杨超 杨永军 杨建平
西电宝鸡电气有限公司 陕西宝鸡 721000
概述：海上风电是重要能源产业之一，近几年的平均增长速度达到80%以上。随着陆上地域资源越来越紧缺，我国在国家战略层面，已将包括海上风电在内的可再生能源作为新时期能源发展的主攻方向，计划到2030年非化石能源消费占一次能源消费的20%。“十三五”时期，我国能源发展总体目标是“建设绿色低碳、安全高效的现代能源体系”，围绕能源生产和消费革命，大幅增加可再生能源在能源生产和消费中的比重。大规模发展海上风电将成为国家能源结构调整和节能减排目标实现的重要途径之一。
海上风电设备由于其使用环境恶劣,常规防腐工艺无法满足海上特殊环境下对设备的防护，需要应用特殊的制造工艺。因此防腐工艺研究是海上风电设备首要解决的因素。海上风电户内开关设备内置于箱体内，属于第二类环境。对于其特定C4环境的防腐实施，主要应用了以下工艺：
一、表面喷漆
海上风电户内开关设备环境属于高温、高湿、高盐雾、冷凝污染持续发生的地区，要保证涂层的防护作用，涂料必须选用经船级社认证的船用漆类有机溶剂型涂料(双组分)，不得采用水性涂料。表面喷漆主要应用在设备的直接接触表面。
表面进行喷漆处理的环境温度低于5°C时禁止作业，湿度不得高于90%，光照不低于150-300Lx。表面喷涂主要有以下2种材料类别：
1、冷板喷漆
Q235冷板，具有良好的漆类附着力，可作为户内开关设备的面板使用。使用前必须前处理。常规的静电粉末喷涂已被证实不能承受海上C4级以上腐蚀环境，应采取环氧富锌类底漆+环氧云铁中间漆+磁面漆的方式。其NDFT（干膜厚度）值根据腐蚀等级的具体使用年限确定。具体可参照ISO12944-5色漆和清漆 －防护涂料体系对钢结构的防腐蚀保护－第5部分 ：防护涂料体系章节内容。
2、敷铝锌板喷漆
板材由55%铝、43.4%锌与1.6%硅在600°C高温下固化而组成，其整个结构由铝-铁-硅-锌，形成致密的四元结晶体，从而形成一层强有效防止腐蚀离子透穿的屏障。其良好的加工性和高强度，使得其作为开关设备框架的主要材料使用。但在高潮湿、高盐雾侵蚀的海上使用时，其破损部分表面和断面直接暴露时，将会产生腐蚀现象，影响产品性能。可行的处理方式是表面进行喷漆处理。
2.1丙烯酸型防锈漆可多次喷涂，每隔3分钟喷上一层，至少3层。层干后形成坚韧、有弹性的不渗水薄膜。不可直接在太阳下暴晒，自然风干。风干时间1H以上，膜不粘手。装配时必须保护好表面。防锈漆不能在板件面上喷涂，否则长时间会形成氧化沉积物。
2.2表面喷漆时必须进行前处理，清除表面油污和增加漆类附着力措施（砂纸打磨使表面粗化）。喷涂采用环氧锌黄底漆+磁面漆的方式。待底漆完全干燥后，查勘缺陷并修复后在进行下一道工序的施工。
二、电镀
电镀是利用电化学的原理将电镀材料作为阴极，与镀层金属的相同的金属材料作为阳极（亦有采用不溶性阳极），电解液为含有镀层金属离子的溶液；阳极与阴极间输入一定的电流，在其表面添加一层金属保护层的表面加工方法，能增强金属的抗腐蚀性，增加硬度、防止磨损和表面美观。包括前处理（推荐超声波清洗替代酸洗，保护环境且能清洗缝隙中的污垢，电镀喷涂牢固后不会返绣）、电镀及电镀后处理三个阶段。镀层与基体金属、镀层与镀层之间应有良好的结合力。
1、电镀锌层韧性较好。锌的标准电位为-0.76V,对于钢铁基体来说，镀锌层属于阳极性镀层，主要用于防止钢铁的腐蚀，其防护能力的优劣与镀层厚度关系很大。通常热镀锌的厚度5-15um，在工业及一般大气环境下具有良好的防护性，能经受弯曲和机械变形，可焊。但镀层抗磨能力不强，铬酸盐钝化膜受破坏后，锌易生成体积大、疏松、无防护能力的白绣，也会对电子设备的性能又不良的影响。
海上风电户内开关设备可应用合金化镀锌板。
这种钢板是用热浸锌法制造，在出槽后立即加热至500oC左右，使其生成锌和铁的薄膜，具有良好的致密性和防腐性，镀锌层厚度不小于10um。在剪切该种表面处理的材料后应进行断面的防锈处理。
标准件镀锌层不小于10um,否则在装配状态下由于紧固过程磨损，在磨损处将明显产生锈蚀，导致该处不能拆卸。导电回路产生腐蚀物还会引起接触电阻增大而引发运行事故。标准件在组合状态下不能进行镀锌处理，否则间隙处不能处理到位。
各种元件的安装板、联锁类组件的非传动部分主要为冷板类镀锌处理，镀层厚度不小于10um。
2、电镀锌镍合金是一种优良防护性镀层，主要用于钢铁材料传动部件的耐蚀保护，用以取代镉镀层与锌镀层，适合在恶劣的工业大气和严酷的海洋环境中使用。它的硬度可达到HV250-400并且有良好的抗磨性，能满足产品正常力矩传送和表面完好，其厚度不低于10um。锌镍合金的处理方式比镀锌多30%的表面处理费用，大量使用应考虑其成本的增加，在方案实施前应予以考虑。
三、阳极氧化
阳极氧化是利用化学或电化学处理使金属表面生成一种含有该金属成分的皮膜层。作为阳极的金属材料在特定的电解液中通过外加电流使其表面形成膜层的一种材料保护。户内开关设备中主要应用在铝的导电回路表面，以防止其进一步氧化，同时增加表面的机械性。
铝属于两性金属，可与酸、碱都起反应，在中性盐雾环境下会被迅速腐蚀，所以未经表面处理的裸铝材禁止使用。铝不好电镀，但氧化铝很硬（可作磨料），化学性能又特好（不会再氧化，不受酸腐蚀），比一般金属还好，还可以染成各种颜色。
铝的阳极氧化可采用硫酸本色阳极氧化，膜厚度10μm。阳极氧化后导电回路电阻和载流与未处理之前经测试并无明显变化。
四、发黑
发黑是一种常用的化学表面处理手段，使金属表面产生一层氧化膜，以隔绝空气达到防锈的目的。处于户内设备防护最内层的构件表面常采用此方式。但因自身防腐蚀能力较低，采用其它方式替代。
1、选取不锈钢材质或采用镀锌层（非传动类）处理方式代替；
2、作为传动类如链条表面发黑可用具有高磨损性的电镀锌镍合金方式代替；
五、设备防护
作为海上风电的户内设备， 防护等级IP42型开关柜应被优先考虑。采用该防护等级可以减轻对产品元器件的腐蚀程度的要求（属于第二类使用环境的内部）。设备一、二次电器元件及电缆均应选用船运级的产品或通过船级社认证的产品；满足三防“防盐雾、防霉菌、防潮湿”的要求。
随着海上风电市场的迅速发展，防腐工艺的研究和应用对于设备的安全运行具有不可忽视的重要意义，应持续深入开展研究并推广应用。
参考文献：
1、ISO 12944-2017色漆和清漆－防护涂料体系对钢结构的防腐蚀保护；
2、GBT 10125-2012人造气氛腐蚀试验 盐雾试验；
3、GBT 6461-2002金属基体上金属和其他无机覆盖层经腐蚀试验后的试样和试件的评级；
4、GBT 2423.17-2008 电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验Ka：盐雾；
5、GBT 2423.18-2012 环境试验 第2部分：试验方法 试验Kb：盐雾，交变(氯化钠溶液)；
6、GB/T 33630-2017海上风力发电机组防腐规范
杨超 年龄：37 性别：男 工作单位：西电宝鸡电气有限公司
职称：工程师 学历：本科 从事专业：产品设计
杨建平 年龄：48 性别：男 工作单位：西电宝鸡电气有限公司
职称：工程师 学历：本科 从事专业：产品设计
杨永军 年龄：41 性别：男 工作单位：西电宝鸡电气有限公司
职称：工程师 学历：本科 从事专业：产品设计