等，不同的防腐技术、措施各有利弊，应综合考虑电力设备种类、工作环境、腐蚀状况以及经济条件等因素选取相应的防腐措施。电力设备防腐技术将进一步拓展方向。从材料研发角度来看，一方面将不断挖掘新的耐蚀材料，注重材料的高性价比；此外，继续提高耐候钢的材料性能，降低耐候钢的材料成本，并积极研究开发性价比高的耐候钢新品种，扩大其应用范围；另外一方面，研制自我修复的材料是一种趋势，对于材料表面的破损或者刮伤等问题，能够在其表面刮伤后引起自修复的过程，进而自动修复破损或者划伤部位，实现材料防护效果的最大化。

从技术融合的角度来讲，在腐蚀防护领域，技术融合是未来的趋势和方向。例如，腐蚀防护层、阴极保护、生物防腐三位一体联合应用，以及纳米技术用于涂装防腐、蒸汽/气相缓蚀技术等。以阴极保护和涂层防护并重，发挥其各自优点，特别是阴极保护主动防护的长期优势及涂层防护物理隔离屏蔽的长期作用，二者相互结合可以产生 1+1>2 的效果；借鉴其他领域的先进经验和技术，如采用纳米技术改性防腐涂层等。总之，未来的电力设备防腐技术将不断发展与创新，通过多学科交叉融合、技术创新与推广运用等方式为电力系统的安全可靠运行提供更多的保障。

来源：《涂层与防护》2025年第12期