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摘要：变电站建设主要以钢结构为主，对于钢结构的性能有着较高要求。文章将分析钢结构腐蚀化学原理，研究钢结构腐蚀设计过程中的主要需求，论证防腐技术，比选常用防腐方案，旨在提升变电站建设水平。
关键词：防腐技术；变电站；钢结构；化学过程
变电站钢结构工作环境特殊，导致钢结构材料更容易受到风吹、日晒、雨水腐蚀等因素的影响（如图一：变电站钢结构）。根据研究结果显示，我国变电站维护过程中由钢结构腐蚀导致的维护费用居高不下，耗损已经达到千亿人民币[1]。变电站钢结构损坏影响十分严重，不仅会增加变电站维护成本，也会影响结构主体安全性，给电力系统运行埋下安全隐患问题。因此对变电站钢结构防腐技术进行深入研究，能够延长设备使用时间，提升其安全性、可靠性。
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图一：变电站钢结构
一、变电站钢结构腐蚀原理
钢结构腐蚀是由于钢材质在适宜的水、温度以及其他物质影响下发生了化学反应过程。从化学角度进行分析，钢结构腐蚀过程中需要满足四个必要条件（阴极、阳极、电解质和氧气、金属接触），才能够出现腐蚀现象。
具体腐蚀化学过程为：（1）阳极端，铁在外界条件影响下释放电子，并生成Fe2+；（2）阴极端，阳电子与氧（水中生成氧）进行反应，生成OH-；（3）当阳极端电子不断向阴极端流向时，就会满足钢结构腐蚀的四个条件，生成腐蚀电流[2]。
对变电站钢结构腐蚀化学原理进行深入分析，能够为钢结构腐蚀设计研究提供理论依据，分析具体的防腐方案是否科学、有效。
二、变电站钢结构腐蚀设计需求
变电站对于电力系统电能输送具有重要意义，工作环境较为恶劣，投入维护成本比较高，对其使用性能提出了较高要求。因此在变电站钢结构腐蚀设计过程中需要满足以下需求：
第一，长效性。变电站使用频率高，为了保持电力系统运行的稳定性，需要常年带电运作，投入成本高，维修难度也大。因此在钢结构腐蚀设计过程中，首先要保证防腐效果的长效性，才能够降低钢结构腐蚀维护成本，尽量延长其使用周期。
第二，实用性。在钢结构腐蚀设计过程中，必须考虑腐蚀原理，确保防腐方案能够满足变电站钢结构应用环境。
第三，环保性。变电站钢结构建筑规模大，投入成本也较高，对于周边环境影响明显。在选用钢结构腐蚀设计过程中，要从考虑应用的环保性，符合国家可持续发展理念，节约钢结构建设能源。
第四，影响小。变电站钢结构主要通过镀锌、涂锌实现防腐功能，就会导致钢结构外形发生变化。尤其在结构交接处，对于钢结构的影响较大，甚至导致构件发生形变，影响构件的精准度，导致部分构件无法正常安装。因此在进行钢结构腐蚀设计过程中，必须考虑防腐方案对于钢结构的影响，避免影响构件精准度，对钢结构运行性能产生副作用。
三、变电站钢结构防腐技术
（一）阴极保护
根据钢结构腐蚀原理，可以得知腐蚀电流从阳极端到阴极端的不间断流动，是导致钢结构腐蚀的重要原因。因此在防腐过程中，可以通过阴极保护技术，中断钢结构腐蚀过程。设计人员可以将锌粉附着于钢结构表面，用锌涂层代替钢结构的阳极端，保护钢结构不被腐蚀。在这一过程中，锌粉与腐蚀电流发生化学反应，代替钢结构与腐蚀电流之间的反应。
（二）隔绝防护
在钢结构腐蚀过程中，氧气、电解质发挥了巨大作用，如果能够防止钢结构与氧气、电解质进行接触，中断腐蚀过程。在防腐过程中，可以提供镀锌、涂刷锌粉等技术手段，隔绝钢结构与外界的直接接触，让其不具备钢结构腐蚀条件，从而达到防腐的目的。
（三）缓和腐蚀
缓和钢结构腐蚀，可以延长钢结构使用寿命，减缓腐蚀过程，从而起到钢结构抗腐蚀维护作用。根据这一原理，可以在钢结构表面涂刷氧化层，提高材质的防渗透能力。根据研究显示，钢结构缓和腐蚀方法主要有无机非金属涂层、有机涂层、金属覆盖等几类，防护年限有较大差异，从一年到五十年不止，用于变电站的缓和腐蚀材料使用寿命可以达到五十年，但部分构件连接区域，由于构件结构性能、使用频率等原因较为薄弱，使用后容易出现损坏现象，一般为五到十年。
对比几种防腐材料，非金属表现性能比较佳，适合变电站钢结构的运行环境，具有良好的绝缘性能，并且能够耐腐蚀、耐热度，但确定也同样突出，由于材料质地原因，韧性较差。钢结构金属覆盖层可以延长其使用寿命，厚度范围从毫米到微米，主要材质为锌或锌合金，在电力系统中运用较广。从金属性能上而言，铝的防腐性能要高于锌，但在电力系统中应用范围不高，主要与工艺水平有直接关系。铝覆盖后厚度不够稳定，同钢结构结合能力不强，难以被大范围应用。
我国电力系统建设处于世界前列，在钢结构腐蚀技术研究中也取得较高的成果。经过多年研究发现，在钢结构防腐中应用热镀锌与热喷锌技术应用效果较佳，其中前者应用更为普遍。但随着冷喷锌技术研究工作的深入，也有部分变电站在钢结构建设过程中采用冷喷锌技术。
四、钢结构防腐方案性能比选
（一）热喷涂锌技术
防腐原理：采用阴极保护技术方法，将锌材料热喷涂在钢结构上，并控制孔隙率为9%（±1%）。
表面处理：在处理过程中需要按照GB8923-88Sa3技术标准进行喷砂处理，保障其精度、粗糙度符合相关要求[3]。
应用性能：周期长、效率低，对于施工温度有较高要求，每小时仅能够完成50m2的施工进度。
环保评估：热喷锌过程中可以让锌挥发或者变成细小颗粒，具有毒害作用，对于周边环境影响较大。一旦采用此工艺进行防腐，200m的范围内都不能够有人长时间驻留、办公。
（二）热镀锌技术
防腐原理：采用阴极保护技术方法，通过热镀锌的方式隔绝钢结构腐蚀过程。
表面处理：主要通过磷化、酸洗的方式处理表面工艺，但也会留下使用隐患，镀锌层在残留酸洗、磷化物质腐蚀下，提早进行脱落，材质本身与钢结构材质接合性能比较差。
应用性能：对于防腐施工工艺水平要求高，温度需要达到440℃，并对镀锌槽的体积有着较高要求[4]。但由于温度过高，容易让钢结构发生形变，破损后也难以采用同样的工艺进行修复，热镀锌技术应用后的性能不够稳定。
环保评估：热镀锌技术严重污染水质。
（三）锌盾冷喷锌
防腐原理：采用隔绝防护与阴极保护两种技术。
表面处理：对于清洁度要求较高，需要施工人员预先去除锈斑、污物，仅允许保留8%（±2%）的锈迹表面，但对于表面处理粗糙度要求不高。
应用性能：应用便捷，可以在施工现场、车间等多个场地进行施工，对于湿度没有较高要求，温度需要达到-10℃~50℃[5]。当钢结构表面锌盾冷喷锌涂层出现破损后，可以采用原工艺进行修补，投入成本要更低。
环保性能：产品无毒害作用，应用后对于周边环境影响很小。
结语
变电站是电力系统中的核心组成部分，承担着电能分配的重要作用，能够变化电力系统中的电流、电压，达成预期电流输送目的。在变电站设计过程中，钢结构是其主要建筑构成，如果出现腐蚀问题，将会影响电力输送效果。设计人员要结合钢结构腐蚀原理，根据实际防腐需求，比选优势方案，才能够真正满足变电站建设需求。
参考文献
[1]张春潮.变电站钢结构防腐蚀设计及其应用研究[J].四川水泥,2019,（3）:273.
[2]朱江,崔大铭,张际明,等.高性能带锈防腐涂料在变电站钢结构的应用[J].中国科技纵横,2019,（8）:164-165,168.
[3]池翔.变电站钢结构防腐设计研究与应用[J].中国新技术新产品,2017,（18）:40-41.
[4]陈杰锋.建筑安装钢结构防腐质量控制探讨[J].建筑工程技术与设计,2020,（4）:335.
[5]齐燕.建筑钢结构涂料防腐设计注意事项[J].全面腐蚀控制,2020,34（1）:77-78.
作者介绍
郑晴友（1990.12.15），男；汉族；硕士研究生；工程师；研究方向：变电站设计；单位：国网赣州供电公司。