一起GIS設備漏氣缺陷的處理和分析

袁鏡江

（廣東電網公司東莞供電局，廣東 東莞 523120）

1 引言

GIS設備是利用SF6氣體優異的絕緣性能和滅弧性能，將斷路器、隔離開關、接地開關、電壓互感器、電流互感器、避雷器、母線、電纜終端、進出線套管等設備，經優化設計有機地組合成一個整體的組合電器。GIS設備憑著占地面積小、元件全部密封、不受環境干擾、可靠性高、安全性好、運行方便、檢修周期長、維護工作量少、安裝迅速、運行費用低等優點，受到廣泛應用。GIS設備因SF6氣體的特性，對生產、安裝過程的工藝要求高，密封性不好就會出現泄漏，從而嚴重影響設備穩定、可靠運行。

2 設備缺陷情況

220kV彭洞變電站220kV GIS設備型號:GF20，設備生產日期:2008年7月，設備投運日期:2009年8月26日。1#主變變高GIS瓷套氣室自投運后16個月內沒有補充過SF6氣體，自2010年12月27日氣壓低告警補氣后，大約每隔十多天又要進行補氣，每次補氣量大約需要30 kg的SF6氣體（該氣室比較大）。歷次補氣記錄如表1所示。

表1 歷次補氣記錄

現場補氣情況及1#主變變高GIS瓷套氣室情況（圖中紅線所標部位），如圖1所示。

圖1 1#主變變高GIS瓷套氣室情況

3 設備故障點排查

檢修班組分別使用定性和定量SF6檢漏儀對漏氣氣室的所有法蘭進行檢查，氣室法蘭分布情況，如圖2所示。

圖2 瓷套氣室法蘭分布情況

經檢漏初步確定兩處位置滲漏:分別是A相套管下面吸附劑13號法蘭和C相10號法蘭（見上圖2的13、10所指）。尤其C相10號法蘭，可以用手感覺到漏點處有氣體噴出，聽見漏氣聲。對整個氣室間隔全部法蘭進行塑料布包扎法定量檢漏，測得A相13號法蘭測量數值為300ppm，C相10號法蘭包扎點SF6氣體含量超過1000ppm，其余包扎點數值均在10ppm以下。根據供用電工人技師培訓教材變電檢修部分的內容可知，GIS每個密封部位包扎5小時后，每個包扎點測得SF6氣體含量不大于30ppm，則合格。

檢修班組還粗測了氣室漏氣速度，先記錄了三相SF6氣體壓力值為0.57MPa，然后關閉三相氣室連通閥；20小時后分別單獨打開三相連通閥讀取各相SF6氣體壓力數據，發現 A相氣壓稍微低了一點0.565MPa，B相沒有升降，C相氣壓下降明顯，降到了0.525MPa；再把三相的氣室連通閥都打開后氣壓是0.562MPa，20小時漏氣0.008MPa，氣室漏氣速度達到0.0096MPa/天。對比之前的補氣記錄，漏氣速度與10天降低0.1MPa左右情況基本相符。

綜上所述，可以判斷1#主變變高GIS瓷套氣室嚴重漏氣的原因:A相套管下面吸附劑13號法蘭和C相10號法蘭出現滲漏，尤其是C相10號法蘭滲漏比較嚴重。

4 缺陷危害分析

初步檢驗出GIS瓷套氣室嚴重漏氣的位置后，我們初步分析認為A相套管下面吸附劑13號法蘭可能是密封不良引起，而C相10號法蘭漏氣嚴重，很有可能是盆式絕緣子出現裂紋造成，如果盤式絕緣子得不到及時處理，可能造成設備事故。

（1）水分滲入氣室，使SF6氣體微水量增大，很容易在絕緣材料表面結露，造成絕緣下降，嚴重時發生閃絡擊穿，造成跳閘停電事故。

（2）如果C相10號盆式絕緣子有裂紋，水和灰塵等雜質將從裂紋處慢慢滲入、積聚，使泄漏電流增大，影響電場分布，當泄漏電流增大到一度程度時或系統發生過電壓時，容易引起絕緣擊穿，對地短路，造成1#主變近區短路事故。

5 設備缺陷處理

首先對1#主變變高GIS瓷套A、C相氣室回收SF6氣體至0表壓。為了將C相10號盆式絕緣子拆出檢查，需要將圖3的5～10點之間的直線管路（圖3中所指解體部位）拆出。

圖3 解體部位示意圖

拆除直線管路前，先對直線管路進行了回路電阻測試，測試點為圖3的6～14點之間，測試所得電阻值為75μΩ。接著，再拆卸圖3所指的C相連接導體后，用吊車吊下直線管路，對C相10號盆式絕緣子進行檢查，發現10號盆式絕緣子有一條明顯裂紋（見圖4）。位置在大約2點鐘方位，裂紋長度:凹面100mm，自通氣孔至絕緣子邊緣。凸面80mm，自通氣孔至螺桿內側。

圖4 C相10號盤式絕緣子有一條明顯裂紋

將有裂紋的絕緣子更換為全新的絕緣子，并將拆下的連接導體、端蓋、側蓋、密封面清潔、吸塵、更換密封膠圈后，恢復解體直線管路。隨后，對直線管路進行了回路電阻測試，測試點與拆除直線管路之前所做回路電阻測試的測試點相同，測試所得電阻值為74.8μΩ，與解體前的測試數據75μΩ相近，證明所恢復的直線管路內導體連接良好。

另一方面，將A相套管下面吸附劑13號法蘭拆下。吸附劑法蘭（見圖5）的密封膠圈粘有注膠、灰塵等雜質，密封面注膠不均勻，不平整，沒有發現裂縫等其他異象。對兩側密封法蘭面進行了清理并裝回。

圖5 A相套管下面吸附劑13號法蘭

全面完成漏氣缺陷處理、恢復氣室后，對A、C相瓷套氣室抽真空，氣室壓力抽至10Pa。然后重新充入新的SF6氣體，氣室壓力充至0.67MPa（額定壓力為0.65MPa）。接著，將缺陷處理過程中各個拆開過的法蘭、側蓋、頂蓋等密封部位進行包扎。24小時后檢漏，沒有發現漏氣，證明密封良好。

6 缺陷原因分析

6.1 A相套管下面吸附劑13號法蘭漏氣原因

現場解體后發現吸附劑封蓋法蘭面有腐蝕氧化現象，密封面也存在腐蝕痕跡。該吸附劑封蓋在現場封裝吸附劑和氣密試驗完成后，應進行防水注膠作業。從解體現象來看該處此項工作遺漏未做，雨水滲入法蘭面造成腐蝕和氧化，密封表面形成細小凹坑，導致O型圈不能密貼，發生氣體泄漏現象。

6.2 C相10號盤式絕緣子漏氣原因

C相10號盆式絕緣子漏氣原因是有一條貫穿絕緣子邊沿至內部氣室的細長裂紋引起，密封膠圈沒有起到密封作用，SF6氣體從裂紋滲出。裂紋產生的原因可能有以下幾種:

（1）絕緣子質量不合格，在澆注過程中有氣泡；

（2）絕緣子兩側直線管路安裝時，對絕緣子撞擊產生裂紋，或沒有對正，強行收緊螺絲；

（3）絕緣子結構不合理:絕緣子內有六個孔，開孔面積過大，造成絕緣子機械強度降低，容易產生裂紋，如圖6所示；

（4）所解體的直線管路在絕緣子一側（圖3的8～10點之間）沒有支撐點，使絕緣子長期受力產生裂紋；

（5）絕緣子材料為環氧樹脂，兩側氣室圓筒為鋼質，膨脹系數不一樣，隨著天氣變化，絕緣子與兩側氣室圓筒熱脹冷縮，而使絕緣子受力。

圖6 盤式絕緣子結構

針對以上提出的5點原因，對該絕緣子進行了返廠檢查試驗并調查了絕緣子在制造期間的質量控制文件，檢查試驗情況如下:

（1）經過對破裂絕緣子制造期間的質量控制文件進行追查，該絕緣子制造、出廠、使用環節檢查，GIS出廠氣密試驗、現場交接氣密試驗均未發現異常。

（2）對破損絕緣子進行的尺寸檢查和X光檢查，未發現氣泡等不良現象。

（3）對該絕緣子進行模擬安裝受力不均勻破壞試驗。將絕緣子裝在與現場相同尺寸的法蘭上，緊固時不按對角緊固，而是從一點開始順序直接緊固到人可使出的最大力（已超出180N，現場安裝要求是100N）。順序將螺栓緊死，在緊固到第三條時絕緣子破裂，形狀和之前破裂的形狀非常接近。如圖7所示。

通過現場分析和絕緣子回廠檢查情況，我認為10號盆式絕緣子破裂原因有以下幾點:

（1）主要原因:10號盆式絕緣子拼接口為現場拼裝的部位，運行一年多后絕緣子破裂，現場無放電痕跡，可以肯定是受機械力導致絕緣子破裂。其中，現場安裝時緊固作業不規范或者拼裝時沒有對正而強行收緊螺絲，以及絕緣子本身的機械強度不夠是導致絕緣子破裂的主要原因。例如:沒按對角順序進行緊固，或是憑感覺用扳手緊固后再用力矩扳手進行力矩確認，這種情況容易造成力矩不一致。絕緣子長期承受該種不均勻受力，再加之當時日夜溫差較大，熱脹冷縮明顯，或者外部的某些震動過大，造成局部受力突然增加，超過絕緣子承受極限，從而導致絕緣子突然破裂。

（2）次要原因:10號盆式絕緣子正好是長母管的中間位置，直線管路在絕緣子一側沒有支撐點，該絕緣子上部長期承受的過大的擠壓力，增加了絕緣子破裂的可能性。

圖7 模擬安裝受力不均勻破壞試驗結果

7 防范對策

針對本次缺陷的處理和分析，在此提出以下一些防范對策和建議:

（1）加強現場GIS安裝質量工藝要求。1#主變變高GIS瓷套氣室兩處漏氣點的造成均與現場安裝時的工藝有關，因此項目實施單位應要求GIS廠家必須加強現場安裝指導工作，廠家人員要高度認真負責，監督施工單位嚴格按照安裝工藝執行，在關鍵環節制定質量監督控制措施（工作檢查表），提高現場安裝質量。

（2）廠家在設計GIS長母管時，應充分考慮絕緣子兩側的受力，必要時設置合適支撐點。在選擇絕緣子時，可考慮采用可承受更大應力的材質，或使用金屬外壁盆式絕緣子提高其抗壓能力。在盤式絕緣子設計時，絕緣子內部可以少開幾個孔，以提高絕緣子的機械強度。

（3）吊裝用器具及吊點選擇應符合產品技術要求。如吊裝元件中心不平衡，應采用吊鏈來調節平衡后再起吊。罐體對接時應用水平儀操作，墊實底部后再緊固法蘭螺栓。所有螺栓的緊固均應使用力矩扳手，其力矩值應符合產品的技術規定。

（4）使用的清潔劑、潤滑劑、密封脂和擦拭材料必須符合產品的技術規定。密封槽內應清潔、無劃傷痕跡；不能使用已用過的密封膠圈；不得使用變形或有傷痕的密封圈；保證密封膠圈清潔，位置正確。涂密封脂時，不得使其流入密封墊內側導致與六氟化硫氣體接觸。

8 結論

SF6氣體是迄今最理想的絕緣、滅弧介質，以其為介質而生產的GIS設備在生產及運行中有著相當的優勢，但由于氣體自身的缺陷，制造質量、安裝工藝、密封元件老化等原因，SF6設備漏氣在所難免。為提高GIS設備密封性能，在制造質量、安裝工藝方面應嚴格遵守相關技術標準、規程要求。

［1］DL/T603—2006.氣體絕緣金屬封閉開關設備運行及維護規程［S］.

［2］Q/GXD126.01－2009.電力設備交接和預防性試驗規程［S］.

［3］白宇濤.GIS設備安裝質量控制要點［J］.電力自動化設備，2007:3.

［4］羅學琛.SF6氣體絕緣全封閉組合電器（GIS）［M］.中國電力出版社.