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中国电器科学研究院有限公司工业产品环境适应性国家重点实验室教授级高工揭敢新:海上风电电气装备腐蚀防护与测试评价技术

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-11-01   来源:东方风力发电网  浏览次数:605
核心提示:2017年10月31日——11月1日,由中国电器工业协会风力发电电器设备分会和新疆金风科技股份有限公司联合主办,施耐德电气(中国)有限公司协办的2017(第二届)中国风电电气装备技术高峰论坛暨风电分会二届二次会员大会(CWPE2017)在北京丰大国际酒店盛大召开。中国电器科学研究院有限公司工业产品环境适应性国家重点实验室教授级高工揭敢新先生在11月1日上午的“智能控制与智能运维专场”发表了演讲。
   2017年10月31日——11月1日,由中国电器工业协会风力发电电器设备分会和新疆金风科技股份有限公司联合主办,施耐德电气(中国)有限公司协办的2017(第二届)中国风电电气装备技术高峰论坛暨风电分会二届二次会员大会(CWPE2017)在北京丰大国际酒店盛大召开。中国电器科学研究院有限公司工业产品环境适应性国家重点实验室教授级高工揭敢新先生在11月1日上午的“智能控制与智能运维专场”发表了演讲。
  

 
中国电器科学研究院有限公司工业产品环境适应性国家重点实验室教授级高工揭敢新先生
 
  揭敢新:大家好,感谢果岩秘书长的介绍,也非常荣幸有这个机会跟大家做这个交流。我是来自中国电器科学研究院限公司工业产品环境适应性国家重点实验室,我们主要是做环境适应性,前面各位都谈海上风电,环境适应性这几年是个大问题,我想利用这个机会跟大家做个交流。
 
  分四个方面,一个是环境的分析,另外一个就是测试评价技术,还有防护技能,还有工作建议。
 
  首先分析,我们从内陆走上沿海,走上海洋,其实海洋现在只是一个过程,这个问题还是很多,吴凯理事长他说看上去是个蓝蓝的海,但也许是个黑黑的洞。我们现在海上问题还没有解决,那腐蚀锈肯定是个大问题。
 
  从这个图表来看用颜色来表示温度,从气温和水温来看,从北到南我们国家沿海就是渤海最北,渤海、黄海、东海、南海,从北到南温度逐渐加深,也就是温度在逐渐升高,从这个也可以看到我们实际上在湿热海洋,湿热主要指南海这一带,渤海和黄海属于亚湿热,所以湿热还是比较恶劣。从盐度来看我们选择了几个典型的点来进行监测,三亚是最厉害的。
 
  从腐蚀等级来看,基本上都差不多,但是南海这边还是厉害。现在还有一个更重要的就是我们现在监测的数据大多数还是沿海的,就是海岸上的,真正海洋可能比这个还恶劣,通常大概2倍左右。其实我们不要觉得到海里面,就是我们的海岛,现在我们南海建设了一些海岛,我去调研看到那比我们的沿海厉害多了,有些可能一年两年就基本上是没法用了。
 
  欧洲海上风电发展比较早,我们很多技术早期还是引进欧洲的技术。我们看到欧洲的情况,我们选择了广东沿海和福建沿海一些海岸风电场的一些点和欧洲荷兰的点进行比较,从温度来看都差不多,但是我们的年极端最高气温均超过35度,而且低温也是25度左右,欧洲荷兰这块就是他不超过35度,而且低温更低。这个是低温情况,他的温度比我们更低,他当然还有一些结冰的情况,但是这个结冰情况跟我们刚才前面专家介绍的,它可能属于干的情况,跟我们这个湿的情况还是不一样。
 
  这个湿度,湿度是很重要的一个指标,温度是一方面,湿度是一方面。湿度来看总体上说我们湿度比他厉害得多,而且我们的持续时间很长,欧洲虽然湿度也高,但是持续时间不长。
 
  这是我们调研的实际图片,我们在福建沿海,这个风电也是才建了两年多,从这里可以看到情况已经很严重了,就包括轮毂还有塔基,当然这是看得见的情况,我们实际上现在更关注的是看不见的,就是我们说的所谓的电器,看得见的我们还可以通过表面处理,防护一下海可以,但是看不见的更严重,因为电器是所有设备控制的中心和脑袋,所以它一旦出问题,轻者影响运行,严重的话导致一些安全事故。
 
  通过前面我们可以看到海上环境还是有特殊性,而且我们还有台风。另外就是海上风电跟海洋平台,船舶这块很多也很清楚,但是它跟我们比还是有差异,一个是长期无人职守,无人维护,一个是设备比较高,还有维护成本也非常高,成本压力也更大。所以相对于我国的暖温和欧洲的海洋环境,我们湿热环境更为严酷,这个也就为我们的腐蚀防护提出更高的要求,所以我们必须针对性的进行设计和研究。
 
  这是我们开展的一些评价基础研究方面的工作,我们在这个环境里面受影响,但是事实上大环境我们有些改变不了,但是小环境我们可以做。实际上这个小环境控制不好,就是我们通常说的微环境控制不好是直接影响到我们设备的稳定运行。这个我们在研究主要关注微环境,实际上我们要做的工作也是针对微环境,微环境的好坏也直接影响到产品的有效运行。
 
  现在要解决这个电子设备在微环境的腐蚀失效问题,我们发现不但是环境,电流电压对腐蚀依旧有很大的影响。所以从对电器设备来说,因为结构很复杂,不像钢构件我们通过表面处理很简单,电器设备很难通过电器本身角度来提高防腐能力,而且成本较高,因此需要整体改善,整体改善就是如何准确的量化腐蚀情况,这个是一个关键,就是我要首先知道我现在腐蚀到什么等级,然后根据等级采取什么相应的措施,所以这里面就是量化表征是一个关键。基于这个我们针对性的开发了两种技术,一个是净化方案,一个是诱发散体技术。下面我分别介绍。
 
  这个是我们在三亚开展的一些现场的实验,包括变流器的外壳和关键零部件,以及整机模拟件现场试验,从里面收集一些数据,同时我们也采取一些人工加速试验方法,进行一些相关性研究。这个里面综合各种环境因素,通常我们对腐蚀影响比较大的像温度、湿度、盐雾,还有电流电压,另外还有一些腐蚀性气体,腐蚀性气体很复杂,各种各样都有,通过这个原理我们来看它的腐蚀行为。这是我们开展一些对不同的电流电压在不同的腐蚀环境条件下对更多材料的一些腐蚀性研究,这也是类似的。
 
  这些工作我们因为实验室也牵头在电器协会的支持下我们做了能源局的十项风电标准,其中刚才说的研究标准有些已经体现在里面了,包括发电机、控制系统、变流器、结构件这些。
 
  量化表征方法研究,这个也是一个很关键的问题。我们要如何准确的表征微环境,知道微环境的腐蚀等级进而采取相应的措施。传统的方法通常是腐蚀称重法,实际上这个方法比较粗,对电子器件来说远远达不到要求,所以它是没法对我们后面的一些决策做出判断。所以我们就研究一种高精尖的识别方法,这里面我们开发了一个叫做铜征测试片,测试精度可以达到纳米级。国外也有类似产品,但是我们相比国外的铜类比,我们应该来说精度更好,组织也更均匀。这是国外和我们进行比较,在广州进行了一个多月的验证试验,从试验结果大家相似性非常好,趋势大家都一致,另外我们的精度更高。这是一些具体的机理研究。
 
  通过对腐蚀产物的总的各种腐蚀膜的计算,最后可以得出整体的腐蚀程度,这里有一个瞄标准,对应就可以查到它到底现在属于什么等级,通过不同等级采取不同的措施。这是我们利用铜表层片进行一个实际的应用,这是一个例子,就是我们在测试过程中发现膜主要为氧化铜,每个月大概有1120埃,属于信G3等级,属于比较严重了,要采取措施了。
 
  腐蚀防护技术,因为电器件比较复杂,无法对它进行单体的材料表面这些进行防护。所以要进行一个整体的防护。通常只有两种,一个是盐雾净化,还有一个气相防锈,目的通过整体改善环境使它达到理想化的目的。
 
  在研究的时候我们发现盐雾大多是在2-7微米之间,而且这个盐雾是从液态、气态、固态三种形式不断转化的,所以如何把它有效过滤是一个难点,我们通过实验确定选用具有渐进结构的超梳水性国旅材料,让海洋高湿度环境下的盐雾由液体转变为固态,解决传统灰尘过滤材料难以过滤盐雾的缺陷,基本上可以国旅2-10微米。这个是我们试验的结果,一个是灰尘测试,进风面是比较严重的灰尘,出风面基本上很干净。同样盐雾,进风面还是很严重的,出风面很干净。通过过滤以后我们用铜表征测试片进行试验,可以看到基本上还是比较理想,腐蚀已经非常的微弱。
 
  实际上我们在现场也测试,比如说现场的大环境,腐蚀等级是GX,但是用过我们刚才那套系统以后它的等级可以降为G1,这个已经非常理想。这套系统我们根据需要还有一些配件,包括选用一些压差计,包括对风机流量装置控制,对盐雾进行调节,可选配家装除湿系统。
 
  我们利用气相防锈技术对电子元器件进行保护,这种方法有它的优越性,但是它也有它的缺点,首先它这个可能本身不同的气相防锈剂也会对这个电子元期间产生影响,另外它在高湿度环境下效果会明显降低,所以如何有效的改进能达到我们所需要的目的,这也是我们研究的一个主要的问题。
 
  根据这些我们采取了三个措施,一个是对产品外壳结构进行改进,使气相防锈粉不容易吸潮;二是对高湿度环境,外加控湿度措施与气相防锈剂搭配使用。三是根据不同电器设备结构特征,定制气相防锈剂用量和布局方案,改进后气相防锈剂产品命名为气相防锈发散体。
 
  这个是我们改进中气相防锈发散体实测的结果,从这个图可以看到上面一个是采取了这种措施以后的,下面是没有的,可以看到这个腐蚀防护效果还是非常明显的。这个是国内外的同类产品进行比较,可以看到效果还是比较明显。
 
  因为电子元器件除了腐蚀以外更重要的是影响它的电器性能,我们要对它的电器性能进行测试,包括电阻、电感有关的参数,从测试来看几乎没有什么影响。
 
  对电阻环氧树脂板表面电阻、体积电阻有较小的影响,但是影响在接受范围内,所以气相防锈发散体对电路板不影响本身的性能。
 
  小结一下,我们针对湿热海洋环境,实验室研制的盐雾净化处理和气相防锈发散体两种防护技术,从整体改善电器设备运行的微环境,解决湿热海洋环境电器设备腐蚀问题具有良好的效果。
 
  下面是一些建议,也是根据我们工作的一些体会,现在“一带一路”也为我们带来一些机会,也为我们带来一些挑战,因为“一带一路”的环境非常复杂,有海洋的、高原的、干热沙漠的什么都有,这些对我们这个产品走出去有很大的挑战,所以我们必须做相应的前期工作。
 
  对于海上风电来说同样也有这个问题,如何把风险前移,使它能够在我们设计阶段或者在策划阶段就把这个问题解决,而不停留在后期的维护,进一步降低成本,其实对风电企业来说也是非常重要的。
 
  我们实验室因为这些年也是根据一些产业的需求,结合国家的战略,我们在沿线也做了一些布局,包括沿途这些点我们都建立了相应的实验研究点,现在已经开展一些实验,另外我们也积累了一些数据,有些在慢慢转化为国家标准,有些为企业的设计提供资源支持。
 
  因为这个问题比较复杂也比较大,我们也希望抛砖引玉跟大家一块来探讨,也是搭建这么一个平台,跟大家一块来解决这个行业存在的共性问题出点力,谢谢大家!


(文章内容来自现场速记整理,未经本人审核)

 
 

 
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