一、前言
随着我国国民经济的持续、高速发展，促使了我国电力工业的飞速
发展，大量的高电压等级变电站和特高压换流站相继建成，钢结构由于
自重轻、承载能力高、抗震性能好和施工安装便利等优点在变电工程建
设中被广泛应用。由于变电工程的环境条件和安全运行要求，钢结构的
防腐必须采用高性能长效的防腐方式，而且，为了贯彻执行国家电网公
司推行"两型一化"变电站建设的设计理念，防腐方式的选择必须执行
全寿命周期内"资源节约、环境友好" 的原则，实现全寿命周期成本
控制，并尽量采用节能、环保材料。本研究报告对现有变电工程的防腐
方式的优缺点进行对比研究，结合变电工程钢结构防腐需求，运用全寿
命周期成本控制理论进行成本分析，找出一种最适合变电工程环境和运
行方式的安全、经济、实用、节能、环保的防腐方式，推进新技术的认
识和应用，为今后工程建设提供指导性意见。
二、变电站常用的钢结构防腐方式简介
有机（无机）富锌涂料体系是一种常用的钢结构防腐蚀方法，在我
国工业与民用建筑工程中得到广泛应用。由于涂料体系本身防护原理限
制，同时有机物5年左右必然老化，防腐年限一般5~10年，局部处理不
当的防腐薄弱环节，1～2年后就会出现锈蚀。变电工程一般使用寿命为
50年，在寿命周期内，采用涂料防腐必须进行数次防腐维修，维修难度
大，成本高，加上变电站需要长效运行，尽可能避免停电检修，停电损
失较大，因此在变电工程中应用有一定局限性。
变电工程钢结构防腐蚀研究
热浸镀锌作为一种传统的防腐方式，其防腐蚀性能较高，有效解决
了涂料防腐体系的使用寿命短等缺点，防腐年限一般可达30年，在变电
工程中得到广泛应用。但良好的防护性能的同时，带来了高污染，高能
耗，国家已在逐步立法限制热浸镀锌的发展，已经不准新建热镀厂；同
时，热浸镀锌受镀槽大小限制，运输限制，使得很多大型构件施工起来
非常不便，加上钢材受热变形、发花、镀层修复困难等问题，要求更新
更好的技术来解决。
冷喷锌的出现有效解决了涂料防腐体系和热镀的缺陷，该技术在欧
洲取得了较快的发展，进入国内后应用到一些国家重点工程如国家大剧
院、上海磁悬浮轨道、杭州湾大桥、广州新白云机场航站楼等工程中，
得到认可，以往受困于成本，只是在各大工程中应用较多，现在随着技
术发展，成本方面已比热镀有优势，因此近年来，冷喷锌技术得到了快
速的发展，应用得越来越多，特别是在变电构架代替热镀锌方面，用冷
喷锌具有施工方便、防腐年限长（一般达30～50年）、经济性好的特点，
有很好的综合性价比和竞争力。
三、变电构架防腐需求特点
变电工程钢结构工程一般包括屋外配电装置构（支）架，屋内配电
装置建筑物，换流站阀厅、户内直流场等建（构）筑物。其防腐需求具
有如下特点。
1、高性能长效防腐性能。由于屋外配电装置变电构架较复杂，高
度较高，常年设备带电运行，构架维修的难度非常大，其它屋内配电装
置和换流建筑物因设备运行环境要求较高，常要求密闭、清洁、微正压
等，不可能允许大面积建筑物维护工作，也不可能经常停电检修。因此
必须采用高性能长效防腐方案，尽量做到使用期内免维护。
2、良好防腐适应性能。变电构架本身冷热交替、经常有冷凝水造
成腐蚀加剧；长期暴露于空气中，耐候要求较高；因此必须采用高性能
防腐系统，充分考虑各种腐蚀条件，兼顾应力腐蚀及缝隙腐蚀。
3、施工变形小。变电工程中钢结构构件大，往往采用螺栓连接，
构件往往在防腐施工过程中发生变形问题，造成钢结构安装精度不够或
安装不上，因此防腐施工方式应尽可能减少构件的变形。
4、节省材料、方便施工。某些防腐方式由于施工设备和工艺原因，
往往对钢构件尺寸有限制，因此造成接头较多，浪费材料，也增加了施
工难度。
5、节能、环保、全寿命成本控制。防腐材料的选择应符合国家现
有的方针政策，选择节能环保的防腐材料和施工方式。防腐材料的选择
还要执行国家电网公司两型一化、全寿命周期成本控制等政策，做到安
全、适用、全寿命成本最小。
四． 常用钢结构防腐蚀方式技术对比
4.1 钢结构的有机涂层腐蚀防护
涂料覆盖层俗称"油漆覆盖层"，它是应用最广泛的一种防腐蚀方
法。我国在20世纪五六十年代涂料的产量就达到600万吨，日本的涂料
覆盖层在防腐蚀领域占有62%—63%的比例，可见涂料覆盖层在钢结构的
腐蚀防护中占有很大的比例。 由有机高分子化合物为主体组成覆盖层
统称为有机覆盖层。有机涂料覆盖层是通过阻抗抑制、氧缺乏、阻止金
属向环境放电和缓蚀技术来达到腐蚀防护的目的。
阻抗抑制：涂膜的作用类似于离子过滤器，它保证任何通过涂膜
连续区到达金属表面的水分在涂沫-金属界面都要具有足够高的阻抗，
从而抑制阳极区和阴极区间的电流迁移。
氧缺乏：合适配方的涂膜可以阻止足够的氧达到金属，从而阻碍
阴极反应。 阻止金属向环境放电：阴极保护在涂膜中通过阻止金属向
环境放电来保护金属底漆。为达到这一效果，可以在金属表面应用阳极
金属涂膜（通过锌来保护钢结构）。涂料中锌粒的担载量要足够高，从
而保证有连续的电流可以穿过涂层。如能确保电流连续的从涂层到环境
放电，金属就可以保护。
缓蚀技术：缓蚀涂层通过改变界面环境使钢结构构件达到钝化或缓
蚀，从而控制腐蚀。
有机涂层防腐体系是利用上述的一种或两种技术的组合达到控制
金属腐蚀的目的，《钢结构设计手册》（第三版）给出的油漆配套组合
红丹系列、氯化橡胶系列、氯磺化聚乙烯系列等多是阻抗抑制、氧缺乏
河缓蚀的综合应用。环氧富锌底漆属则是通过油漆中的锌粒的放电来保
护金属基层，相对保护效果比较好。
防腐涂料具有性能优异、制造方便、价格低廉等一些其它材料无法
比拟的优点，但由于涂料有机物本身寿命限制，防护周期短、破损腐蚀
快、易点蚀，工程寿命期内多次重涂，维修费用较高，维修难度较大。
4.2 钢结构的无机非金属涂层腐蚀防护
以非金属元素氧化物或金属与非金属元素生成的氧化物为主体构
成的覆盖层统称为无机非金属覆盖层。无机非金属覆盖层具有耐热、耐
蚀和高绝缘性的优点，但由于其脆性大冲击韧性差在建筑结构的腐蚀防
护中应用受限。
4.3 钢结构金属覆盖层腐蚀防护
凡把一种（或多种）金属通过一定的工艺方法牢固地附着在其他基
体上，而形成几十微米乃至几个毫米以上的功能覆盖层称为金属覆盖
层。 钢结构用金属覆盖层大多为锌及其合金，常采用的工艺有电镀、
热浸、喷涂、扩散和机械镀等。铝及其合金的应用也在钢结构有应用，
其工艺为喷涂、热浸、扩散、包缚和气象沉积等，铝的耐蚀性远高于锌，
但其工艺性能不如锌覆盖层，特别是在喷厚之后，其韧性以及其与基体
的结合能力较差，在建筑结构中较少应用。
我国在19世纪五六十年代就开始锌金属覆盖层的应用，主要为热喷
和热浸工艺，近年来随着技术交流和进步，在国外广泛使用的ZD冷喷锌
技术开始在国内电力工程建设中应用。
热喷涂锌工艺，利用不同的热源，将金属材料溶化、雾化后，高速
堆积到基体表面形成一定厚度的金属附着层。热喷涂锌的优点是适用范
围广，即可大面积附着，又可局部修复，工艺灵活既可工厂施工又可以
现场施工，厚度易于控制，便于和其他工艺形成复合功能覆盖层。现阶
段热喷锌存在的以下方面问题：
1. 在热喷锌过程中，因为高温产生锌粉微粒和锌蒸气对人体有较强
毒性且污染环境严重，操作时附近200m基本不能办公。
2. 表面要求比较高：所有钢材都需要经过机械喷砂处理，清洁度达
到GB8923-88Sa3级标准；粗糙度约70－100μm，同时由于高温喷涂，材
料与基体材料热膨胀系数差异，使涂层中形成相当的热应力和残余应
力，一旦前处理局部达不到要求，喷锌层的附着力下降很快，曾经因为
前处理的原因造成涂层脱落。
3. 热喷锌施工效率较低，施工周期较长，一般最快施工效率为50
m2/h，对环境的要求较高，设备能耗较大。
4. 热喷锌涂层一般有8－10％孔隙率；喷涂时的高温使金属发生氧
化，影响涂层的阴极保护能力。
变电工程钢结构防腐蚀研究
热浸镀锌工艺：把金属构件表面经过预处理后全浸入某一种熔融金
属溶液里，熔融金属与构件表面发成一定的冶金介面扩散而形成的金属
覆盖层。热浸镀金属工艺一般分为溶剂法和氧化还原法（"森吉米尔
法"），溶剂法又分为"湿法"和"干法"。国内工厂化生产工艺，一般结构
构件采用的是溶剂干法，而板材和钢带多采用氧化还原法。溶剂干法的
工艺流程：除油-热水洗-酸洗-水洗-溶剂预处理-干燥-热浸镀-冷却或
后处理-检验，其特点是金属覆盖层和基层结合好，防腐蚀性能较热喷
涂高，但存在以下方面问题：
1. 热镀锌工艺预处理采用酸洗、磷化工艺，工件表面会有酸、碱液
的残余物，留下了腐蚀的隐患，使热镀锌层容易产生脱落。
2. 热镀锌工艺有一定的温度，约440℃左右，故工件热镀后会产生
变形；
3. 采用热镀锌工艺，工件受镀槽长×宽×高的限制;
4. 采用热镀锌工艺，还存在现场修补问题。现场安装时焊缝、装卸、
运输过程中的损坏，修补只能采用油漆，从而产生工艺突破口。
5. 由于热镀锌工艺的预处理采用酸洗、磷化，故工件表面没有毛糙
度、涂层结合力较差。
6. 热喷涂和热浸镀工艺因都是需要在特定的温度条件下进行，能耗
高，工艺成本较高。
7. 热镀锌工艺对水质污染十分严重，环保问题非常突出。
冷喷锌工艺：通过涂装工艺在金属构件表面形成锌金属保护膜，具
有阴极保护（阳极牺牲）功能。锌盾冷喷锌材料由专利工艺制造，常温
喷涂干燥后，镀层中纯锌含量在96％以上，这是涂料无法做到的，也是
冷喷锌与普通富锌类涂料的根本区别，因此锌盾产品是冷喷锌材料而非
涂料。
1、 锌盾冷喷锌是由纯度高于 99.995%以原子化提炼的锌粉、特殊
融合剂组成的单组份产品，锌盾涂层干膜中含锌 96％以上的，其综合
了热浸镀锌及喷涂锌（铝）和富锌涂料的优点，其保护原理类似热浸镀
锌，具有双重保护，一是阴极保护，二是屏障保护。比传统的热浸锌热
喷锌具有更优秀的防腐蚀性能。
变电工程钢结构防腐蚀研究
2、 传统热浸锌（热喷锌）工艺，由于工艺温度高达450℃～500℃，
施工中必然发生金属锌等氧化损失，一般喷涂孔隙率高达3～15％，氧
化物达5～40％，目前国际上最先进的技术装备涂层孔隙率＜1％，氧化
物含量1～15％。而冷喷锌工艺无氧化反应，孔隙率也很低，因而冷喷
锌防护性能更好，经大量试验对比，以及国际级试验中心对比考核结果
也表明同样膜厚的热浸锌和冷喷锌，对耐酸雨，耐盐雾以及酸雨+盐雾
的联合破坏，冷喷锌更为优秀。根据英国 BNF检测报告，锌盾在浸泡
0.01M硫酸盐和氯化钠溶液中的腐蚀速率是 0.035mm/年，而热镀锌的腐
蚀速率是 0.11mm/年。说明锌盾具有比热浸镀锌更好的防腐性能。
序号 检验项目 检验方法 检测数据/结果
耐酸性
（24 次循环）
盐雾试验
试样在 3%H2SO4 溶
液中每小时浸渍一
次，每次 30 秒，连
续 24 次。
试样在 3%H2SO4 溶液中每小时浸渍时的现象：1）
冷喷锌试样表面有少量气泡产生；2）热浸锌试
样表面有大量连续气泡产生。
（360 小时）
（对比一组）
经过上述耐酸性
（24 次循环）后接
按 GB/T1771-1991
作盐雾试验。
耐酸性（24 次循环）＋盐雾试验后结果：
1） 冷喷锌试样表面有 1%锈蚀产生；
2） 热浸锌试样表面有 5%锈蚀产生。
盐雾试验
（360 小时）、
（对比二组）
对比盐雾试验
（360 小时）
对比盐雾试验（360 小时）试验后结果：
1）冷喷锌试样表面无起泡、无生锈、漆膜完好；
2）热浸锌试样表面有 2%锈蚀产生
盐雾试验
（1000 小时）
盐雾试验
（1000 小时）
冷喷锌试样表面（含划线切口）无起泡、无生
锈、漆膜完好。
耐酸雨性（30
天）
按NaCl 5%用醋酸调
节 PH 值 至
3.1—3.3, 每 天 喷
雾两次，每次 10 分
钟。
无起泡、无生锈、漆膜完好。
变电工程钢结构防腐蚀研究
3、锌盾表面处理要求比较低，对氧化皮致密的钢板，需要经过机械
喷砂处理，清洁度达到 GB8923-88Sa2.5级标准；粗糙度约 50-70μm。
对旧钢材表面，只要去掉污物，旧漆膜、松动的锈斑，可用手动或风动
等工具打磨至 GB8923-88的 St3级，允许保留 5－10％的锈蚀面积。
4、 锌盾冷喷锌使用方便。锌盾冷喷锌单组分包装，可以采用刷涂、
滚涂、有气喷涂、无气喷涂或浸涂；锌盾不仅可以在车间里涂装施工亦
可在现场涂装施工；无工件尺寸和形状限制；锌盾施工温度范围为－10
℃至 50℃；锌盾施工没有相对湿度限制允许在 85％以上。对焊接部位
和安装破损部位可以直接进行修补。锌盾象油漆一样施工方便，施工效
率很高，采用无气喷涂一般为 200-400m2/h，施工周期短。采用无气喷
涂可以使涂层膜厚均匀。
5、 环保。锌盾冷喷锌产品中不含任何铅、铬等重金属成份；溶
剂中不含苯、甲苯、甲乙酮等有机溶剂，因此使用锌盾安全、卫生。
还有锌盾涂层是无毒的，符合BS6920英国标准，可以直接与饮用水接
触。
6、冷喷锌重涂性能优势。在旧的锌盾涂层上可以涂装新的锌盾涂
层，旧的锌盾涂层会重新溶解和新的锌盾涂层融合成单一的锌盾涂
层，可直接重涂，大大节省防腐维修费用。可现场修补施工，克服了
热镀锌不能现场修复的弊端。
目前常用钢结构防腐方式有涂料体系、镀锌体系、冷喷锌体系，
各自特点见下表：
表一
项目 有机（无机）
富锌涂料体
热镀锌体系 冷喷锌体系
表面处理
要求
Sa 2.5
级～Sa 3级
酸洗 Sa2.5
施工方式
刷涂、有
气喷涂、无气
喷涂
热浸镀 刷涂、有气喷涂、无气喷
锌含量 涂层锌含量
30～80％
镀层锌含量大于96％ 镀层锌含量大于96％
耐盐雾性 168小时
（中华人民
共和国化工
行业标准HG/
3668）
大于1000小时，划伤部位
不起泡、不生锈（国家涂
料质量监督检验中心）
大于1800小时，划伤
部位不起泡、不生锈（国
家涂料质量监督检验中
心）
适用环境 C2～C3
内陆腐蚀不
严重地区，基
本无酸雨，腐
蚀要求不高
部位
C3～C5内陆或沿海
腐蚀较严重区域，酸雨不
严重，防腐要求较高，电
力、桥梁等难维护部位
C3～C5内陆或沿海腐
蚀较严重区域，耐酸雨腐
蚀，防腐要求较高，电力、
桥梁等难维护部位
使用寿命 5～10 30年以上 30年以上
五、全寿命周期成本控制
电网工程是事关国计民生和国家安全的重要的基础设施，是经济
发展的命脉和动力，变电站是其中的重要组织部分。基于全寿命周期
管理的变电站工程设计就是在工程项目全寿命期管理理念的指导下，
以高效建设和运营为目标，针对变电站工程技术系统进行可靠性与安
全性、可维护性、可施工性、可扩展性、节约环保性、可回收性、防
灾和突发事件处理设计以及技术系统的集成，建立全寿命期费用体系
和信息体系，使工程施工建成后的变电站工程运营可靠、安全，全寿
命期费用低、资源节约、效率高、对环境影响小，并最终对社会和历
史负责。
目前，国际上普遍采用全寿命费用分析法（LIFE CYCLE
COST---LCC）来评价工程设计的合理性， LCC系指一个系统或设备在
全寿命周期内，为购置它和维持其正常运行所需支付的全部费用，即
产品（设备）在其寿命周期内设计、研究与开发、制造、使用、维修
和保障直至报废所需的直接、间接、重复性、一次性和其他有关费用
之和。LCC把产品（设备）从规划设计直至改造、更新等各阶段所消
耗的人力、物力和信息资源，均量化为可以进行比较的费用，以支持
管理决策，使决策走向科学化。
变电工程钢结构防腐蚀研究
2001年国务院颁发了"建设工程质量管理条例"（即279号令）。
这是我国关于工程的使用年限首次以政令形式提出明确要求，使我国
基础设施建设，从工程质量到确保使用年限进入了法治轨道，而近年
来国家也在不断提高各种建设项目的使用寿命要求，从而促进了各行
业对防腐的重新认识，良好的防腐设计将直接影响整个工程的使用寿
命和综合效益，因此，越来越多的业主开始重视LCC分析，将整个防
腐使用寿命过程的费用，包括前期投资、寿命中维修和保养的材料费、
人工费、停工损失、材料损失等直接和间接有关费用之和进行综合评
价，从而得出最优化方案。
1 冷喷锌与热镀锌经济比较
项 目 冷喷锌+有机涂层复合体系 热镀锌
首次防腐材料费用 1200 元/吨 1400～1800 元/吨 首
入 安装破损修复 冷喷锌现场覆涂，修复容易，
修补处防腐性能一致
一般只能采用环氧富锌涂料
修补，修复处为防腐薄弱处
防腐年限 30 年以上 30 年以上 使用费用
周期内防腐维修 免维护 免维护
环保性 无三废 污染较大，废水废气处理费用
较高 社会效益
防护特点 考虑了酸雨影响，复合防腐
体系结合镀锌与屏障防护优
点，防腐年限有保证。
金属锌直接与酸雨接触，在酸
雨严重地区，单纯镀锌层防腐
寿命有可能缩短
2 冷喷锌体系与有机涂料体系的对比分析
项 目 冷喷锌防
护体系
涂料体系
首次涂装理论材料
费用
元/m2
55~64 38~45
重涂年限及方式 30 年免维
7 年左右必须彻底重涂，30 年使用
周期中至少重涂 3 次
重涂费用
元/m2
免维护 （彻底前处理 15元+重涂涂料费用
38 元+人工 20 元）×3=219
30 年使用寿命中防
腐材料投入元/m2
55～64 257～264
平均每年防腐费用
元/m2
1.83～2.13 8.56~8.8
备注 表中涂料体系价格参考目前 IP 国际油漆、佐敦、
海虹、关西公司产品价格
3 对比分析：
在变电站腐蚀环境条件下，采用有机防护体系最长使用寿命不超
过十年，一般在使用到 5～7 年时，必须进行彻底重涂，否则锈蚀迅
速扩大，影响钢铁使用寿命及生产安全。由于环氧类涂层不具有可重
涂性，因此必须进行彻底的底材处理后重涂，否则维修只是将表面覆
盖了一层新涂层，而锈蚀继续在涂层下发展，钢铁早期腐蚀，形成安
全隐患。
在三十年的使用周期内，采用冷喷锌体系保护总体费用为一次投
入费用，而普通涂料体系为第一次防腐费用加上至少三次的彻底重涂
费用，维修由于施工不便，特别是变电钢架结构复杂，高度高，维护
难度较大，维护费用远超过第一次防腐投入，由此引起的停工等简接
损失就更大。
采用冷喷锌体系，有效地克服了热镀锌的缺点，防腐性能优越，
适应性广，维护和修补方便，节能环保，具有明显的社会效益，全寿
命周期成本大大低于热镀锌。
通过以上的分析，采用新型冷喷锌金属喷涂体系，可大大延长防
腐寿命，较少重涂，同时重涂性能好，减少重涂难度和维修费用，减
少维修停工等间接损失，LCC 费用最低。因此，近年来冷喷锌得到了
广泛应用，如国家大剧院、广州新白云国际机场、上海磁悬浮轨道、
杭州湾大桥、珠海码头钢管桩等重大项目，取得了良好的效果，得到
各行业的认可及好评。
变电工程钢结构防腐蚀研究
六、结论
通过以上技术、经济分析比较，我们认为：
锌盾冷喷锌技术有效克服了涂料防腐技术中防腐周期短、破损腐
蚀快、易点蚀，工程使用周期内需多次维护、维修费用高、变电站停
电维修间接损失大等缺点，具有高性能长效的防腐性能、全寿命周期
成本低，施工像涂料一样方便，较好适应变电站工程使用特点。
锌盾冷喷锌防腐技术有效克服了热镀锌、热浸镀锌防腐技术中热
变形大、难施工、污染大、能耗高、破损处难修复、重涂修复困难等
弊病，是高效、节能、环保的防腐涂料，而且施工方便，综合成本低，
具有较好经济效益和社会效益。
变电工程钢结构防腐蚀研究
冷喷锌的出现有效解决了涂料防腐体系和热镀锌防腐体系的缺
陷，该技术在欧洲取得了较快的发展。随着国家节能、简排等措施的
相继出台，热镀锌将会限制使用，国内的一些国家重点工程如国家大
剧院、上海磁悬浮轨道、杭州湾大桥、广州新白云机场航站楼等工程
相继采用冷喷锌防腐技术，取得圆满成功。随着"两型一化"变电站
工程实施，全寿命周期成本控制理念逐步得到运用，冷喷锌节能、环
保、施工方便，维护性能好，全寿命成本低等优势特点较好地贯彻两
型一化变电站设计理念，适应变电工程使用特点，具有广泛的推广价
值和应用前景。
变电工程钢结构防腐蚀研究