中國電器科學研究院有限公司工業產品環境適應性國家重點實驗室教授級高工揭敢新：海上風電電氣裝備腐蝕防護與測試評價技術

　　

 

　　揭敢新：大家好，感謝果巖秘書長的介紹，也非常榮幸有這個機會跟大家做這個交流。我是來自中國電器科學研究院限公司工業產品環境適應性國家重點實驗室，我們主要是做環境適應性，前面各位都談海上風電，環境適應性這幾年是個大問題，我想利用這個機會跟大家做個交流。

 

　　分四個方面，一個是環境的分析，另外一個就是測試評價技術，還有防護技能，還有工作建議。

 

　　首先分析，我們從內陸走上沿海，走上海洋，其實海洋現在只是一個過程，這個問題還是很多，吳凱理事長他說看上去是個藍藍的海，但也許是個黑黑的洞。我們現在海上問題還沒有解決，那腐蝕銹肯定是個大問題。

 

　　從這個圖表來看用顏色來表示溫度，從氣溫和水溫來看，從北到南我們國家沿海就是渤海最北，渤海、黃海、東海、南海，從北到南溫度逐漸加深，也就是溫度在逐漸升高，從這個也可以看到我們實際上在濕熱海洋，濕熱主要指南海這一帶，渤海和黃海屬于亞濕熱，所以濕熱還是比較惡劣。從鹽度來看我們選擇了幾個典型的點來進行監測，三亞是最厲害的。

 

　　從腐蝕等級來看，基本上都差不多，但是南海這邊還是厲害?，F在還有一個更重要的就是我們現在監測的數據大多數還是沿海的，就是海岸上的，真正海洋可能比這個還惡劣，通常大概2倍左右。其實我們不要覺得到海里面，就是我們的海島，現在我們南海建設了一些海島，我去調研看到那比我們的沿海厲害多了，有些可能一年兩年就基本上是沒法用了。

 

　　歐洲海上風電發展比較早，我們很多技術早期還是引進歐洲的技術。我們看到歐洲的情況，我們選擇了廣東沿海和福建沿海一些海岸風電場的一些點和歐洲荷蘭的點進行比較，從溫度來看都差不多，但是我們的年極端最高氣溫均超過35度，而且低溫也是25度左右，歐洲荷蘭這塊就是他不超過35度，而且低溫更低。這個是低溫情況，他的溫度比我們更低，他當然還有一些結冰的情況，但是這個結冰情況跟我們剛才前面專家介紹的，它可能屬于干的情況，跟我們這個濕的情況還是不一樣。

 

　　這個濕度，濕度是很重要的一個指標，溫度是一方面，濕度是一方面。濕度來看總體上說我們濕度比他厲害得多，而且我們的持續時間很長，歐洲雖然濕度也高，但是持續時間不長。

 

　　這是我們調研的實際圖片，我們在福建沿海，這個風電也是才建了兩年多，從這里可以看到情況已經很嚴重了，就包括輪轂還有塔基，當然這是看得見的情況，我們實際上現在更關注的是看不見的，就是我們說的所謂的電器，看得見的我們還可以通過表面處理，防護一下海可以，但是看不見的更嚴重，因為電器是所有設備控制的中心和腦袋，所以它一旦出問題，輕者影響運行，嚴重的話導致一些安全事故。

 

　　通過前面我們可以看到海上環境還是有特殊性，而且我們還有臺風。另外就是海上風電跟海洋平臺，船舶這塊很多也很清楚，但是它跟我們比還是有差異，一個是長期無人職守，無人維護，一個是設備比較高，還有維護成本也非常高，成本壓力也更大。所以相對于我國的暖溫和歐洲的海洋環境，我們濕熱環境更為嚴酷，這個也就為我們的腐蝕防護提出更高的要求，所以我們必須針對性的進行設計和研究。

 

　　這是我們開展的一些評價基礎研究方面的工作，我們在這個環境里面受影響，但是事實上大環境我們有些改變不了，但是小環境我們可以做。實際上這個小環境控制不好，就是我們通常說的微環境控制不好是直接影響到我們設備的穩定運行。這個我們在研究主要關注微環境，實際上我們要做的工作也是針對微環境，微環境的好壞也直接影響到產品的有效運行。

 

　　現在要解決這個電子設備在微環境的腐蝕失效問題，我們發現不但是環境，電流電壓對腐蝕依舊有很大的影響。所以從對電器設備來說，因為結構很復雜，不像鋼構件我們通過表面處理很簡單，電器設備很難通過電器本身角度來提高防腐能力，而且成本較高，因此需要整體改善，整體改善就是如何準確的量化腐蝕情況，這個是一個關鍵，就是我要首先知道我現在腐蝕到什么等級，然后根據等級采取什么相應的措施，所以這里面就是量化表征是一個關鍵?；谶@個我們針對性的開發了兩種技術，一個是凈化方案，一個是誘發散體技術。下面我分別介紹。

 

　　這個是我們在三亞開展的一些現場的實驗，包括變流器的外殼和關鍵零部件，以及整機模擬件現場試驗，從里面收集一些數據，同時我們也采取一些人工加速試驗方法，進行一些相關性研究。這個里面綜合各種環境因素，通常我們對腐蝕影響比較大的像溫度、濕度、鹽霧，還有電流電壓，另外還有一些腐蝕性氣體，腐蝕性氣體很復雜，各種各樣都有，通過這個原理我們來看它的腐蝕行為。這是我們開展一些對不同的電流電壓在不同的腐蝕環境條件下對更多材料的一些腐蝕性研究，這也是類似的。

 

　　這些工作我們因為實驗室也牽頭在電器協會的支持下我們做了能源局的十項風電標準，其中剛才說的研究標準有些已經體現在里面了，包括發電機、控制系統、變流器、結構件這些。

 

　　量化表征方法研究，這個也是一個很關鍵的問題。我們要如何準確的表征微環境，知道微環境的腐蝕等級進而采取相應的措施。傳統的方法通常是腐蝕稱重法，實際上這個方法比較粗，對電子器件來說遠遠達不到要求，所以它是沒法對我們后面的一些決策做出判斷。所以我們就研究一種高精尖的識別方法，這里面我們開發了一個叫做銅征測試片，測試精度可以達到納米級。國外也有類似產品，但是我們相比國外的銅類比，我們應該來說精度更好，組織也更均勻。這是國外和我們進行比較，在廣州進行了一個多月的驗證試驗，從試驗結果大家相似性非常好，趨勢大家都一致，另外我們的精度更高。這是一些具體的機理研究。

 

　　通過對腐蝕產物的總的各種腐蝕膜的計算，最后可以得出整體的腐蝕程度，這里有一個瞄標準，對應就可以查到它到底現在屬于什么等級，通過不同等級采取不同的措施。這是我們利用銅表層片進行一個實際的應用，這是一個例子，就是我們在測試過程中發現膜主要為氧化銅，每個月大概有1120埃，屬于信G3等級，屬于比較嚴重了，要采取措施了。

 

　　腐蝕防護技術，因為電器件比較復雜，無法對它進行單體的材料表面這些進行防護。所以要進行一個整體的防護。通常只有兩種，一個是鹽霧凈化，還有一個氣相防銹，目的通過整體改善環境使它達到理想化的目的。

 

　　在研究的時候我們發現鹽霧大多是在2-7微米之間，而且這個鹽霧是從液態、氣態、固態三種形式不斷轉化的，所以如何把它有效過濾是一個難點，我們通過實驗確定選用具有漸進結構的超梳水性國旅材料，讓海洋高濕度環境下的鹽霧由液體轉變為固態，解決傳統灰塵過濾材料難以過濾鹽霧的缺陷，基本上可以國旅2-10微米。這個是我們試驗的結果，一個是灰塵測試，進風面是比較嚴重的灰塵，出風面基本上很干凈。同樣鹽霧，進風面還是很嚴重的，出風面很干凈。通過過濾以后我們用銅表征測試片進行試驗，可以看到基本上還是比較理想，腐蝕已經非常的微弱。

 

　　實際上我們在現場也測試，比如說現場的大環境，腐蝕等級是GX，但是用過我們剛才那套系統以后它的等級可以降為G1，這個已經非常理想。這套系統我們根據需要還有一些配件，包括選用一些壓差計，包括對風機流量裝置控制，對鹽霧進行調節，可選配家裝除濕系統。

 

　　我們利用氣相防銹技術對電子元器件進行保護，這種方法有它的優越性，但是它也有它的缺點，首先它這個可能本身不同的氣相防銹劑也會對這個電子元期間產生影響，另外它在高濕度環境下效果會明顯降低，所以如何有效的改進能達到我們所需要的目的，這也是我們研究的一個主要的問題。

 

　　根據這些我們采取了三個措施，一個是對產品外殼結構進行改進，使氣相防銹粉不容易吸潮；二是對高濕度環境，外加控濕度措施與氣相防銹劑搭配使用。三是根據不同電器設備結構特征，定制氣相防銹劑用量和布局方案，改進后氣相防銹劑產品命名為氣相防銹發散體。

 

　　這個是我們改進中氣相防銹發散體實測的結果，從這個圖可以看到上面一個是采取了這種措施以后的，下面是沒有的，可以看到這個腐蝕防護效果還是非常明顯的。這個是國內外的同類產品進行比較，可以看到效果還是比較明顯。

 

　　因為電子元器件除了腐蝕以外更重要的是影響它的電器性能，我們要對它的電器性能進行測試，包括電阻、電感有關的參數，從測試來看幾乎沒有什么影響。

 

　　對電阻環氧樹脂板表面電阻、體積電阻有較小的影響，但是影響在接受范圍內，所以氣相防銹發散體對電路板不影響本身的性能。

 

　　小結一下，我們針對濕熱海洋環境，實驗室研制的鹽霧凈化處理和氣相防銹發散體兩種防護技術，從整體改善電器設備運行的微環境，解決濕熱海洋環境電器設備腐蝕問題具有良好的效果。

 

　　下面是一些建議，也是根據我們工作的一些體會，現在“一帶一路”也為我們帶來一些機會，也為我們帶來一些挑戰，因為“一帶一路”的環境非常復雜，有海洋的、高原的、干熱沙漠的什么都有，這些對我們這個產品走出去有很大的挑戰，所以我們必須做相應的前期工作。

 

　　對于海上風電來說同樣也有這個問題，如何把風險前移，使它能夠在我們設計階段或者在策劃階段就把這個問題解決，而不停留在后期的維護，進一步降低成本，其實對風電企業來說也是非常重要的。

 

　　我們實驗室因為這些年也是根據一些產業的需求，結合國家的戰略，我們在沿線也做了一些布局，包括沿途這些點我們都建立了相應的實驗研究點，現在已經開展一些實驗，另外我們也積累了一些數據，有些在慢慢轉化為國家標準，有些為企業的設計提供資源支持。

 

　　因為這個問題比較復雜也比較大，我們也希望拋磚引玉跟大家一塊來探討，也是搭建這么一個平臺，跟大家一塊來解決這個行業存在的共性問題出點力，謝謝大家！