陳新 國家電網(wǎng)公司全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院電工新材料研究所所長

    腐蝕是世界各國及各行業(yè)面臨的共同問題，電網(wǎng)設備的腐蝕問題是影響其使用壽命和導致設備及結構失效的重要原因之一。據(jù)國家科技部和中國工程院最新全國腐蝕調查統(tǒng)計，中國年腐蝕總成本超過 2 萬億人民幣，約占當年國民生產總值的 3.34%，其中電網(wǎng)因腐蝕造成的設備折舊、維護等費用每年近 800 億，腐蝕造成的電網(wǎng)經濟損失十分巨大。

    電網(wǎng)工程覆蓋區(qū)域廣闊，所處的自然環(huán)境復雜多樣，既有高溫高濕的沿海地區(qū)，腐蝕性極強的酸性土壤、鹽漬土等惡劣腐蝕環(huán)境，又面臨部分工業(yè)快速發(fā)展地區(qū)所帶來的重工業(yè)大氣污染環(huán)境，并伴隨復雜的電磁場環(huán)境。目前，電網(wǎng)公司不斷推動全球能源互聯(lián)網(wǎng)、“一極一道”戰(zhàn)略及新型儲能等多能綜合利用技術，電網(wǎng)工程面臨的腐蝕環(huán)境也日趨苛刻，如海底電纜及海島線路的海洋環(huán)境，太陽能、儲熱等局部特殊環(huán)境、“一極一道”發(fā)展面臨的極寒極熱等極端環(huán)境，并且電網(wǎng)設備所處自然環(huán)境腐蝕規(guī)律與特征具有明顯的地域差異，不同大氣、土壤等自然環(huán)境類型導致電網(wǎng)戶外設備的材料腐蝕及使用壽命差別很大。這些復雜多樣的自然環(huán)境都給電網(wǎng)設備的腐蝕防護帶來了極大的挑戰(zhàn)，電網(wǎng)工程建設中根據(jù)腐蝕環(huán)境進行合理的選材和有針對性的防腐設計變得十分困難。

    近年來，由環(huán)境腐蝕引起的電網(wǎng)設備材料失效事故頻率逐年上升，一些地區(qū)電網(wǎng)設備部件，如導線、地線和接地材料，在長期運行下腐蝕問題嚴重，設備壽命不能滿足設計要求。電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行隱患增大，增加了電網(wǎng)的運行維護成本。

    電網(wǎng)輸變電線路及變電站等電網(wǎng)工程不但面臨復雜多樣的腐蝕環(huán)境，所使用的設備及材料種類、牌號也十分多樣。其中輸電線路包括：桿塔、導線、地線、連接件、緊固件、金具、接地極、絕緣子、桿塔基礎等多個部分，使用材料包括：碳鋼、耐候鋼、不銹鋼、鋁及鋁合金、銅及銅合金、鍍鋅鋼、合金鍍層鋼、鋁包鋼、銅包鋼、涂料、橡膠、環(huán)氧樹脂、硅橡膠、復合材料，混凝土等等。變電設備則更為復雜，包括：變壓器、開關、鏈接線、接線板、箱體、接地網(wǎng)、支撐等多個部分，使用材料包括：碳鋼、鋁及鋁合金、銅及銅合金、不銹鋼、鋁鍍銀、銅鍍銀、鍍錫材料、電 / 熱鍍鋅材料、涂料、鋼筋混凝土等等。僅以鋁合金為例，變電站使用鋁合金材料包括2系、5系、6系、7 系鋁合金等多種牌號。電網(wǎng)輸電線路和變電站設備及材料種類繁多，同樣造成了電網(wǎng)工程材料腐蝕行為多樣和使用壽命的差異。不同種類的電網(wǎng)設備和材料面臨不同程度和種類的腐蝕問題，如圖 1、圖 2 所示。在滿足輸變電工程對材料電學、力學等條件的要求下，電網(wǎng)工程對材料的選擇和腐蝕防護提出了更為復雜多樣的要求。

圖1 輸電線路中的腐蝕

圖2 變電站中的腐蝕

    近期，國家電網(wǎng)公司開展的電網(wǎng)腐蝕調研工作結果顯示，電網(wǎng)腐蝕種類十分多樣，幾乎涉及到腐蝕種類的各個方面。就電網(wǎng)工程大氣環(huán)境下的腐蝕而言，腐蝕種類包括：涂層老化、應力腐蝕、縫隙腐蝕、剝層腐蝕、點蝕、電燒蝕等等，電網(wǎng)大氣環(huán)境下不同腐蝕種類占比如圖 3 所示。

圖3 電網(wǎng)工程大氣環(huán)境腐蝕種類及占比

    電網(wǎng)腐蝕種類不但多樣，由于其所處環(huán)境常常伴有高壓電磁環(huán)境特征，一些腐蝕行為具有明顯的電網(wǎng)特征，如電網(wǎng)高壓直流輸電工程接地極面臨的直流電解腐蝕，部分設備面臨強電磁場和自然環(huán)境等多因素耦合作用下的腐蝕問題，進一步加大了電網(wǎng)腐蝕防護工作的難度。

    為保障電網(wǎng)運行安全，提高電網(wǎng)設備使用壽命，提升電網(wǎng)應對不同自然環(huán)境的能力，電網(wǎng)公司一直在積極努力地開展電網(wǎng)工程腐蝕防護研究工作。在輸變電防腐新材料及新技術的開發(fā)及應用、輸變電材料腐蝕評價及監(jiān)測技術開發(fā)及應用、輸變電工程腐蝕數(shù)據(jù)庫及腐蝕地圖建設、輸變電材料腐蝕標準體系及輸變電設備防腐設計體系建設等多個方面開展了長期的工作。

    輸變電防腐新材料及新技術的開發(fā)及應用方面，以接地材料及輸電鐵塔防腐方面為例，針對接地材料防腐問題，先后開發(fā)了銅覆鋼接地材料、新型合金鍍層、鐵氧體涂層、石墨接地極、導電混凝土等新材料，在部分地區(qū)試點開展了外加電流陰極保護技術在接地系統(tǒng)防護方面的應用。針對輸電鐵塔防腐問題，先后開發(fā)了新型合金鍍層防腐材料，如鋅鋁鎂稀土合金鍍層等、多種高性能防腐涂料、高性能腐蝕防護油脂、輸電鐵塔用耐候鋼、新型塔角及緊固件包覆技術等新材料及新技術，部分地區(qū)已開展了輸電鐵塔用耐候鋼的工程應用工作。

    輸變電材料腐蝕評價及監(jiān)測技術開發(fā)及應用方面，先后研究建立了針對不同大氣、土壤環(huán)境腐蝕等級的常用輸變電材料腐蝕防護評價技術；電網(wǎng)腐蝕監(jiān)測技術方面以土壤腐蝕監(jiān)測為例，研發(fā)了基于電化學原理的接地網(wǎng)在線腐蝕監(jiān)測裝置，實現(xiàn)無人值守下的腐蝕參數(shù)定時測量、數(shù)據(jù)上傳服務器和數(shù)據(jù)分析匯總，以及不開挖條件下直接測量接地網(wǎng)腐蝕速率裝置等多種接地網(wǎng)腐蝕監(jiān)測和檢測設備；開發(fā)出了多種輸變電設備腐蝕測量系統(tǒng)、分析系統(tǒng)以及輸變電材料腐蝕壽命預測系統(tǒng)等電網(wǎng)腐蝕防護相關軟件，為電網(wǎng)工程設備和材料的腐蝕防護提供軟件方面的支持。

    輸變電工程腐蝕數(shù)據(jù)庫及腐蝕地圖建設方面，電網(wǎng)系統(tǒng)開展了大量的腐蝕數(shù)據(jù)和腐蝕環(huán)境數(shù)據(jù)的收集工作，建立了針對輸變電金屬及其防護材料的大氣及土壤環(huán)境腐蝕的數(shù)據(jù)庫，電網(wǎng)大氣 / 土壤環(huán)境腐蝕地圖及電網(wǎng)工程材料腐蝕壽命預測體系，可實現(xiàn)輸變電金屬及其防護材料在不同大氣及土壤環(huán)境下腐蝕數(shù)據(jù)、材料性能數(shù)據(jù)、典型地區(qū)腐蝕環(huán)境數(shù)據(jù)的查詢，并可進行相關輸變電工程材料耐腐蝕壽命的預測及分析。電網(wǎng)也正在逐步建立并完善電網(wǎng)工程環(huán)境腐蝕地圖，指導電網(wǎng)工程的腐蝕防護工作。

    輸變電材料腐蝕標準體系及輸變電設備防腐設計體系建設方面，針對電網(wǎng)工程設備及材料腐蝕問題，分別建立了 DL/T 1424-2015 電網(wǎng)金屬技術監(jiān)督規(guī)程、DL/T 1425-2015 變電站金屬材料腐蝕防護技術導則、DL/T 1453-2015 輸電線路鐵塔防腐蝕保護涂裝等多個電網(wǎng)腐蝕防腐方面的標準，并在逐步建設和完善輸變電設備及材料腐蝕防護標準體系；逐步開展了輸變電線路及變電站防腐設計規(guī)范建設工作，對變電站建設中腐蝕評估、涂層體系選擇、表面除銹、涂裝工藝及要求、質量驗收等多方面提出了要求。

    目前電網(wǎng)腐蝕防護工作方面還存在著許多的不足，應加強以下幾方面的工作：第一、加強輸變電工程材料腐蝕基礎理論研究，如電磁場環(huán)境和大氣環(huán)境耦合作用下的輸變電工程金屬及其防護材料腐蝕行為及機理研究；交流 / 直流雜散電流與土壤環(huán)境耦合作用下的接地材料腐蝕行為及機理研究等等；第二、輸變電工程新型耐蝕材料及腐蝕防護體系的研發(fā)及應用；第三、輸變電工程設備及材料高效準確的腐蝕模擬、評價、監(jiān)測技術及裝備的開發(fā)及應用；第四、輸變電材料腐蝕數(shù)據(jù)分析及智能學習技術的研究；第五、進一步建立和完善輸變電材料設計與腐蝕防護標準體系。

    隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，輸變電工程必將面臨更加復雜的環(huán)境腐蝕問題，電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行也必將面臨更大的挑戰(zhàn)，電網(wǎng)腐蝕防護工作任重而道遠。努力提升電網(wǎng)應對自然環(huán)境的能力，提高電網(wǎng)腐蝕防護的整體水平，建立面向新一代電力系統(tǒng)的電網(wǎng)腐蝕防護體系工作，不僅是為了滿足電網(wǎng)行業(yè)高性能、長壽命、低風險、智能化運行發(fā)展的需求，更是服務“一帶一路”、全球能源互聯(lián)網(wǎng)建設等國家戰(zhàn)略的需要。

    ●  人物簡介

    陳新，男，漢族，1973 年 6 月生，2001 年畢業(yè)于東南大學，獲博士學位，正高級職稱。目前擔任國家電網(wǎng)公司全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院電工新材料研究所所長一職，國家電網(wǎng)公司專業(yè)領軍人才，國家電網(wǎng)公司工程技術專家，中國腐蝕防護學會電網(wǎng)腐蝕防護與安全專業(yè)委員會主任委員，中國電機工程學會材料學科專家組成員。

    陳新多年從事電網(wǎng)輸變電工程新材料研發(fā)及應用技術研究，近年來主要在輸變電設備防護材料、固體絕緣材料、及輸電線路復合材料桿塔及導線等方面展開研究工作。作為項目負責人及主要參與人承擔國家、北京市及國家電網(wǎng)公司科技項目 30 余項，發(fā)表論文 30 余篇，2015 年主持編寫專著《電氣工程接地材料》并公開出版，獲得授權發(fā)明專利及實用新型專利 20 余項，主持及參與編制行業(yè)及國網(wǎng)公司級技術標準 30 余項。獲得省部級、國網(wǎng)公司級科技進步獎 20 余項。他作為國家電網(wǎng)公司材料領域的權威技術專家，先后擔任 2009 年國家電網(wǎng)公司“十二五”科技發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃報告 - 新材料及應用技術領域編寫組組長，國家電網(wǎng)公司“十三五”科技規(guī)劃新材料技術領域編寫組組長，2012 年國家能源局組織的國家能源材料發(fā)展指南 - 電網(wǎng)材料應用領域編寫組組長。獲國家電網(wǎng)公司工程技術專家稱號、國家電網(wǎng)公司專業(yè)領軍人才稱號，2014年度國家電網(wǎng)公司優(yōu)秀科技專家榮譽，中國電監(jiān)會全國電力安全專家委員會成員。