随着经济的飞速发展，国家对电力的需求与日俱增，安全可靠的电力供应非常重要。然而，电力设施设备处于各种自然环境中，会遭受到不同程度的腐蚀破坏，导致性能降低甚至失效。因此采用有效的防腐措施十分重要。为了宣扬电力工业防腐蚀的重要性，了解电力工业防腐蚀的技术瓶颈，探讨未来电力工业防腐技术的发展趋势。记者特邀请到华北电力科学研究院有限责任公司的省公司级优秀专家教授级高工张秀丽做相关方面精彩解读。

    张秀丽，华北电力科学研究院有限责任公司教授级高级工程师、华北电力大学特聘硕士生导师、华北电力技术院工程技术院级专家、中国腐蚀与防护学会副理会理事。多年来，一直致力于电力设施腐蚀监检测与防护技术的研究，获得过7 项省部级优秀科技成果奖。

    张秀丽 华北电力科学研究院有限责任公司教授级高级工程师

    记者：电力工业中设备、设施的腐蚀状况以及腐蚀与防护学科在其中的重要性？

    张教授：电力工业是国民经济的重要组成部分，腐蚀是电力工业中不可忽视的重大问题之一，国家科技部、国家电网公司和各大发电集团公司已充分认识到腐蚀或环境失效是电力设施造成巨大损失的重要工程课题，多年来从不间断地组织相关的研究院所和高等院校与电科院、业主联合开展这方面技术研究。

    例如关于核工业中的腐蚀与防护的课题“核电关键材料及其焊接部位在微纳米尺度”和“核电关键材料的环境行为与失效机理”研究课题都已列为国家973 项目。

    各大发电集团为了解决发电生产环节出现的各种腐蚀问题，每年的科技立项中也都有关于腐蚀研究的课题，《超临界机组热力系统腐蚀与氧化在线监测系统的研究》、《亚临界机组腐蚀沉积风险控制措施研究及炉水多参数协同自动加药控制系统研发》项目分别是大唐国际有限责任公司2015 年和北京能源集团有限责任公司2016 年的科技项目。

    国家电网公司对输变电设施的腐蚀问题的研究尤为重视，为了解决输变电设备在腐蚀环境下可靠性不高和材料选型困难等问题，国家电网公司2013 年的科技立项中设立了《输变电设备防腐材料开发及应用关键技术研究》研究课    题，研究经费达1750 万元。

    为了研究高温沿海工业（高湿高盐高硫）环境下变电站导体（断路器、GIS外接线板，隔离开关动静触头等）关键设备材料腐蚀防护技术，掌握变电站设备用导体材料腐蚀现状及腐蚀失效原因，建立材料选型设计及防腐设计方法，国家电网公司在2017 年科技项目项中设立了《高温沿海工业环境下变电站设备导体材料腐蚀防护技术研究》课题。

    从上述罗列的有关电力工业的腐蚀研究课题，不难看出，腐蚀是电力工业中不可忽视的重大问题，多年来，我国广大腐蚀科技工作者做了大量的研究工作，解决了电力工业生产诸多腐蚀问题，但目前生产中仍有许多腐蚀问题有待解决，如超临界机组或亚临界机组过热器氧化皮剥落问题、水汽系统的腐蚀在线监测及故障诊断问题、高温沿海工业环境下变电站设备导体材料的腐蚀问题等等。但我们相信我们会共同努力去解决这些问题，为我国电力设备的安全经济运行保驾护航。

    防覆冰涂料施工现场

    记者：多年来，您一直致力于电力设施腐蚀监检测与防护技术的研究，主持承担了多项课题，解决了许多关键技术难题，请结合您所研究的课题分析一下电力工业防腐蚀的发展趋势、技术瓶颈？

    张教授：我是2001 年入职华北电力科学研究院化学环保所，创建了金属腐蚀与防护实验室，2015 年6 月“张秀丽创新工作室”正式挂牌成立。多年来，我带领创新团队，一直致力于电力设施腐蚀监检测与防护技术的研究，先后主持承担了国家863 配套课题、国家科技支撑计划课题、华北电网公司、大唐国际发电有限公司课题、京能集团公司、冀北电力公司等20 余项课题。我们研究课题涵盖发电、输变电以及新能源领域，研究内容多为企业亟需解决的生产难题、行业研究的前沿问题或是影响行业发展的关键技术难题。

    关于电力设施腐蚀与防护的材料、技术的未来发展趋势、技术瓶颈，我结合我们课题组的具体实践情况从三个方面来分析，供大家参考。

    1、腐蚀监检测技术在电力工业的应用

    接地网金属腐蚀状态监测和剩余寿命预测，一直是电力行业面临的技术难题，国家自然科学基金也曾资助过该方面的研究课题。2004 年我主持开展了“接地网腐蚀状态监测方法及系统的研究”项目的研究，本项目采用电化学传感器原位检测了接地网金属材料本身（而不是测量探头）在土壤中的腐蚀状态，突破了传统和常规的现场检测的腐蚀探针检测法，开发了接地网腐蚀检测小波滤波软件和小孔限流传感器，攻克了接地网腐蚀电化学测量传感器的限流和测量环境对检测系统的干扰两大技术难题。目前该系统已成功应用于接地网腐蚀检测中，其在不停电和不对地网开挖的情况下，可以在地面简单、快捷地测得地网金属的腐蚀状态。研究成果已在学术期刊《CORROSION》以及《中国电机工程学报》、《中国电力》等期刊上发表。曾获2007 年度中国电力科学技术三等奖、国家电网公司科技术三等奖、2006年度华北电网有限公司科技成果一等奖等科技成果奖。所申请的“一种接地网腐蚀监测方法及系统”以及“一种电化学测量装置”专利已获授权，并分别获2013 年度和2015 年度国电电网公司专利二等奖。

    目前虽然接地网原位腐蚀监测技术已经取得了突破性进展，但由于其监测系统和设备尚未商品化，非腐蚀电化学专业领域技术人员还很难掌握本项目开发的接地网腐蚀电化学测量技术，现有的技术水平仍满足不了地网腐蚀速率检测及寿命预测的工程应用需求。

    华北电科院在电力行业率先开展了循环水系统的腐蚀在线监测技术的研究，2003 年开发出了火力发电厂循环水系统凝汽器铜管腐蚀在线监测系统，系统综合采用线性极化和弱极化技术实时监测凝汽器铜管在循环水中的腐蚀速率和极化电阻。开发研究的腐蚀在线监测系统可以适应电厂的强电磁干扰，可监测具有高极化电阻的铜合金的腐蚀状态。

    开发的监测系统目前已在多家厂推广应用，取得了良好的经济效益和社会效益。项目获2005 年度中国电力科学技术三等奖，2004 年度北京市科技进步三等奖。

    继开发了循环水系统的腐蚀在线监测系统后，又研制了锅炉化学清洗过程中的电化学在线检测系统，并率先应用于化学清洗过程控制。通过实时监测化学清洗过程中的极化电阻和腐蚀电位，可以有效监控清洗过程中基体金属的腐蚀速率和钝化效果。所研制的监测系统已应用于许多电厂600MW 机组酸洗过程的腐蚀控制中，项目曾获2010 年度华北电网有限公司科技进步一等奖。

    目前我们正致力于火力发电厂水汽系统侧的腐蚀在线监测系统的研究和开发，已研制出了空冷岛及省煤器腐蚀在线监测系统并已于2016 年11 月底在内蒙某电厂投入运行。本项目不仅将腐蚀在线监测系统应用于温度压力较低的空冷岛系统外，还尝试采用腐蚀监测系统在线监测温度和压力相对较高的给水介质的腐蚀性，该课题的研究将为后续高温水汽系统（省煤器、水冷壁管、汽包、过热器）的腐蚀在线监测研究奠定了良好的理论和工程实践基础。

    2、阴极保护技术在电力设施上的应用

    （1）“沿海地区输电杆塔混凝土钢筋牺牲阳极阴极保护技术研究”项目的研究。

    由于工业生产的需要，许多输电线路需要建在在沿海、盐田、盐渍土、含硫化物等自然地区，位于这些区域的铁塔的钢筋混凝土基础会遭到腐蚀破坏，且维护很困难。因此，钢筋混凝土结构的长期防腐是迫切需要解决的问题。目前国内阴极保护技术在输电线路铁塔基础中的应用尚处于起步阶段，在工程中正式应用还比较少。

    于2015 年10 月在曹妃甸港池变220KV 线路的某塔基的施工期间，我们对塔基钢筋笼实施了牺牲阳极阴极保护，该阴极保护的施工与塔基的施工过程是同步进行的，测量钢筋保护电位的参比电极在塔基钢筋笼灌注混凝土之前已经安装在钢筋笼的不同部位，保证了阴极保护电位测量的准确性，测试桩也灌注在钢筋笼的中间位置。截止2016年8 月，钢筋笼不同深度处参比电极的电位测量值均小于-1000mv（相对于Cu/CuSO4 参比电极），表明钢筋笼处于保护状态，测试桩的电位为20-80mv，因为铁塔运行时间较短，腐蚀性离子尚未扩散至测试桩金属表面，其还处于钝化状态，阴极保护的长久防腐效果和未做保护钢筋的腐蚀状态还需后续的跟踪分析。

    （2）役地下循环水管道内壁阴极保护工程。

    2014 年5 月，我们完成了京能集团某电厂在役埋地循环水管道内壁阴极保护工程。该电厂循环冷却水水源为城市中水，管道腐蚀风险较高，且循环水管道布置在厂房下方，一旦腐蚀穿孔泄露，无法开挖维修。为了提高管道运行安全性，降低管道穿孔泄漏的风险，尽可能的延长管道的使用寿命，2014 年5 月对该电厂管道实施了阴极保护。

    由于阴极保护施工位于埋地管道内部，为保证施工人员安全，需要在循环水管道内部安安装通风系统。在不破坏并有效利用电厂循环水系统现有的设施前提下，成功安装了通风系统。工程的施工及保护效果均得到电厂领导的好评，当然本项目的顺利完成也离不开熟悉现场设备结构的电厂专工的积极配合以及技术实力雄厚的七二五所的支持。

    虽然项目的实施在阴极保护技术方面并未有新的突破，但本项目设计安装的循环水管道内部的通风系统，为其它电厂完成类似工程提供了一个成功的范例。

    3、新能源领域的研究

    （1）我主持完成了大唐国际发电有限责任公司的“防覆冰涂料解决冬季风机叶片覆冰问题的研究”项目。

    防冰除冰是世界性的技术难题，国外一些发达国家也面临着风机叶片、输电线路和绝缘子覆冰问题。如在美国的Alpine 山区（海拔2350 米）由于风机叶片覆冰而损失的年发电量达到23%，在挪威的Norland（海拔770 米），每年风机叶片的覆冰时间长达一千多小时，损失的年发电量为14% ～ 28%。

    为了解决风机叶片的冬季覆冰问题，国内外许多风电厂的叶片在出厂前，表面都涂覆了防覆冰涂料，此外关于输电线路和绝缘子防冰涂料的试验研究也比较多，但关于防冰涂料工程应用研究比较少，尤其是防冰涂料实际防冰效果以及经济可行性分析，更鲜有研究和报道。

    自2013 年开始，我主持开展了“防覆冰涂料解决冬季风机叶片覆冰问题的研究”项目的研究，采用自主研发的人工覆冰试验气候箱和覆冰附着力测量装置，测量了国内外十余种防覆冰涂料的防冰性能，并从中筛选出了两种防冰性能较好的涂料，应用在重庆某在役风电厂的两台风机叶片上，进行了防覆冰涂料的工程应用试验研究。自2014 年12 月至今，连续三个冬季，通过跟踪分析涂覆防覆冰涂料的风机在覆冰期的转速和平均功率曲线、以及融冰和脱冰效果，分析了防覆冰涂料的防冰脱冰效果，研究了应用防覆冰涂料解决风电厂风机叶片覆冰问题的技术、经济可行性。项目已于11 月底完成验收。

    （2）我先后主持承担了国家863配套课题“全钒液流电池SOC 在线监测技术的研究”、国家科技支撑计划课题“大型风电场智能化运行维护关键技术研究及示范”项目的“基于油液状态监测的风电机组齿轮箱故障预测技术研究及专家系统开发”课题的研究。

    伴随着风电行业的迅猛发展，风机的运行维护与使用寿命等问题越来越受到人们的关注。风电齿轮箱是风力发电动力传递的核心装置，一旦齿轮箱出了问题，整台发电机将处于瘫痪状态。齿轮箱处于几十米的高空，又安装在塔顶的狭小空间内，一旦发生故障，维修吊装极为困难，风电场将承担昂贵的设备维修费用、能源生产损失等。故齿轮箱的状态监测和故障诊断对其运行可靠性和使用寿命保障有着极其重要的作用。

    振动状态监测是目前应用较广的风电机组齿轮箱状态检测手段，但其无法显示早期微弱故障，对于由齿轮磨损引起的齿轮箱故障，油液磨粒检测表现出了相较于振动监测更为灵敏的检测性能。

    我国风电机组基于油液监测的状态检测及故障诊断系统起步较晚，目前齿轮箱油液在线监测系统存在传感器精度不够、可靠性差、监测数据解读困难等众多问题。

    经文献查阅和现场调研，我们发现，目前油液在线监测传感器监测的颗粒尺寸缺乏统一的标准，测量的磨粒数量预警值的设置没有科学的依据和统一的标准，为传感器的选择和使用带来了极大的困难和障碍。如有的传感器精度达到上百甚至几百微米，无法满足早期发现磨损故障的要求。有的风场在线安装的传感器设置的磨粒数量预警值达到几千甚至上万，此时齿轮箱早已发生了严重的故障，失去了预警的意义。

    2016 年我主持承担了国家科技支撑计划课题“大型风电场智能化运行维护关键技术研究及示范”项目的“基于油液状态监测的风电机组齿轮箱故障预测技术研究及专家系统开发”课题的研究，本项目拟开发研制出风机齿轮箱油液腐蚀磨损粒子检测传感器的评估测试试验台，并开发出齿轮箱腐蚀磨损润滑状态监测及故障诊断专家系统。本项目的研究将规范风电齿轮箱油液在线监测传感器的选择和使用，为风机厂家选择油液在线监测装置提供选型试验方法及选型标准，以及油液在线监测装置监测数据分析及齿轮箱状态评价方法。

    2015 年我主持完成了国家863 配套课题“全钒液流电池SOC 在线监测方法及系统的研究”、本项目应用腐蚀电化学测量技术，监测了全钒液流电池SOC，解决了全钒液流电池负极电解液ORP 电位测量问题，研究开发了一种实时测量全钒液流电池荷电状态的方法及装置，测量传感器直接安装在VRB 电解液循环管路系统中，能够准确的实时测量正极和负极电解液液流电池荷电状态，测量速度快、精度高、不需要设备停机。研制的SOC 监测系统已成功应用于工程化液流电堆上。

    铁塔混凝土塔基阴极保护施工现场

    记者：在您的科研生涯中，取得许多创新成果，为企业、为国家建设解决过许多技术难题，请谈谈您的感想？

    张教授：我们所研究的课题多为企业亟需解决的生产难题如在役埋地循环水管道内壁阴极保护、接地网金属腐蚀状态监测和剩余寿命预测，也有行业研究的前沿问题如风机齿轮箱油液状态监测、风机叶片冬季覆冰问题，也有探索性研究的课题，如沿海地区输电杆塔混凝土钢筋牺牲阳极阴极保护，无论哪种课题，我们所研究的课题基本都是以新技术新材料在电力生产中的工程应用试验研究为主，虽然所研究的课题谈不上高大上，但也很接地气，解决了一些电力生产中的难题。作为一名科研工作者，我认为能为社会、为国家做一些事，我感到自豪。至于要如何做好科研工作，我就简要的谈谈我的感受和认识，如有不妥，望大家指正。

    首先，吃苦耐劳是科研工作者应具备的一种精神品质。

    工程应用试验与实验室试验相比，试验条件很艰苦，我们试验工作的现场常常是位于高山上的风电厂、海边的铁塔混凝土塔基施工现场、以及火电厂的凝汽器内部或空冷岛上等等，吃苦耐劳的精神品质是研究人员完成现场试验的保证。

    第二，团队协作精神是科研工作者成功的关键和前提。

    这些年，我们所取得的每一项科研成果，都离不开发电集团公司、电厂、电网公司和电力公司的积极配合以及研究院所和高等院校的技术支持。天津大学、北京科技大学、清华大学、华北电力大学、中科院腐蚀所以及中船重工七二五所等很多高校和科研院所，都曾与我们有关密切的合作。

    第三，摸清工程应用试验研究的特点。

    工程试验研究环境复杂，腐蚀研究对象已不是模拟的试片或装置，而是电力设备本体如接地网、风机叶片以及锅炉汽包水冷壁等等。环境对试验研究的干扰以及腐蚀监测的限流也是我们常常面对的难题，如接地网原位腐蚀监测传感器的限流以及电磁信号对测量信号的干扰问题。由于位于测量点处的地网金属并不是一个独立的电极，它与整个地网金属是连接在一起的，这就要求电化学测量传感器能够将测量电流限制在预测量的这一段地网金属上，使其不能流向地网金属的其它部分。通过把传感器的辅助电极封闭在绝缘套管中，使测量电流通过套管底部的小孔流向地网金属，实现了传感器的限流作用。测量的响应电位信号中干扰信号，靠仪器硬件很难消除，采用小波滤波技术解决了此问题。

    采访结束时，张教授由衷的表示：在此，感谢中国腐蚀与防护学会和国家材料环境腐蚀平台，感谢李晓刚老师，给我们提供一个跟大家交流和学习的平台！

    后记：推行全面腐蚀控制是治理腐蚀、减少腐蚀的必由之路，是工业发展的需要。降电力工业腐蚀至最低，是腐蚀与防护学科发展的最终目标之一。唯创新，发展先进防腐技术，方能保电力工业安全运行、健康发展。

    人物简介

    张秀丽，2000 年博士毕业于北京科技大学材料学院表面科学与腐蚀工程系，华北电力科学研究院有限责任公司，教授级高级工程师、华北电力大学特聘硕士生导师；华北电力技术院工程技术院级专家，国网冀北电力有限公司发电生产专业省公司级优秀专家人才，中国腐蚀与防护学会副理会理事。

    2008年荣获华北电网公司“优秀工程师”和“科技创新标兵”荣誉称号。2009年荣获北京市总工会颁发“优秀创新女职工称号”和“优秀创新女职工标兵称号”。2008、2010、2012、2015 年度华北电力科学研究院有限责任公司科技先进工作者标兵。2015 年6 月负责的金属腐蚀与防护实验室被授予“张秀丽职工创新工作室”。

    所主持完成的科技项目先后获北京市科技成果奖、中国电力科学技术奖、国家电网公司科技成果奖、华北电网公司等15 项科技成果奖。主持编写了大唐国际发电有限公司《火力发电厂钢结构涂层防腐技术导则》和华北电网公司《输电线路铁塔涂料防腐技术导则》，以第一作者在EI 及SCI 收录等核心期刊以上发表科技论文20 余篇。