1.概述
变电工程一般均处于户外，环境恶劣，钢结构必须采用高性能长效的防腐方法。为了贯彻国家电网公司“两型一化”变电站建设的设计理念，防腐方法的选择必须按照全寿命周期内“资源节约、环境友好”的原则，控制全寿命周期成本，并尽量采用节能、环保材料。本文研究了现有变电工程防腐方法的优缺点，结合变电工程钢结构防腐需求，以找到适合变电工程环境及运行方式的防腐方法。
2.钢结构的腐蚀机理
钢材的锈蚀是一个电化学过程，这个过程需要4个条件，常常称之为“ACME”，它们分别是阳极（Anode）、阴极（Cathode）、金属接触（MetallicPathway）以及电解质和氧气（Electrolyte&Oxygen）。当这4个条件同时存在时，钢铁便发生锈蚀。
在阳极，铁释放电子形成Fe2+；在阴极，水中溶解的氧吸收来自阳极的电子而生成氢氧根例子OH-，电子由阳极不断流向阴极，产生腐蚀电流，在钢结构表面形成氢氧化铁薄膜。
3.变电工程钢结构防腐的特殊需求
变电工程大多是在户外，环境恶劣，钢结构必须采用高性能长效的防腐方法。变电工程钢结构防腐有如下需求：（1）长效性（2）适应性（3）变形小（4）节能、环保、全寿命成本小。
2钢结构构架设计及防腐设计
为了节省投资，一般变电站均采用架空出线，变电站内部导线均采用构架进行连接、跳线，因而构架也是常规变电站必不可少的一部分。目前对变电站的使用要求较高，普遍采用钢管杆构支架，梁采用格构式或钢管梁，使整个变电站更加美观和实用。如何做好钢结构构架设计及防腐设计？
2.1采用空间分析程序计算内力。随着科技的进步，出现了不少可以计算和分析内力的软件。例如美国REI公司开发的STADD/CHINA2000空间结构分析和设计程序，利用该程序对构架柱进行内力计算和分析，能够更加接近构架的实际受力情况，有利于缩短设计周期。也可采用东北电力设计院编制的构架计算软件（SST）进行简单的计算，根据计算结果分析杆件内力。
2.2结构节点设计
2.2.1钢管柱的连接方式钢管柱的长度受到加工、运输以及热镀锌的影响，一次成型比较困难，所以，要首先分段加工，然后利用剖口对焊进行连接或利用法兰进行连接。钢管利用剖口对焊进行连接，不仅外形美观，还能节省钢材，缺点是焊接需在现场操作，焊缝外还要现场喷锌，质量没有保障，焊缝处钢管内侧的防腐能力比较差。法兰连接所有的焊接工作以及热镀锌可以在工厂完成，只需要进行现场组装。由于不需现场焊缝，钢管的防腐能力很强，安装工作比较方便，可以节省工期，但缺点是耗材大，而且为了使法兰连接的接触面比较平整，对加工精度的要求很高。目前，法兰连接应用较为普遍，有刚性法兰和柔性法兰两种形式。
2.2.2人字柱的柱头利用钢板焊接人字柱的柱头的受力情况非常复杂，它需要传递很大的轴力、剪力以及弯距。为了减小人字柱的位移，柱头连接必须保证有充足的刚度，并且应设法减少柱头连接的偏心。综合考虑，人字柱柱头应将两杆连接为整体，利用钢板进行焊接，剪力板、柱头处的顶板以及加劲板的厚度应满足规范的要求。两根人字柱中心线之间的距离一般为100mm，可基本满足固结假定要求。
2.2.3人字柱与横撑构件采用刚性连接的方式当变电构架柱承受水平力时，破坏形式是受压柱的失稳性破坏，这时受拉杆会经过横撑而对受压杆发生约束作用。为了增强这个约束作用，柱与横撑的连接应为刚性连接，而且横撑应具有一定刚度，故横撑使用钢管材料。为了便于热镀锌和安装，横撑钢管分为两部分，分别与相应的人字柱经过剖口进行对焊刚性连接，然后再由横撑中间的法兰盘刚性连接，以实现横撑构件与人字柱的刚性连接。
2.2.4人字柱与基础采用杯口插入形式连接基础与钢管柱的连接适合采用杯口插入形式。钢管插入到杯口的深度是由抗拔决定的，其计算公式为：H=N/（3.14D×FCV）（1）
式中:H为钢管插到杯口的深度；N为受拉杆的轴力设计值；D为受拉杆的外直径；FCV为抗粘剪的强度，如果二次灌浆细石混凝土的强度为C20，则：FCV=0.5MPa。
如果受拉的钢管插入杯口的部分焊有多于或者等于两道钢箍，剪切面可控杯口壁计算，插入杯口的深度根据（2）式进行计算：
H=N/∑SC×FCV（2）
式中:∑SC杯口内壁的平均周长。
插入杯口的深度不仅要满足计算的要求，还必须满足：H≥1.5D。此外，为了确保柱脚处局部稳定，在构架安装完成后，钢管的柱脚处应灌注C30细石混凝土。一般设备支架插入杯口的深度H≮1.0D，构架H≮1.5D。
2.3钢结构防腐蚀设计
钢结构锈蚀后，杆件截面减小，结构承载力降低，结构使用年限减少[2]。因此，设计钢结构时必须根据结构所处环境、耐久性要求和经济条件进行综合确定。
2.3.1环境分类
环境是钢结构腐蚀的第一影响要素，决定了涂装方案的选择、涂层厚度、日后维修和投资费用等。变电站所处环境各不相同，特别是沿海地区大气中盐分含量高，腐蚀性强；城市和工业区空气中硫的含量高，溶于水后变成强腐蚀介质，这些环境条件下钢结构极易锈蚀。
根据《建筑钢结构防腐蚀技术规程》规定，我国的大气环境气体类型分为A-D四类，腐蚀性等级分为Ⅰ-Ⅵ类，防腐设计时应根据大气环境监测数据和空气相对湿度确定大气环境腐蚀性等级，采取合适的防护方案。在腐蚀等级为Ⅳ-Ⅵ类的环境中，钢结构防腐蚀宜采用金属热喷涂。
2.3.2 设计使用年限
设计使用年限分为3 个标准：2-5 年、5-10 年、10-15 年，应根据钢结构维修的难易程度及环境腐蚀性情况确定合理的设计使用年限和最小防护层厚度。
2.3.3 涂装要求
涂层的选择需要注意不同涂层对不同的腐蚀条件有不同的耐受性、不同涂料之间存在相容性问题和涂层施工相关要求。
2.3.4 结构构造要求
合理的构造措施可以更好地保证结构的安全性。结构构造除应满足截面尺寸和壁厚方面相关要求外，还应注意以下几点：
（1）不同金属材料接触的部位，宜采取隔离措施。
（2）焊条、螺栓、垫圈、节点板等连接构件的耐腐蚀性能，不应低于主体材料。
（3）构件连接处的缝隙，应嵌刮耐腐蚀密封胶。
（4）钢柱柱脚应置于混凝土基础之上。
3.结语
综上所述，本文通过对现阶段我国变电站钢结构设计及防腐设计应用进行了解析，从而对变电站钢结构进行更加高效地防腐处理，确保变电站钢结构的安全稳定性，更好地为变电站电力系统的工作运行提供服务。
参考文献
[1] 李林，张甜，赵甜甜. 变电站构支架腐蚀机理及防腐性能研究[J]. 工程技术：全文版，2016(10): 292-293
[1]钢结构设计标准（GB50017-2017）[S]，北京，中国计划出版社，2017
