集装箱变流器内部锈蚀问题实例分析及处理方案

集装箱变流器内部锈蚀问题实例分析及处理方案

李迪艺 杨振宇

长园深瑞继保自动化有限公司，广东深圳， 518057

摘要：海上风电用到的风电变流器放置在集装箱内，临海地区的潮湿高热的工况环境使得集装箱内的变流器设备容易产生零部件锈蚀问题，尤其是柜内的钣金件，螺钉，叠层母排，铜排及水接头等零部件容易产生锈蚀，严重影响到设备的导电效率及危害到设备的寿命，本文以2处不同地方的海上工程项目现场发生的锈蚀问题为例，分析锈蚀产生的原因及危害，并为风电站，设备制造单位提供有效的解决或缓解锈蚀问题的具体措施和方法。

关键词：风电变流器；锈蚀问题；叠层母排；高温高湿，盐雾试验

1. 引言

高温高湿地区的电力电子设备柜内容易产生锈蚀，需要找到发生锈蚀的根本原因，并通过盐雾测试，高温高湿测试等方法来验证不同材料的防腐效果，为解决工程现场问题提出最佳的解决方案，也为后期相关设备在潮湿高热地区的使用提供有力的参考依据。

二、问题背景及初步分析

珠海桂山项目环境等级为室外C5-M级，室内C4级。其中2#集装箱内部的变流器防腐要求按C4级执行，具体技术要求（工程招标书规定）为：

（1）柜体钣金件加工材料选用热浸锌钢板，表面粗糙度Ra40～70，最低干膜厚度为150～160um；

（2）紫铜排及铜板冲剪加工表面粗糙度Ra12.5，采用表面化学镀亮镍，镀层15～25um；

（3）柜内紧固件使用不锈钢A2-70螺栓；

（4）水冷系统中的管路及接头选用不锈钢SUS316L，水系统中避免使用镀锌接头及铜接头；

（5）柜内结构件需满足：中性盐雾试验144小时内无红锈、96小时内无白锈。铜排、铜板和螺栓表面均无斑点、脱落、褪色和锈迹。

由于供应商加工能力，选型成本及装配过程中遇到一些问题，变流器实际使用材料表面处理有以下冲突：

（1）成套加工铜排：表面镀镍层厚度＜3um；从化加工铜排：表面镀镍层厚度为15～20um；

（2）柜内紧固件：镀彩锌螺栓（由于后期使用时发现，A2-70螺栓在打紧后会出现螺纹副咬合而无法拆卸的现象）；

（3）江苏西典加工叠层母排：表面镀镍层厚度5um；

（4）史陶比尔快速接头：阀芯材质为裸铜。

在变流器存放在集装箱内部这个过程中（近一年时间），集装箱存放在堆场

（至少半年时间，空旷、太阳直射且易积雨水），集装箱底部的电缆进线孔未进行密封，集装箱底部使用木板。变流器内部出现以下腐蚀问题，如图1所示：

（1）成套加工铜排：镀镍层表面出现点蚀，且产生铜绿；

（2）西典加工叠层母排：镀镍层表面出现点蚀，且产生铜绿；

（3）柜内镀彩锌螺栓：表面出现点蚀，镀锌层被腐蚀，出现白锈；

（4）史陶比尔快速接头：阀芯裸铜处腐蚀出铜绿，阀芯出现不回弹现象。

图1 变流器内部各种材质（成套铜排、镀彩锌螺栓、叠层母排、快接）腐蚀情况

三、高温高湿及盐雾试验

（1）试验目的

①检验铜排表面处理是否满足C4环境等级要求。

试验样件为：成套加工铜排镀镍层3um、从化加工铜排镀镍层15um、西典加工叠层母排镀镍层5um、鹰峰加工叠层母排镀镍层15um、南车加工叠层母排镀镍层20um。

②检验螺栓是否满足C4环境等级要求。

试验样件为：镀白锌螺栓、镀彩锌螺栓、热浸锌螺栓、达克罗螺栓、不锈钢A2-70螺栓。

③检验史陶比尔快速接头是否满足C4环境等级要求。

（2）试验项目

①GB/T 2423.4-2008 交变湿热试验：箱内温度在25℃和55℃之间循环变化，箱内相对湿度不低于95%，试验持续48H；

②GB/T 2423.17-2008 中性盐雾试验：箱内温度在（40±2）℃，相对湿度（93±3）%，盐溶液浓度（5±1）%，溶液PH值在6.5～7.2，试验持续144H。

（3）检验标准

中性盐雾试验144小时内无红锈、96小时内无白锈。铜排、铜板和螺栓表面均无斑点、脱落和锈迹。

四、试验结果

（1）铜排及叠层母排

①成套加工铜排（3um）：镀镍层出现大面积腐蚀，出现红锈、铜绿。

图2 成套铜排腐蚀示意图 图3 从化铜排腐蚀示意图

②从化加工铜排（20um）：镀镍层无任何腐蚀，试验后表面光亮无损。

③西典叠层母排（5um）：镀镍层有轻微腐蚀，且腐蚀面积小于2mm²。

图4 西典叠层母排腐蚀示意图 图5 鹰峰叠层母排腐蚀示意图

④鹰峰叠层母排（15um）：仅镀彩锌螺栓搭接面有轻微腐蚀。

④南车叠层母排（20um）：镀镍层无任何腐蚀，试验后表面光亮无损。

图6 南车叠层母排腐蚀示意图

（2）螺栓

①镀白锌、镀彩锌螺栓表面腐蚀出红锈；热浸锌螺栓表面出现微量点蚀，且易附着盐粒。

图7 镀白锌、镀彩锌及热浸锌螺栓腐蚀示意图

②达克罗、不锈钢A2-70螺栓表面未出现腐蚀现象，无白锈及红锈。

图8 达克罗、不锈钢A2-70螺栓腐蚀示意图

（3）史陶比尔快速接头：阀芯裸铜处有白锈产生，表面粗糙度变粗糙。

五、试验结论及整改措施

（1）不锈钢A2-70及达克罗螺栓符合C4环境等级使用要求；镀白锌、镀彩锌及热浸锌螺栓均不能满足要求。

整改方案：更换现有镀彩锌螺栓，使用带润滑的不锈钢A2-70螺栓；连接处使用达克罗螺栓。
（2）铜排及叠层母排的表面镀镍层厚度需控制在15um～20um符合C4环境等级使用要求；成套加工铜排及西典叠层母排厚度均不能满足使用要求。

整改方案：成套铜排返工重新进行表面处理，以达15um～20um。
（3）史涛比尔快接在48H高温高湿及144H中性盐雾试验过后，均未出现如图1的铜绿腐蚀及黑色附着物；一半浸泡在去离子水中进行盐雾试验也未出现以上现象，仅是裸铜表面被点蚀出微量白锈。

整改方案：由于风电现场使用的冷却液非我方能严格控制，且铜和铝长时间使用会发生电化学腐蚀，建议全部使用不锈钢快接，彻底避免类似问题发生。

（4）华冉项目变流器密封于彩板房内，其密封性能优于珠海桂山2#集装箱；腐蚀现象发现前，2#集装箱底部进线口未密封，集装箱经历太阳直射、暴雨后昼夜温差交替现象很常见，2#集装箱锈蚀问题更严重。

整改方案：每台2#集装箱内部放16kg干燥剂，同时对变流器进出水口进行封堵。

六、结语

由于特殊的海上环境原因，锈蚀是绝对的不可避免的，防止锈蚀是相对的，采取一切防腐措施只能减缓锈蚀的速度以及延长设备的使用寿命，从后期对文章提到的两处工程整改后的设备日常监督和定期抽查结果来看，文章提到的整改方案是切切实实有效的，也对其他类似沿海地区或者海上地区的具体工程设计有一定的指导性意义。

参考文献

[1] 沈丹，张续钟.水电站水轮机典型锈蚀问题分析及处理方案.［J］.西北水电.2020（1）.80-83

[2] 胡苏杭，刘碧燕. 海上风电防腐技术现状及研究方向.［J］.风能.2019,(11).88-91

[3] 马天义，卢果，宋超锋等.海上风电冷却设备防腐设计研究.［J］.清洗世界. 2020,36(10).28-29.