浅析户外电气设备的腐蚀和防护措施

摘要：对户外电气设备及其金属构架被腐蚀的原因进行分析，对危害进行简单描述，提出一些常用的防护措施，对常用的防护措施的局限性进行分析，再提出新的防护手段，采用氟碳涂层进行保护。

关键词：设备腐蚀危害防护 氟碳涂层

中图分类号：F407.6 文献标识码：A 文章编号：

根据佛山局变电一所2011年全年缺陷数据统计，全年发生的一次设备缺陷共446处，其中因设备锈蚀导致的各类设备缺陷共75处，占全部缺陷的16.8%。从这些数据可以知道，防止户外设备锈蚀、腐蚀可以大大降低设备发生故障的几率，提高设备的可靠性。

1、金属腐蚀的定义

南方地区潮湿，特别是沿海高盐密地区及一些重工业气体污染地区，如电厂、陶瓷厂、水泥厂等污染严重的地区，户外电气设备及其金属构架常年处于恶劣环境中，受到日照、湿度、温度、酸、碱、盐等各种外界因素的变化影响，对其外表面或材质存在一定的影响，严重的称为腐蚀。

金属腐蚀的本质：就是金属单质被氧化形成化合物。金属本身失去电子变成阳离子的过程（发生氧化反应）：M neˉ=== Mn+，这一过程会显著降低金属材料的强度、塑性、韧性等力学性能，破坏金属构件的几何形状，增加零件间的磨损，恶化电学和光学等物理性能，缩短设备的使用寿命等。

2、电力系统中常见金属腐蚀的类型

在电气设备中，例如设备构架或传动部分的铁腐蚀后变成氧化铁，逐层脱离，导致传动卡涩。设备的导电部分的铜腐蚀，变成氧化铜，从而增加导电面的接触电阻，影响过流等。以下是一些户外设备腐蚀的情况:

2.1均匀腐蚀：金属表面与环境接触的整个金属表面上几乎以相同速度进行的腐蚀。往往是大面积的较为均匀的腐蚀，虽降低构件受力有效面积及其使用寿命，但比局部腐蚀的危害性小。

2.2晶间腐蚀：晶间腐蚀是金属材料在特定的腐蚀介质中，沿着材料的晶粒间界受到腐蚀，使晶粒之间丧失结合力的一种局部腐蚀破坏现象。受这种腐蚀的设备或零件，有时从外表看仍是完好光亮，但由于晶粒之间的结合力被破坏，材料几乎丧失了强度，敲击时失去金属声响，轻轻敲击便成为粉末。易造成突然事故。因此这种腐蚀的危害性最大。如下图中某厂互感器的一次端子短接板和某厂充气式互感器的充气接头

2.3应力腐蚀：金属在腐蚀介质及拉应力(外加应力或内应力)的共同作用下产生破裂现象。断裂方式主要是沿晶的、也有穿晶的，这是一种危险的低应力脆性断裂、在氯化和碱性氛氧化物或其它水溶性介质中常发生应力腐蚀，在许多设备的事故中占相当大的比例。

应力腐蚀过程一般可分为三个阶段。第一阶段为孕育期，在这一阶段内，因腐蚀过程局部化和拉应力作用的结果，使裂纹生核；第二阶段为腐蚀裂纹发展时期，当裂纹生核后，在腐蚀介质和金属中拉应力的共同作用下，裂纹扩展；第三阶段中，由于拉应力的局部集中，裂纹急剧生长导致零件的破坏。

2.4点腐蚀：是发生在金属表面局部区域的一种腐蚀破坏形式。点腐蚀形成后能迅速地向深处发展，最后穿透金属。点腐蚀危害性很大，尤其是对各种容器是极为不利的。出现点腐蚀后应及时磨光或涂漆，以避免腐蚀加深。

2.5小结：金属被腐蚀后，在外形、色泽以及机械性能等方面都将发生变化，会使电气设备的操作卡涩或漏气、漏油，影响使用以至报废，甚至发生严重事故。因此防止金属腐蚀有很重要的意义。

户外设备金属主要的防腐蚀思路是：（1）对金属做必要的精炼，以减少其中能导电的不活泼杂质；（2）对电气设备及时保养，减少金属与腐蚀性气体、电解质溶液、潮湿气体的接触；（3）根据用途不同采取不同的方法使金属与造成发生的介质隔离，如涂油脂、喷漆、镀层、表面钝化等；（4）选用适宜的金属或非金属制成耐腐蚀的合金，如炼制不锈钢、耐酸钢等；（5）采用电化学防护方法。

3、户外电气设备防腐蚀的常用措施

3.1、目前户外设备的防腐蚀措施，主要是对铁构件采取热镀锌的办法来进行防腐处理，特别是对于运行年限较长的金属构架，输电铁塔等。

3.2、采取喷涂漆类防腐涂料也可使设备的金属部分获得较长的室外暴露使用寿命。

3.3、随着户外输变电设备防腐技术的发展，重防腐体系涂料逐渐应用于户外输变电设备的防护。

4、现有防腐蚀措施在电力系统应用中的局限性

电力设备及其构架现有防腐蚀措施主要是不定期使用防腐蚀涂料，对已锈蚀的电力设备及其构架进行防护的关键是防腐涂料的选择和涂装前锈蚀表面的处理。采用的防腐涂料底漆多选用环氧富锌底漆、防锈底漆等，但是由于锌层表面能很低，很多涂料在其表面的附着力差，直接影响了涂层体系的防护效果，采用涂覆涂料进行修复后，2―3年就需要重新涂刷。

钢铁或锌层表面涂装涂料前须除油除锈，除锈的传统方法为手工除锈、酸洗、喷砂或喷丸等。在锈蚀无法彻底消除的情况下铁锈还会再生，从而直接影响涂层的防护效果。目前，我们通常对电力设备及其构架的修复是通过手工除锈进行，该种除锈方法很难把锈去除干净，难以保证涂层质量。一些研究者使用磷化液对电力设备及其金属构架的表面进行处理，以增强涂层在其表面的附着力，但是电力设备及其金属构架表面的磷化处理只能通过擦拭或喷淋来进行，不能浸泡，因此容易产生缺陷。另外，磷化处理过程中需要用水冲洗，而电力设备及其金属构架比较高，面积分散，在实际操作中会受到很大限制。

因此，使用防腐涂料对电力设备及其金属构架进行防护的过程中必须解决除锈等级不高、涂层在基体表面附着力差的问题。

5、新型氟碳涂料在电力设备上的应用

5.1氟碳涂料的特点和优点：

氟碳涂料是以含氟共聚树脂或氟烯烃与其它单体共聚物为主成膜物质，经加工改性、研磨制成的涂料。其主要特征是树脂中含有大量C-F键（C-F键是已知最强的分子键），以及氟原子的化学物性，使得氟涂料与一般涂料相比，有其无可比拟的耐自然老化性、耐酸碱性、耐化学腐蚀性能、耐热性、耐寒性、自熄性、不粘性、自性、抗辐射性等优良性能，其使用寿命达普通涂料的3-5倍。

5.1.1优良的防腐蚀性能：高健能的C-F键环绕保护C- C主链，致使氟碳树脂分子结构异常稳定，为基材提供保护屏障，同时漆膜表面硬度高、耐冲击、抗屈曲、耐磨性好，物理机械性能优异。

5.1.2免维护、自清洁、亮丽装饰：高键能的C-F键紧密排列在材料表面，致使氟碳涂层具有极低的表面能，宏观表现为不沾污、自洁性好，表面灰尘可通过雨水自洁，极好的疏水性（最大吸水率小于5%）且斥油、极小的摩擦系数（0.15 - 0.17），不会粘尘结垢，防污性好。同时，涂料涂层外观亮丽，有光泽，具有一定的装饰性。

5.1.3强附着性：在铜、不锈钢等金属、聚脂、聚氨脂、氯乙烯等塑料、水泥、复合材料等表面都具有其优良的附着力，基本显示出宜附于任何材料的特性。

5.1.4 超长耐候性：涂层中含有大量的C-F键，环绕C- C主链，并且保护不稳定的酯键、醚键不被氧化，整个分子结构稳定，决定了其可以长久使用，超强的稳定性，不粉化、不褪色，使用寿命长达20年，具有比任何其他类涂料更为优异的使用性能。

5.2、氟碳涂料在电力系统应用的可行性分析

5.2.1氟碳涂料在防腐领域的应用由来已久，但氟碳涂料在电力设备及其金属构架的防腐应用方面，目前还比较少。氟碳涂料基于其独特的化学结构，在电力设备及其金属构架防腐方面有着特殊的优点。涂料防腐蚀作用主要包括以下内容：① 屏蔽作用 ② 阴极保护作用 ③ 漆膜的电阻效应 ④ 颜料缓蚀作用和钝化作用。氟碳涂料防腐应用主要取决于氟原子和碳原子的原子结构，由于氟分子是非极性分子，氟元素具有较小的极化率，而且氟原子核对其核外电子及成键电子云的束缚作用较强，结构相对对称。同时氟原子和其他原子共聚形成高聚物时，氟原子起到很强的屏蔽效应和空间位阻作用，使其共聚物具有比普通非氟共聚物更高的化学惰性。以上所有因素决定了含氟聚合物具有优异的性能。

氟碳涂料以氟树脂为主要成膜物质的涂料。目前，应用比较广泛的氟树脂涂料主要有PTFE、PVDF、FEVE等三大类型，由于PTFE和PCDF的固化需要高温条件，无实用性，因此，这里主要讨论适合在常温固化的FEVE氟碳涂料。

根据一些科研机构的实验结果表明：FEVE氟碳涂料具有超强的耐候性，经过5000 h人工加速老化，保光率仍在80%以上 ；室外应用涂层不粉化，不起泡，不起皱，不脱落。通过天然老化试验和环境扫描电镜（ESEM）研究表明 ：FEVE氟碳涂料的耐候性远远优于常规涂料。

5.2.2氟碳涂料应用实例

近年来，FEVE氟碳涂料在我国许多重大工程上，例如，重庆嘉陵江大桥的钢梁，由于受酸雨影响，每年必须除锈和油漆一次，每次花费几十万元，从1993年使用氟碳涂料至1999年的6年时间里，涂膜完好，只有轻微的失光。2000年以后设计或改造的重点桥梁90%都指定用氟碳涂料进行涂装保护。

氟碳涂料在鸟巢奥体中心、武汉天兴洲大桥、杭州湾跨海大桥、浙江舟山世界第一高输电铁塔、世博会中国馆、上海浦东国际机场等工程也获得应用，为氟碳涂料的推广普及起到极大的助力，奠定了良好的市场基础。

5.2.3、氟碳涂料在电力系统防腐蚀方面的推荐使用方式

5.2.3.1热镀锌 + 氟碳涂料

设备金属构架在出厂安装前通过热镀锌工艺，在钢构件表面附着一层锌保护层，它通过是复杂的物理、化学作用过程，在500度左右的高温下通过铁件与锌液的扩散作用，在铁件表面形成铁---锌合金层，合金层外侧形成纯锌层，冷却后形成完整镀锌层，因此热浸镀不同于普通涂料层，它在耐候、防腐性能优异，具有10年以上的防腐寿命。

热镀锌和氟碳涂料相结合，能够更加有效地保护了电力钢结构设备，该工艺实施后耐腐蚀性是热镀锌使用年限的1.5-2倍，保障了南方潮湿地区，特别是沿海高盐密地区及一些重工业气体污染地区的电力系统安全、稳定、可靠的运行。

5.2.3.2直接喷涂氟碳涂料

部分户外电气设备本身，受其安装设计的要求，其金属部位不能全部采用热镀锌工艺，单纯通过一般涂层或涂抹黄油进行简单防腐，因此在这些非活动的部位适宜直接喷涂氟碳涂料，确保在10年内不用进行较大型的防腐维修，这种措施也能够大大提高防腐年限。

6、结论

氟碳涂料在电力系统的应用，目前还比较少见，故不能一步到位的全面推广，要先做好点示范，能够达到理想的效果，进而再进行推广，遵循以点带线，以线带面，最后全面服务整个电网的步骤。

参考文献

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[6] 王斌,氟碳涂料在电力系统应用的必要性与可行性

作者简介：

沈勇（1976-）男 福建诏安人，工程师，长期从事变电运行、检修管理工作。

张峰（1973-）男 广东南海人，高级工程师，长期从事变电运行管理工作。