0 引言

近年来，随着电力输送容量的不断增长，电网规模不断扩大，对所用构件质量的可靠性要求也越来越高^[1-2]，然而电网设备长期服役于恶劣的环境中，金属材料容易发生腐蚀损伤，造成构支架承载能力下降、变电站箱体密封性能失效、紧固螺栓松动引发连接部件发热等设备故障^[3-4]。蒙西电网供电区域达72万km²，环境状况复杂、腐蚀差异性较大，某些地区的输变电设备防腐效果并不理想。

本文结合蒙西地区电网金属技术监督工作，通过分析输电线路镀锌钢塔材、变电站室外密封箱体及紧固螺栓的质量检验结果，对腐蚀情况进行评价，分析腐蚀损伤原因，并提出相应的防护措施，以减轻金属材料“脱皮掉肉”现象，保障电功率安全稳定输送，为今后蒙西地区电网设备防腐施工、运行维护以及寿命评估提供判据和方法支持。

1 腐蚀失效案例分析 1.1 输电线路镀锌钢塔材

镀锌是输电线路塔材防腐的主要手段，一方面，镀锌层化学性质稳定，可以有效隔绝腐蚀介质；另一方面，锌电极电位低，作为牺牲阳极先被腐蚀，对基体钢材起到了保护作用^[5]。乌海地区某220 kV架空线路塔材腐蚀情况严重，塔脚钢板、塔腿角钢、斜拉角钢表面被麻点状尖锐凹坑所覆盖，局部形成了大面积黄褐色锈垢，斜拉角钢发生弯曲变形，如图 1所示。

1.1.1 塔材尺寸测量

对塔材进行尺寸测量，结果如表 1所示。可以看出塔脚钢板、塔腿角钢、斜拉角钢减薄率均超过了20%，其中斜拉角钢减薄率达到了34%。材料的减薄降低了塔材的结构性能，破坏了整体的受力平衡，严重削弱了铁塔的承载能力。

1.1.2 金相组织检测

彻底清除塔材表面的腐蚀层，进行金相组织检测，发现塔脚钢板、塔腿角钢、斜拉角钢组织均为等轴状分布的铁素体+珠光体，如图 2所示。塔脚钢板珠光体数量较少，以条状偏析带的形式存在；塔腿角钢、斜拉角钢存在较多的尖锐腐蚀性孔洞，这些分布在基体中的孔洞容易形成应力集中，成为塔材失效的起源。

1.1.3 能谱分析

对铁塔混凝土基础附近及距铁塔20 m远处的土壤进行能谱分析，得到各元素质量分数如表 2所示，可以看到铁塔附近土壤中S元素质量分数为7.89%，要高于远离铁塔土壤中S元素质量分数。

1.1.4 镀锌厚度检测

利用涂层测厚仪对未腐蚀的塔材进行镀锌厚度检测，发现其表面镀层并不均匀，局部位置厚度不符合GB/T 2694—2010《输电线路铁塔制造技术条件》规定的最低要求^[6]。乌海地区矿产资源丰富，拥有大量的能源化工、建材、冶金企业，因而SO₂、烟尘污染相对严重。SO₂是一种非常有效的阴极去极化剂，它的存在会加快腐蚀速度，随着日晒雨淋，不符合要求的镀锌层会越来越薄，最终损失殆尽，使得基体钢材失去保护。

1.2 变电站室外密封箱体

变电站中装有精密仪表、电子元器件的室外机构箱和端子箱，通常由奥氏体不锈钢制成，其工艺性能和低温韧性良好，表面形成的致密氧化膜使电极电位升高，产生钝化效应，具有较强的耐蚀性^[7]。巴彦淖尔地区某110 kV变电站部分室外密封箱体发生锈蚀，呈黄褐色斑点状，带有小而深且不连续的蚀坑，无松动的浮锈，如图 3所示。

1.2.1 化学成分分析

使用手持式X射线荧光光谱仪对7个密封箱体化学成分进行抽检，结果见表 3。其中4个箱体的Mn质量分数介于8.94% ~9.51%，不符合DL/T 1424—2015《变电站金属材料腐蚀防护技术导则》中奥氏体不锈钢箱体Mn质量分数≤2%的要求^[8]。此外，这4个箱体的Cr元素质量分数介于14.6%~ 15.0%，Ni质量分数介于0.69%~1.17%，而常用奥氏体不锈钢的Cr元素质量分数介于17.00%~19.00%，Ni质量分数介于8.00%~10.00%。在奥氏体不锈钢中，Cr的主要作用是与O生成钝化膜阻止基体被侵蚀，但要求Cr质量分数达到17%以上才能生成有效钝化膜来阻止侵蚀；Ni作为扩大奥氏体区元素，其质量分数达到8%以上才能保证不锈钢的组织为奥氏体，从而达到提高材料抗腐蚀性、塑性和韧性的目的。

1.2.2 能谱分析

对电压互感器端子箱、隔离开关电动操作机构箱外表面的腐蚀产物进行能谱分析，得到各元素质量分数如表 4所示，其腐蚀产物主要为Fe的氧化物，且Cl质量分数较大，分别为1.20%、2.31%。

处于钝态的金属仍具有一定的反应能力，即钝化膜的溶解和修复保持动态平衡。氯离子的活化能力强，当环境中氯离子质量分数较大时，平衡遭到破坏，溶解大于再钝化。其原因是氯离子能优先吸附在钝化膜上，挤掉氧原子，与钝化膜中的阳离子结合成氯化物，形成小蚀坑。当不锈钢表面结构不均匀时，如存在表面伤痕、夹杂物等缺陷，点腐蚀就容易发生^[9]。

1.3 紧固螺栓

螺栓是重要的紧固零件，电网设备中的构件通常使用螺栓进行连接，这样构件与螺栓之间就会存在狭窄的缝隙，昼夜温差产生的液膜或雨滴，在毛细作用下进入这些间隙，容易发生缝隙腐蚀^[10]。鄂尔多斯地区某220 kV变电站接线板连接螺栓腐蚀严重，尤其是螺纹和螺杆头直角位置处粗糙不平，存在大量黄褐色锈迹，螺纹局部还附着少许白色粉末状腐蚀产物，如图 4所示。螺栓未锈蚀区域呈银白色，有金属光泽。

碳钢的腐蚀产物一般有α-FeOOH（黄色）、γ-FeOOH（橙色）以及Fe₃O₄（黑色）3种^[11]，通过清理螺栓锈迹，发现其腐蚀产物可以分为2层，第1层为黄褐色酥化，容易去除；第2层为黑色，质地坚硬，与基体结合牢固。图 5为螺栓腐蚀产物微观形貌，可以看到腐蚀产物表层结构复杂，存在大量絮状突起，零散分布着细小颗粒；底层呈长条状，较为平整。

螺纹增大了螺栓与电解液的接触面积，间隙与死角较多，是防护的薄弱环节。如图 6所示，腐蚀后的螺纹存在不同程度的损伤，部分螺纹腐蚀严重，基体损失较多，力学性能降低，容易松动脱扣，引起连接部件发热或损坏。由缝隙腐蚀引发的事故具有很高的隐蔽性，巡检时不容易发现，严重威胁着电力系统的安全稳定运行^[12]。

由于螺纹的特殊结构，冷镀锌质量无法得到保证，出现漏镀缺陷的可能性较大，防腐性能严重不足。此外，冷镀锌保护层的附着力不如热浸镀大，一旦镀层发生损伤，表面破损点就变成了腐蚀中心，锌逐渐脱落，螺栓基体开始腐蚀。随着腐蚀产物的不断沉积，这些沉积就会与接线板之间组成闭塞电池，铝制接线板成为阳极，反应生成白色铝氧化物。

2 防护建议

蒙西地区电网设备分布地点涉及各种环境，面对腐蚀性较强、污秽等级较高的区域，采用单一的防腐技术难以达到腐蚀控制要求，需要联合应用多种防腐技术^[13]，在确保经济性和环保的前提下，制定合理、有效的措施并加以落实，防护建议如下：

（1）加强入网材料质量管控，将不符合标准与设计要求的材料拒之门外。严格按照电网金属技术监督规程文件要求，关口前移，做好室外密闭箱体不锈钢材质鉴定、碳钢部件镀锌厚度检验工作，建立入网材料检测档案^[14]。

（2）完善连接部件安装工艺，进一步提高设备运行可靠性。做好备品备件的储备工作，新更换螺栓在M16以下规格时宜采用不锈钢件，M16及以上规格宜采用热浸镀锌螺栓，安装时可以在螺栓表面涂抹防锈润滑脂。

（3）采取差异化应用，确保腐蚀防护工作的有效性。根据服役地点环境情况，对钢结构镀锌层厚度进行调整，及时清除失效部分并进行补强处理。除此之外，还可以考虑使用拒水、耐候性能良好的复合涂料进行防护^[15-17]。