淺談252kV的SF6絕緣金屬封閉式開關設備安裝技巧

黃銀宙

摘要：252kVSF6絕緣金屬封閉式開關設備是利用具有優異絕緣性能的SF6氣體作為絕緣和滅弧介質的組合電器，其對現場的安裝有著嚴格的要求。文章通過分析GIS安裝期間容易發生的主要缺陷，并針對這些易發的缺陷，在三門核電一期252kV GIS的安裝過程制定了相應的控制措施，確保了252kV GIS最終的安裝質量，也為二期252kV GIS的安裝提供了指導。

關鍵詞：252kV；SF6絕緣金屬封閉式開關設備；GIS；設備安裝要點；組合電器 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM564 文章編號：1009-2374（2015）36-0063-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.36.030

1 概述

252kV六氟化硫絕緣金屬封閉式開關設備（簡稱252kV GIS）作為220kV系統的配電中心，起著連接廠外220kV電源并為廠內輔變提供電源的作用。對整個220kV電源系統的穩定運行起著重要的作用。它是利用具有絕緣性能優異的SF6氣體作為絕緣和滅弧介質的組合電器，電器元件由斷路器、隔離開關、接地開關、CT、PT、避雷器、母線、套管、電纜終端等，采用積木式結構組合在一起，并全部封閉在金屬外殼內。

由于其具有結構小型化、可靠性高、安全性好、維護方便、檢修周期長等特點而被大量電廠采用。雖然，GIS設備的故障發生率較分離式敞開設備少，但是一旦出現故障，其后果比分離式敞開設備要嚴重得多，故障修復比較復雜，修復時間長，經濟損失大。GIS設備由于安裝工藝不滿足規范要求而造成的故障率約占GIS總故障的40%。在這些故障案例中，歸納起來主要有三個方面的缺陷是引起設備故障的主要誘因，分別是內部放電、密封性能欠佳、法蘭面受鹽霧腐蝕而發生氣體泄漏。而這些缺陷的發生與安裝工藝有著直接的聯系。因此，分析以上缺陷發生機理并加強安裝工藝控制消除以上幾個方面的安全隱患顯得非常重要，也是有效控制GIS設備整體質量的重要手段之一。

2 三門核電一期工程252kV GIS的特點

三門核電一期工程252kV GIS為3相，50Hz，母線額定電流、進出線回路的額定電流以及母聯回路額定電流3150A，短路開斷電流50kA。斷路器氣室SF6額定壓力為0.5MPa，母線氣室及其他氣室SF6額定壓力為0.4MPa。設備布置在室內，為雙母線形式。主母線采用三相共箱式結構，分支母線為單相式結構，并預留擴建接口。設備由西安西電開關電氣有限公司成套提供。本期252kV GIS共有5個間隔組成，其中2回路輔助變壓器間隔、1回220kV出線間隔、1回母聯間隔、1回母線設備間隔，每個間隔都配有一個LCP柜。GIS出線通過充氣套管與架空線連接，兩路進線通過電纜終端與220kV干式電纜連接。共分為大小氣室24個。各氣室間通過氣體分隔絕緣子進行隔離，任何一個氣室都配有單獨的充放氣組合閥門并帶自封接頭，可以實現任意一個氣室內設備的單獨檢修而不影響其他氣室設備。5個間隔之間通過法蘭連接并達到內部氣室與外部空氣隔離的目的。

3 安裝易發缺陷引發的后果及誘因

3.1 內部放電

GIS設備內部放電也指局放，是指當外加電壓在電氣設備中產生的場強，足以使絕緣部分區域發生放電，但是在放電區域未形成固定放電通道的放電現象。雖然局放能量很小，在短時間內不會影響電氣設備的絕緣強度，但是隨著時間的累積效應，會使缺陷不斷擴大，最后造成絕緣擊穿而發生設備故障。因此，必須將局部放電量控制在規范允許值之內（小于3pC），相關資料表明，GIS設備造成局部放電的原因主要有：（1）支撐絕緣子制造工藝不良，內部有氣泡或是在運輸過程中發生碰撞而產生裂紋；（2）內部有自由導電微粒或灰塵；（3）電極表面有毛刺、刮傷；（4）導電部分接觸不良。

3.2 法蘭面受鹽霧腐蝕而發生氣體泄漏

由于三門核電地處海邊，年平均濕度達81%，鹽霧水平較高，若法蘭面處理不當，在若干年后將會發生法蘭面因鹽霧而腐蝕的情況，嚴重的會使法蘭密封面破損而導致氣體泄漏的情況發生。但是，由于新安裝的設備根本不會發生類似的情況，而在安裝期間容易被忽視，因此為避免法蘭面受鹽霧腐蝕的情況發生，需要在安裝期間加以重視，而發生此類故障的主要原因是法蘭密封面的防水處理不到位。

4 安裝過程中的主要控制措施

為消除以上提到的三類故障在運行期間發生，本工程安裝期間針對這三類缺陷的誘因，制定了相應的控制措施。

4.1 內部放電量的控制

4.1.1 現場設備接收控制。確保所有交付安裝的設備性能良好，無受損，滿足安裝的要求。因此在安裝對設備進行相應的檢查，檢查內容包括：（1）物理檢查，包括檢查設備的外觀、規格、型號等；（2）文件檢查，質保文件、產品性能試驗等文件進行檢查。

4.1.2 安裝環境清潔度控制。保證現場安裝環境的清潔度，是控制GIS設備內部灰塵量的關鍵，也是確保GIS設備安裝質量的首要任務。為確保安裝環境的清潔度，在現場設備臨時就位完成后，首先用吸塵器清理地面后再用濕布拖地徹底清除灰塵，待地面徹底干燥后再鋪上臨時的塑料地毯。之后整個GIS安裝區域進行封閉式管理，所有進入GIS房間的人員必須經過授權，并要求穿鞋套進入。最后才允許現場安裝工作開始實施。

4.1.3 設備的清潔度控制。為有效避免灰塵或是金屬粉塵殘留在氣室內，在設備安裝前需對設備、零部件、連接面等進行徹底的清理。現場主要采取以下措施來進行控制：（1）所有擦拭所用的材料顏色必須為白色，且不會對擦拭表面造成損壞的材料；（2）清理流程控制，首先用吸塵器對需清理的表面進行初步清理，然后采用干擦拭布進行清理，最后再采用擦拭布浸乙醇或丙酮至手感到潮濕后對需清理面進行清洗，并且根據臟污程度更換擦拭布，直到擦拭布上看不到污穢為止；（3）清洗順序，對母線筒內部，按照牛頭導體、梅花觸頭座、絕緣支持臺、殼體內部的順序進行逐步清理。對梅花觸頭座內的清理給予特別關注，以防內部殘留金屬導電顆粒；（4）對電極表面有毛刺或刮傷的地方，采用500號的砂皮紙對這些部位進行打磨來清除毛刺及修復刮傷部位，以保證整個電極表面的圓滑度。

4.1.4 主回路電阻測量。為了更加有效地檢查各段主回路的安裝質量，便于及時發現問題，本工程主回路電阻采用分段的方式進行測量。總共劃分了33段，第一、二間隔各4段，第三間隔3段，第四間隔6段，第五間隔6段，母線1M、2M各5段。

4.1.5 主回路工頻耐壓試驗。作為檢查GIS本體內是否含有導電介質、是否存在異常的電場結構等內在質量的重要手段，試驗包括老練試驗（凈化試驗）和耐壓試驗兩個階段，其中第一階段的老練試驗是在耐壓試驗前進行，其主要目的有兩個：（1）將設備中可能存在的活動微粒遷移到低電場區域；（2）通過放電燒掉細小的微粒或電極上的毛刺、附著的塵埃等，試驗電壓值為額定相對地電壓（146kV），試驗時間5min。第二階段為耐壓試驗，首先升壓至1.73倍的額定相對地電壓（252kV），并保持3min，無異常后上升到現場交流耐壓額定值（368kV），并保持1min。無擊穿現象，即表明試驗通過。

4.1.6 局部放電測量。作為對耐壓試驗的一個補充試驗內容，有助于檢查GIS內部多種絕緣缺陷。此測量工作安排在工頻耐壓試驗之后進行。要求放電量不超過3pC。

4.2 密封性控制

根據以上分析，引起密封性能欠佳的主要原因是靜密封面的密封處理不到位，包括：（1）密封面光潔度不夠，存在毛刺；（2）O型圈破損或采用了已經老化了的O型圈；（3）密封膠涂敷不滿足工藝要求；（4）密封法蘭面對接錯位；（5）螺栓緊固力矩不滿足要求。為達到密封的要求，現場主要采用以下措施：

4.2.1 對接面清潔度控制，根據4.1.3的流程完成對接面的清洗工作。

4.2.2 O型圈質量控制。O型圈作為GIS密封面的重要輔件，其質量的好壞直接影響密封的效果，因此必須對O型圈的質量進行嚴格控制。首先，所有已經使用過的O型圈嚴禁再次使用；其次，有破損的或是已經過質保期的O型圈嚴禁再次使用。

4.3 法蘭面防鹽霧腐蝕控制

為保證法蘭面的防鹽霧腐蝕，本期工程對室外部分GIS設備的法蘭面在密封性處理的基礎上，增加了法蘭面加注密封脂與涂敷防水密封膠的工序。

5 結語

GIS設備安裝質量的好壞直接關系到GIS設備今后的運行可靠性。從三門核電一期252kV GIS安裝工程實施情況及目前的運行情況來說，通過對以下方面的要點進行有效的控制，可以很好地保證GIS設備最終的安裝質量：（1）針對內部放電問題，通過確保安裝環境的清潔度，保證安裝過程中設備的清潔度，控制設備的安裝精度，并采用老練試驗來進一步凈化GIS內部微小顆粒或灰塵。最后通過主回路電阻測試、主回路工頻耐壓試驗以及局放試驗進行驗證，從而可以在設備投用前很好地解決GIS內部放電的問題；（2）針對密封問題，首先控制環境及法蘭面的清潔度，其次確保根據不同尺寸的法蘭面選擇相應規格的全新的密封圈，然后根據不同的法蘭面結構來確定采用不同的密封脂完成對接法蘭面的密封脂涂敷，接著采用定位銷對法蘭面進行精準對接，隨后采用力矩扳手按照一定的螺栓緊固順序完成法蘭面螺栓的緊固工作，最后通過氣體密封性試驗與SF6氣體含水量的測量進行驗證，從而保證GIS各個氣室的密封性，保證GIS長期穩定地運行；（3）針對法蘭面防鹽霧腐蝕問題，在保證法蘭面密封的基礎上，通過對法蘭面進行注脂，最后將法蘭合縫面用防水膠進行密封的方式完成整個法蘭面的防鹽霧腐蝕處理。

參考文獻

[1]詹英軍.GIS母線現場安裝的關鍵控制分析[J].南方電網技術研究，2006，2（6）.

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（責任編輯：陳 潔）