Анализ технологии защиты от коррозии в высоковольтных разъединителях
Высоковольтные разъединители являются важными защитными устройствами в промышленных электрических системах. Обычно устанавливаемые как внутри помещений, так и на открытом воздухе на рабочих местах, эти разъединители подвержены коррозии из-за множества факторов во время длительной эксплуатации. В данной статье анализируются технологии защиты от коррозии для высоковольтных разъединителей на основе естественных условий окружающей среды, внутреннего конструктивного дизайна и стратегий защитных покрытий, с целью поддержания стабильной и надежной работы соответствующих предприятий.
1. Предпосылки исследования
Высоковольтные разъединители служат важными защитными компонентами в электрических системах предприятий. Из-за их типичного размещения как внутри помещений, так и на открытом воздухе, они постоянно подвергаются воздействию различных коррозионных агентов со временем. В данной статье исследуются методы защиты от коррозии, рассматривая три ключевых аспекта: природная среда, внутреннее строение и защитные покрытия — предоставляя практические рекомендации по повышению надежности оборудования и поддержке устойчивых промышленных операций.
Факторы, влияющие на коррозию высоковольтных разъединителей
(1) Факторы природной среды
Учитывая их важную роль в обеспечении стабильной работы системы энергоснабжения, высоковольтные разъединители имеют строгие требования к окружающей среде. Они обычно устанавливаются в местах с:
Высотой ≤ 1,000 м
Температурой окружающей среды от –30 °C до +40 °C
Средней суточной относительной влажностью ≤ 95% RH
В многих промышленных условиях с высокими температурами окружающей среды, разъединители часто устанавливаются на открытом воздухе. Поскольку большинство компонентов разъединителей металлические, длительное воздействие высокой влажности и температуры ускоряет окислительные реакции между металлическими поверхностями и атмосферной влагой. Это приводит к снижению производительности со временем. В регионах с большим суточным перепадом температур конденсация на металлических поверхностях значительно усиливает коррозию.
Кроме того, в промышленных районах, где происходит сжигание угля или химическая обработка, выделяются загрязняющие вещества (например, SO₂, NOₓ, хлориды), что усиливает коррозию металлических конструкций. Предприятия должны выбирать подходящие антикоррозионные покрытия или планировать своевременную замену компонентов в зависимости от местных условий окружающей среды.
(2) Факторы конструкции компонентов
Высоковольтный разъединитель обычно состоит из базового сборочного узла, проводящих частей, изоляционных компонентов и механизмов управления/передачи. Недостатки конструктивного дизайна или неправильная установка могут создавать зазоры или мертвые зоны, где накапливаются пыль, влага и коррозионные частицы — что в конечном итоге приводит к ржавчине в критических областях.
Во время эксплуатации контактные пластины — ключевые интерфейсы, соединяющие различные проводящие элементы — особенно уязвимы. Когда различные металлы, такие как медь, алюминий и сталь, контактируют под нагрузкой, происходит гальваническая (электрохимическая) коррозия. Это увеличивает контактное сопротивление, вызывает локальное нагревание и ускоряет износ механизмов передачи и управления.
Поэтому при закупке и обслуживании персонал должен точно проверять размерные и электрические параметры, проводить пробные запуски для оценки конструктивной целостности и отдавать предпочтение разъединителям с прочными, устойчивыми к коррозии конструкциями.
2. Стратегии защиты от коррозии высоковольтных разъединителей
2.1 Обнаружение трещин изоляторов
Поломка изолятора представляет серьезные риски для электрических систем. Фарфоровые изоляторы, подверженные длительному воздействию окружающей среды, могут подвергаться коррозии и старению. Поскольку они обеспечивают критическую механическую поддержку и электрическую изоляцию между проводящими и передающими частями, любая трещина может вызвать короткое замыкание, отключение питания или даже опасность безопасности.
Ультразвуковое тестирование является широко применяемым методом для обнаружения дефектов изоляторов. Например, в фарфоровых изоляторах типа столб, трещины обычно возникают на глубине 10–20 мм ниже чугунного фланца. Инспекторы должны использовать ультразвуковые датчики (≤5 мм в диаметре) на фланце и смежных цилиндрических поверхностях, совмещая кривизну датчика с профилем изолятора. Сочетая K-значения угловых датчиков с измерениями расстояния между фланцем и цилиндром и анализируя данные распространения ползучего волны, можно точно определить микротрещины. Раннее обнаружение позволяет своевременно заменить изоляторы с помощью воздушных платформ, обеспечивая непрерывную работу разъединителя.
2.2 Замена основных компонентов на основе алюминия
Обычные материалы для корпусов разъединителей включают алюминий, сталь и медь, каждый из которых имеет уникальные свойства устойчивости к коррозии (см. таблицу 1). Алюминий демонстрирует превосходную устойчивость к окислению и термическую стабильность. При комнатной температуре он образует плотную, само-пассивирующую оксидную пленку через реакцию:
4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃
Эта пленка Al₂O₃ (обычно толщиной 0,010–0,015 μm) эффективно защищает подлежащий металл от атмосферной и тепловой коррозии. Любую остаточную чувствительность к влаге можно уменьшить с помощью гидрофобных поверхностных покрытий.
При наличии признаков ржавчины на ранних этапах основные конструктивные компоненты следует заменить. В условиях с высокими выбросами серы/хлоридов (например, на электростанциях) многофакторная коррозия от влаги и дымовых газов требует использования передовых сплавов, таких как алюминий-медь или алюминий-цинк, в качестве оптимального выбора материала для критических частей.
2.3 Гальванизация стальных компонентов
Традиционные красочные покрытия недостаточно защищают от агрессивных промышленных загрязнителей, таких как SO₂ и хлор. Горячее или электро-гальваническое покрытие является основным методом борьбы с коррозией стальных деталей в разъединителях.
Цинк экономически эффективен, обеспечивает отличную катодную (жертвенную) защиту и образует прочный коррозионно-стойкий слой. Процесс оцинкования включает:
Подготовка поверхности: шлифовка или полировка для удаления заусенцев и ржавчины.
Обезжиривание: щелочная очистка с использованием NaOH и Na₂CO₃, затем тщательное промывание горячей водой.
Кислотная обработка: погружение в кислотный раствор для интенсивного травления, затем промывание водой и сушка.
Электролитическое покрытие: использование нейтральной цинковой ванны на основе хлорида калия (с добавлением осветлителей и смягчителей) при температуре 25–35 °C, с поддержкой аэрации сжатым воздухом; продолжительность покрытия ≤ 30 минут.
Пассивация: погружение покрытой детали в раствор комнатной температуры, содержащий ~8–10 г/л серной кислоты и 200 г/л дихромата калия, для образования плотного хроматного конверсионного покрытия.
Заключительная очистка и сушка: ультразвуковая промывка, затем сушка горячим воздухом.
Для текущего обслуживания техники должны использовать предварительно изготовленные запасные комплекты, применять смазки на основе дисульфида молибдена (MoS₂) к передаточным и рабочим механизмам, смазывать опорные подшипники и герметизировать контактные зазоры в проводящих сборках—тем самым повышая общую коррозионную стойкость через регулярный осмотр и уход.
3. Заключение
Высоковольтные разъединители незаменимы в электрических системах энергетических предприятий, обеспечивая надежную работу изоляторов и других важных компонентов. Однако длительное воздействие суровых природных условий и неоптимальные конструктивные решения делают их восприимчивыми к коррозии. Для решения этой проблемы в данной статье представлен всесторонний анализ мер защиты от коррозии—включая обнаружение разрушений изоляторов, стратегическую замену материалов (например, алюминиевых сплавов) и передовые методы защиты металлов, такие как оцинкование. Эти стратегии в совокупности повышают долговечность, безопасность и срок службы высоковольтных разъединителей в требовательных промышленных условиях.
