电网金属部件反腐保护层的便携式电镀设备设计及技术应用

2020-01-16陈高汝陈展超钟文贵林擎宇李积捷

科技与创新 2020年1期

陈高汝，陈展超，钟文贵，林擎宇，李积捷

陈高汝，陈展超，钟文贵，林擎宇，李积捷

（国网福建省电力有限公司福州供电公司，福建福州 350000）

针对近年来电力设备对于金属部件的防腐蚀抗氧化工作中出现的各种问题，提出一种电网金属部件反腐保护层的便携式电镀设备设计及技术应用，该设备能根据金属构件的材质和使用环境，电镀合适的金属防腐层，同时通过建立起的防护质量评估体系，对在役腐蚀后的金属部件进行二次（多次）防护，延长使用周期。

金属部件；反腐保护层；电镀；质量体系

在电力系统输变电领域，设备构件所使用金属一般要求具有较好的导电性，其中最常使用的金属材料是铜、铝及其合金。然而在实际运行中，以福州市输变电设备为例，大多数设备常年服役于严酷的湿热海洋气候下和工业污染的大气环境中，因此输变电材料腐蚀现象非常普遍，如图1和图2所示。由于铁、铜、镍等金属的临界湿度值在50%～70%之间，而福州市的年相对湿度在77%，因此在此湿度下金属表面已形成完整的水膜，以致形成电化学腐蚀，且湿度越大，腐蚀越严重。而在各种腐蚀因素的共同作用下，金属材料的力学性能会大幅下降，出现金属构件的硬化、变脆，进而发生开裂。同时，氧化腐蚀后的金属材料其接触电阻将会大大增加，并导致接触部分发热。而且金属接点发热与金属表面氧化之间往往是相互推动的，也就是说发热会进一步加快氧化过程，而氧化也会进一步加剧温度的提高，当温度达到一定高度的时候甚至会产生电弧，引发接地短路。

而上述情况的出现将会直接威胁到输电网的安全运行。如蒙西地区某220 kV变电站曾因金属导线及线夹在受严重腐蚀破坏后，导致主变压器发生故障，直接经济损失达300余万元。因此电网公司每年都投入了大量的人力物力对腐蚀的输变电金属构件进行处理或更换，但是效果都不尽如人意。这是因为其处理手段仅仅是局限于对腐蚀的金属构件进行锈蚀、污垢的简单清理，随后便投入使用，并未对其进行进一步的防腐保护。

1 研发思路

通过对近几年来的电力设备金属部件的防腐蚀抗氧化工作中出现的各种问题进行分析，发现即使每年都投入了大量的人力物力对腐蚀的输变电金属构件进行处理或更换，但是效果都不尽如人意。总结为以下3种原因：①处理手段仅仅是局限于对腐蚀的金属构件进行锈蚀、污垢的简单清理，随后便投入使用，并未对其进行进一步的防腐保护；②缺少长效及完善的质量评估体系和长期防护体系；③电镀设备体积较大，便携性能差。如何简化整个操作流程及建立完善的体系成为主要考虑方向。因此，本课题重点将集中于设备的技术性能、质量评估体系及长期防护体系的建立上。

图1 被腐蚀的刀闸开关静触头零部件

图2 被腐蚀的母线铜排

2 研制要求

本项目对于研制目标，需要实现以下要求：①设备实现便携性能，方便移动及操作；②设备能同时容纳打磨机、电镀机及电解槽，并实现快速打磨电镀操作；③电镀机为单相220 V，满足输出电流200 A；④装置具备安全快速的散热效果；⑤建立完善的质量评估体系和长期防护体系。

3 具体实施

3.1 技术方案

本项目研制的电网金属部件反腐保护层的便携式电镀设备是在传统工业用的电镀设备基础上，针对特定场合要求作出的改良。区别于目前市面上的电镀设备原材料投入量大且成本较高的问题，本项目的研发成果简化了当中的工艺，使其适用于变电站现场的电镀操作，能有效提高效率和节省成本开支。

在电镀工艺上，项目组通过探索影响腐蚀金属部件二次防护质量的电镀因素和规律，制定了本项目的电镀工艺参数及验收规范，设备结构设计灵巧，涂层附着能力强。通过深入研究腐蚀规律及其机理，为金属部件电镀二次防腐层的选材、防护提供针对性的方案，设备可根据金属构件的材质和使用环境，电镀合适的金属防腐层，同时还能对金属防腐层厚度实现调整控制，可根据实际情况调整电流密度和电镀时间，最终实现金属部件局部保护层的电镀。在进行电镀工艺优化步骤后，建立金属部件腐蚀后二次（多次）电镀防护的质量（保护层厚度、附着力等）评估体系，对在役腐蚀后的金属部件进行二次（多次）防护，延长使用周期，减少检修人员对输变电设备构件的检修次数和时间，提高效益并节约成本。

设备为一个三层工具箱结构设计。其中，底部一层用于固定电镀机，中间一层用于放置打磨机等工具，上层用于放置电解槽；工具箱的顶部设有箱盖，打开后可以取出电解槽和打磨工具；工具箱侧面设有侧门，可以打开操作电镀工具；工具箱后方设有伸缩拉手，能根据实际情况及操作人员身高进行长度拉伸调整。工具箱底部设计为万向刹车轮，提高其移动便捷性。侧面装有散热风扇，能解决在电镀打磨过程中造成的高温问题。

其中，电镀机尺寸为W220×D450×H350，为单相220 V，输出电流200 A；电解槽材料为塑料，内尺寸为L450× W320×H155，能满足变电站现场的规范条件使用。设备尺寸如图3所示。

图3 设备尺寸图

3.2 工具特性

3.2.1 增加灵活性

工具箱能根据金属构件的材质和使用环境，电镀合适的金属防腐层，具有很强的适应性及灵活度。

3.2.2 提升可靠性

在进行电镀工艺优化步骤后，建立金属部件腐蚀后二次（多次）电镀防护的质量（保护层厚度、附着力等）评估体系，对在役腐蚀后的金属部件进行二次（多次）防护，延长使用周期。

3.2.3 增强功能性

根据现场实际情况，调整电镀时的电流密度和时间，实现金属防腐层厚度的可控调整。

3.2.4 保障安全性

由于是在传统工业用的电镀设备基础上，针对特定场合要求作出的改良，不但简化了当中的工艺流程，同时减少了流程中可能存在的安全风险。

4 技术关键及创新

本项目研发的装置设计技术关键及创新技术包括：①建立适用于不同材质和在不同环境下使用的金属构件的二次（多次）电镀防护工艺参数体系；②建立金属部件腐蚀后二次（多次）电镀防护的质量评估体系；③建立长期防护管理规范。

5 产品效果及前景

5.1 经济效益高

对于目前的金属部件氧化和腐蚀情况对电力设备造成的影响，电力部门检修部每年都需要投入大量的人力、财力和物力对腐蚀的输变电金属构件表面进行打磨和清洁，但由于缺乏防护机制，使得金属部件服役期限大大缩短，导致经济效益差、电网风险率和检修人员工作量增加、工作效率低等问题。本项目通过建立完善的质量评估体系和长期防护体系，能有效地改善企业对于其设备部件的维护手段，提升供电可靠性。