陈浩，张彦军，郝文海，乔欣，谢利明

（1.内蒙古电力科学研究院，呼和浩特 010020；2.包头供电局，内蒙古包头 014030）

0 引言

电力金具起着连接和固定裸导线、导体及绝缘子，传递机械载荷、电气负荷的重要作用，通常安装在户外，服役环境比较恶劣，因此腐蚀锈蚀不可避免[1-2]。一旦金具提前腐蚀失效，将造成连接线路断开或掉落，引起停电跳闸事故，因此金具腐蚀防护层的可靠性对于电网的安全稳定运行至关重要。

运维检修人员在某220 kV变电站巡检过程中发现多支母线悬吊复合绝缘子高压侧连接金具锈蚀严重。该变电站为老旧变电站，目前已投运33年，位于电解铝工业园区内，属于重工业污染区，复合绝缘子连接金具材质为Q235B碳素结构半镇静钢，表面采用热浸镀锌处理。本文对腐蚀损伤的复合绝缘子连接金具进行检验分析，以找出腐蚀原因，避免同类失效问题再次发生。

1 理化检验

1.1 宏观检验

对腐蚀损伤的复合绝缘子连接金具进行宏观形貌观察，发现绝缘子高压侧联板及直角挂板锈蚀严重，其中联板表面镀锌层已完全脱落，直角挂板及其连接螺栓大部分区域镀锌层已脱落，锈层表面呈麻坑状，腐蚀产物为红褐色，而低压侧连接金具及高压侧双联碗头挂板、连接螺栓镀锌层则相对完好，未见明显锈蚀。此外，复合绝缘子连接金具未见明显机械损伤及塑性变形，如图1所示。

图1 腐蚀复合绝缘子连接金具宏观形貌

1.2 金相分析

对腐蚀损伤的复合绝缘子连接金具取样进行金相显微组织分析，腐蚀的复合绝缘子连接金具微观组织形貌如图2所示。可以看出，联板、直角挂板及连接螺母的组织均为块状铁素体+少量沿晶分布的珠光体，未见异常组织；此外，与联板和U形挂环相比，连接螺母的晶粒尺寸更细小。

图2 腐蚀复合绝缘子连接金具微观组织形貌

1.3 化学成分分析

采用火花放电原子发射光谱法对腐蚀损伤较为严重的联板取样进行化学成分检测，检测结果见表1。结果表明，联板中各元素质量分数符合GB/T 700—2006《碳素结构钢》对Q235B材质的要求[3]。

表1 腐蚀损伤的联板各化学成分质量分数 %

1.4 腐蚀产物形貌及能谱分析

利用扫描电子显微镜（SEM）对腐蚀损伤的复合绝缘子连接金具腐蚀产物微观形貌进行检测，结果如图3所示。可以发现，锈蚀的连接金具表面腐蚀产物较致密，其中，联板表面存在众多大小不一的球状颗粒，直角挂板表面腐蚀产物呈块状并伴有球状颗粒，连接螺母表面腐蚀产物呈片层状。

图3 腐蚀损伤的复合绝缘子连接金具表面腐蚀产物SEM形貌

利用能谱分析仪（EDS）对腐蚀损伤的复合绝缘子连接金具腐蚀产物进行成分分析，检测结果如图4—图6及表2所示。可以看出，绝缘子金具腐蚀产物主要为铁的氧化物和硫酸盐，金具表面的硅和钙主要以氧化硅和氧化钙的形式存在，应为砂石吸附在其表面所致。

表2 腐蚀产物能谱分析结果 %

图4 联板腐蚀产物EDS分析谱图

图6 连接螺母腐蚀产物EDS分析谱图

2 腐蚀机理分析

由于电力金具的腐蚀在本质上可以看做是电化学腐蚀，金具表面热浸镀锌层中的锌电极电位较低，因此会先于铁基体发生腐蚀。当雨水、雪水或潮气吸附于镀锌层表面形成薄液膜时，即构成了电解液环境，将发生如下的微观腐蚀电池反应[4-7]。

在锌层表面缺陷处，阳极的锌不断溶解，形成大量肉眼可见的小孔，而阴极则发生氧的去极化反应。具体反应如下：

图5 直角挂板腐蚀产物EDS分析谱图

若大气未被污染，酸性介质含量较低，因腐蚀产生的氢氧化锌、氧化锌、碳酸锌等化合物，将进一步反应生成碱式碳酸锌，并以沉淀的形式析出形成难溶于水的致密薄膜，可有效阻止水分渗入锌层，减缓后续腐蚀反应的发生，起到自我保护的效果。

该220 kV变电站位于电解铝工业园区内，因生产电解铝而排放的废气和烟尘造成变电站周边空气中二氧化硫含量偏高，对金属材料的腐蚀性极强。空气中二氧化硫的溶解及氧化过程可生成大量的H+，导致镀锌层表面液化膜的酸化。一方面作为去极化剂参与阴极反应，可加快阳极锌的溶解；另一方面，在酸性环境中，原本较致密的碱式碳酸锌保护膜可与硫反应生成硫酸锌[8-9]，反应式如下：

Zn（OH）2ZnCO3+2SO2+O2→2ZnSO4+H2O+CO2↑。（4）

硫酸锌为水溶性盐，极易被雨水、雪水冲走，从而导致金具表面镀锌层的快速消耗。一旦金具失去了防腐镀层的保护，暴露在大气中的铁基体将快速腐蚀，形成大面积的点蚀坑，若其腐蚀减薄量过大，就会直接影响连接金具的承载能力。

此外，复合绝缘子连接金具中联板和直角挂板表面锈蚀严重，镀锌层已完全脱落，但处在相同运行工况下的低压侧连接金具和高压侧双联碗头挂板、连接螺栓镀锌防护层保存相对完好，说明联板和直角挂板的镀锌层质量较差，防腐能力严重不足，在一定程度上加剧了其腐蚀损伤程度。

3 结论和建议

3.1 腐蚀原因

综上分析可知，本次220 kV变电站母线悬挂绝缘子连接金具锈蚀主要源于以下两方面：

（1）复合绝缘子高压侧连接金具表层镀锌层质量较差，导致其耐蚀性能无法满足服役环境的腐蚀工况；

（2）变电站位于电解铝工业园区内，多年来因工业生产所排放的烟气及粉尘使得周边空气中二氧化硫等腐蚀性气体含量较高，造成金具镀锌层提前失效，导致暴露在强腐蚀性大气环境中的铁基体快速腐蚀损伤并出现大面积点蚀坑。

3.2 处理建议

基于造成该变电站母线悬挂绝缘子高压侧连接金具锈蚀的主要原因，提出如下建议。

（1）对同批次在役复合绝缘子高压侧连接金具进行排查，发现锈蚀损伤严重的应及时更换。

（2）金具安装前应加强镀锌层质量的检测力度，在满足尺寸精度的前提下，尽量增加镀锌层厚度，以避免类似腐蚀失效再次发生。

（3）在典型的重工业污染区，可以考虑使用抗硫化腐蚀能力更强的铝锌合金或铝锌合金作为腐蚀防护层[10-11]。