变电站户外构支架腐蚀原因及防腐补强对策研究

李文霞 刘昊

【摘要】针对目前变电站户外构支架运行使用过程出现的腐蚀问题影响，文章从实践角度出发，分析了构支架腐蚀的原因，并从设计角度出发提出了防腐与补强处理对策。结果表明，需与构支架混凝土与钢结构的特性充分结合，才能使防腐补强措施效果起到事半功倍的作用。

【关键词】变电站;户外构支架;防腐蚀;

科技水平提升，使得各行各业对变电站运行使用的安全可靠需求越来越大。然而，变电站户外构支架因所处运行环境复杂，以及自身建设材料的性能缺陷，导致腐蚀问题发生。为解决此问题，研究人员应对腐蚀产生原因进行分析，以提升防腐设计与措施运用达到预期效果。

1、研究变电站户外构支架腐蚀原因及防腐补强对策的现实意义

建设工程中的钢结构建筑具有用钢量高特点，其能以自重轻、强度高以及抗震能力强作用于各类基础设施。变电站户外构支架工程，也逐渐利用钢结构替代混凝土或是砖混结构。但实际运用过程，钢会受空气或是潮湿环境影响而出现腐蚀问题。特别是，含有酸碱盐类介质的空气，锈蚀现象更为严重。经对腐蚀问题的实际作用情况进行分析，发现其不仅会对钢材表面造成不均匀锈蚀影响，还会使变电站户外构支架出现应力集中现象，缩短了钢结构的建设使用寿命。再加上，反复荷载作用环境下，会大幅降低钢结构疲劳强度进而引发脆性破坏。此问题背景下，长期处在承载力极限与运行极限状态，这就导致其耐久性与安全性容易出现失稳。具体控制工作，结构维护保养环节存在过于注重结构力学与材料理论问题，使得实际运行使用出现老化与腐蚀现象。为此，相关建设者以变电站户外构支架为例，通过分析其腐蚀原因，来提高防腐补强措施运用的效果价值。这样一来，变电站户外构支架就能以可持续状态作用于实践，以推动涉及行业的健康稳定发展[1]。

2、分析变电站户外构支架腐蚀的原因

变电站钢构支架多采用热镀锌普通碳钢材料，其腐蚀机理为，材料表面与所处环境介质发生化学或电化学反应，进而造成破坏与变质。腐蚀电池作用下，钢构支架环境中的Zn与Fe起阳极溶解作用。即陽极反应为：

Fe→Fe2++2e

Zn→Zn2++2e

由于环境中的腐蚀剂，H+、O2以及高价金属离子等，能够实现去极化剂与阳极稀释放出电子结合的反应。即阴极反应为：

H+去极化：2H++2e→H2

热镀锌钢构支架在不含氧的非氧化性酸介质中发生的主要阴极反应，又称析氢腐蚀。析氢反应时，氢的过电位ηH，代表阴极过程受阻程度，ηH 越大，腐蚀速度越小，当热镀锌构件中含有析氢过电位小的杂质时，将加快析氢腐蚀速度。

而O2的去极化，其在碱性、中性条件下为：

O2+2H20+4e→40H-

酸性条件下为：

O2+4 H++4e→2H20

这里的氧去极化反应，又称为吸氧腐蚀，普遍存在于钢结构环境。再加上，变电站热镀锌钢构支架不论是呈中性还是碱性溶液，均会受到水、大气以及土壤环境的影响，进而出现吸氧腐蚀问题。严重的，钢结构酸性介质中也会出现局部吸氧腐蚀。

对于高价金属离子还原与沉积为：

Fe3++e→ Fe2+

Cu2++2e→Cu

3、构支架的腐蚀对承载能力的影响

钢结构的腐蚀从钢材的表面开始，在腐蚀介质的影响下，首先在钢材表面生成一层铁锈，然后慢慢向内部和深处发展，铁锈的厚度越来越大，而钢构件的截面面积越来越小。钢结构未被腐蚀的材料，其材料性能与新材料相比基本上没有差别，其抗拉强度、抗压强度、弹性模量等指标基本上没有变化。

4、关于变电站户外构支架的腐蚀补强对策

4.1变电站户外构支架防腐措施的特殊要求：

变电站户外构支架考虑防腐的必要性如下：

（1）长效性。变电站自运行起，常年带电运行，屋外配电装置区域的构支架维修难度大，因此，必须采取有效的防腐措施，保证结构的安全性及耐久性，尽量避免运行期维修。

（2）变形小。变电站户外构支架构件，采用螺栓连接或焊接。结构构件在防腐施工时若发生变形，则容易导致结构安装精度不满足设计要求。因此，防腐措施影尽可能减少结构构件变形。

（3）适应性。防腐措施必须充分考虑各工程实际的腐蚀条件。

（4）防腐措施需节能、环保、安全、全寿命成本小。

4.2防腐与补强处理对策

4.2.1防腐对策

首先，改变金属结构的组织，在钢材冶炼过程中增加铜、铬和镍等合金元素，以提高刚才的抗腐蚀能力。像是Corten钢与耐大气腐蚀钢。其次，在钢结构表而用金属镀层保护，如采用热浸锌或热喷锌（铝）复合涂层法。再次，有机涂层法，即用涂料将钢材表而保护起来使其不受大气中有害介质的侵蚀。最后，阴极保护法，即在钢结构表而附加较活泼的金属取代钢材的腐蚀，多运用在地下结构。

此外，还可运用锌加涂料防腐措施来达到变电站户外钢构支架的质量控制目标。其优势体现在长效与施工便利两个方面。在防腐长效方面，锌加涂料不仅具有热浸锌、热喷锌（铝）的有一的阴极保护作用，而且具有有机涂料对钢结构的屏蔽保护作用，其防腐能力高于常规的环氧富锌底漆5-6倍。锌加涂料具有极好的电化学阴极保护作用和良好的屏蔽保护作用。此外，多层锌加涂料系统具有比单一锌加涂料系统超过双倍的防腐保护年限，根据世界公认的最佳协同效应，防腐保护年限估算公式为：

涂装系统防腐保护年限=（锌加涂料防腐保护年限+而漆的屏蔽保护年限）X （1. 5～2. 5）

如多层系统采用涂装锌加涂层60μm ，即使处在工业污染内陆环境条件下，锌加涂料的防腐保护年限将在12年以上。换句话说，如果面漆防腐屏障保护年限在8年以上，那么多层系统防腐保护年限将在30年以上。

在施工操作方面，锌加涂料不仅操作便利，且对基材表面的处理要求较低。究其原因，锌加涂料为单组分包装，施工简单、方便，开罐后经充分搅拌均匀即可使用，锌加涂料固含量高达80%，一次涂装就可达到要求的膜厚。锌加涂料可采用喷、刷、浸等常见方式进行涂装，非常方便在构支架维修现场进行涂装，可在一10～40℃涂装，可适应冬天环境条件施工。锌加涂料可在相对湿度小于95%的条件下以及潮湿的钢结构表而施工，而其他涂料则不能。采用锌加涂料维修时表而处理比较简单，对于构支架维修时喷砂不到的部位或者不能喷砂的部位，可以采用人工动力机械打磨处理至St2级即可。故而，锌加涂料的易施工性不仅降低了表而处理要求及施工强度，而且可节约工时，提升劳动生产率，同时锌加涂料干燥快，可以缩短钢构支架维修施工时间，保证维修涂装施工进度，具有十分重要的经济效益。

4.2.2补强设计处理

此工作需将设计重点放在钢结构整体结构补强上钢结构补强的主要方法有：减轻荷载、加大原结构构件截面和连接强度、改变结构受力途径、阻止裂纹扩展等。

结语：

综上所述，变电站户外构支架腐蚀问题的控制，需将设计、措施控制运用重点放在钢结构的防腐与补强工作，可以保护钢结构免受腐蚀或者降低结构构件被腐蚀的速度。减少因腐蚀造成的经济损失，延长建筑物的使用寿命，节约资金，具有较好的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]刘思，罗其锋，温焯飞，周文莹.变电站电缆层防碰撞装置的研究与应用[J].电工技术，2020（06）：110-112.