GIS設(shè)備密封結(jié)構(gòu)引起的漏氣原因分析

李保環(huán) 劉江壘

（河南平高電氣股份有限公司，河南 平頂山 467001）

GIS設(shè)備是由斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、互感器（PT及CT）、避雷器及連接母線等單元根據(jù)電站的不同布局組合而成的。GIS設(shè)備工作時(shí)，氣室內(nèi)部充有額定氣壓的SF6氣體，以SF6氣體作為滅弧與絕緣介質(zhì)，而SF6氣體的泄漏一直是GIS設(shè)備不可回避的問題。

GIS設(shè)備出廠時(shí)檢漏試驗(yàn)分為定性檢漏和定量檢漏，出廠前SF6氣體檢漏都是經(jīng)檢驗(yàn)合格的，現(xiàn)場不需要再進(jìn)行整體定量檢漏，但需要對每一密封面進(jìn)行定性檢漏，對存在漏氣的密封部位再進(jìn)行定量檢漏，計(jì)算年漏氣率是否在0.5%范圍內(nèi)。一旦檢漏發(fā)現(xiàn)超標(biāo)，應(yīng)采用檢漏儀仔細(xì)檢查密封面、螺栓孔、焊縫、轉(zhuǎn)動(dòng)密封等部位，找出漏氣部位，必要時(shí)還要拆解漏氣單元的密封面來排查漏氣原因。GIS設(shè)備連接密封部位較多，對密封性及裝配工藝等要求較高，一旦出現(xiàn)漏氣質(zhì)量問題，就會(huì)嚴(yán)重影響電站的安全運(yùn)行。因此漏氣問題涉及的工作量很大，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，目前也越來越受到廠家與用戶的重視。

1 密封面漏氣原因

漏氣缺陷在GIS各類缺陷中占比較高，除了通過強(qiáng)化安裝工藝與提高零件材質(zhì)要求，減少漏氣外，在密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和密封材質(zhì)上也需要經(jīng)過多方驗(yàn)證，保證其性能上是完好的。影響密封面密封性能的主要因素有：密封面質(zhì)量、裝配工藝、密封圈材質(zhì)、密封圈壓縮率、密封槽結(jié)構(gòu)、密封圈硬度等［1］。

1.1 密封面質(zhì)量：密封面因加工不良或磕碰劃傷，對密封面局部進(jìn)行打磨處理，密封面粗糙度看似滿足，實(shí)則密封面已不“規(guī)整”，密封面上產(chǎn)生了局部凹陷，從而形成了局部泄漏點(diǎn)。

1.2 裝配工藝：裝配前注意檢查密封面和密封圈是否存在缺陷，這是保證密封性能的前提。

1.3 密封圈材質(zhì)：高壓電器行業(yè)用的密封圈材料為三元乙丙膠和丁腈橡膠。丁腈橡膠耐油，用于液壓機(jī)構(gòu)密封，但其抗熱、氧、酸堿等能力較差；三元乙丙膠抗老化性能優(yōu)越，但不可封油。因此密封圈的材料用在不同場合，應(yīng)正確選型。

1.4 密封槽結(jié)構(gòu)：由于密封槽大小及形狀均對密封性能的影響非常大，因此在結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)，也要根據(jù)實(shí)際情況合理才行。

1.5 密封圈硬度：密封圈的壓縮率保證密封具有可靠的密封接觸力，硬度較小的密封圈壓縮率可大，硬度較大的密封圈壓縮率不宜過大。壓縮率過大密封圈產(chǎn)生的應(yīng)力較大，永久變形較大，密封圈劣化較快。

2 案例分析

220kV某一電站2014年6月完成密封性試驗(yàn)，氣室已充入額定壓力SF6氣體，至今未運(yùn)行。2015年7月本工程在運(yùn)行前對每個(gè)密封面進(jìn)行包扎檢漏，現(xiàn)場共包扎582處，其中超30ppm的為133處，超標(biāo)比例20%。（注：30ppm即包扎罩里泄漏的SF6氣體占整個(gè)包扎罩容積的百萬分之三十，泄漏量一定的情況下，包扎罩包扎的容積越大ppm值就越小。）

首先是焊縫問題，GIS產(chǎn)品使用的筒體在出廠時(shí)全部要進(jìn)行水壓試驗(yàn)和氣密試驗(yàn)，一般情況下是不會(huì)發(fā)生焊縫漏氣的，且出現(xiàn)如此大范圍的漏氣，也可通過在漏氣部位刷肥皂泡排除此問題，因此可排除筒體質(zhì)量問題。其次可能存在裝配工藝不良造成的，如果安裝時(shí)現(xiàn)場控制不嚴(yán)，將帶缺陷的密封圈裝到設(shè)備上或裝配時(shí)密封面保護(hù)不當(dāng)，出現(xiàn)磕碰劃傷未處理或緊固密封面時(shí)不按工藝要求對稱緊固或緊固時(shí)出現(xiàn)“切圈”現(xiàn)象等都會(huì)造成漏氣。對現(xiàn)場包扎漏氣部位進(jìn)行排查，抽查10處，只有一處密封面有劃傷，其他未發(fā)現(xiàn)有異常，且緊固力矩符合工藝要求，密封圈質(zhì)量良好，無老化現(xiàn)象，因此可排除裝配工藝不良問題［2-3］。

最后考慮可能是密封結(jié)構(gòu)存在問題，密封槽結(jié)構(gòu)和線徑大小的選擇是有理論根據(jù)和驗(yàn)證數(shù)據(jù)的。GIS產(chǎn)品不同部位的密封槽大小及槽寬有很大差異，密封槽主要有矩形槽與T型槽，密封面均為平面與平面，不帶密封槽的法蘭密封面低下0.1～0.2mm。密封圈壓縮率在20%～26.7%之間，填充率在70%～96%之間。主密封圈與密封槽外壁尺寸一致［4］。密封圈在T形槽和矩形槽中的密封狀態(tài)如下圖所示：

圖1 矩形槽

圖2 T形槽

由圖2、3可看出，T形槽密封圈的密封帶較矩形槽寬，且兩側(cè)槽壁也起到了一定密封的作用，但T形槽要求密封圈的接觸力要大一些，壓縮應(yīng)力也較大。對該電站漏氣部位的密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行匯總分析，如下表：

表1 漏氣情況匯總

圖3 漏氣情況趨勢圖

通過上圖表信息可以看出，隨著密封圈線徑的增大漏氣率有下降趨勢，且在壓縮率一定的情況下，線徑偏大和填充率偏高的密封效果要好些。在壓縮率相同的情況下，矩形槽結(jié)構(gòu)的密封面漏氣率較T形槽結(jié)構(gòu)的密封面要高。從表1也可看出，兩種結(jié)構(gòu)密封槽在壓縮應(yīng)力相近情況下，T形密封槽的填充率和線徑相比矩形密封槽的較大，且從上表數(shù)據(jù)可看出，T形密封槽比矩形密封槽的漏氣率偏低，且矩形槽的線徑較多，填充率和壓縮率各異，因此漏氣量較大的主要原因是密封槽的線徑偏小和填充率偏小。

3 結(jié)論

綜合以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)，提高壓縮率在一定程度上可提高密封性能，但要考慮到壓縮率過大，密封圈的壓縮應(yīng)力也會(huì)增大，將加速密封圈的老化速度，在密封的后期很可能會(huì)發(fā)生明顯的劣化趨勢。因此在同等壓縮率的情況下，密封圈線徑越大，其密封帶越寬，氣體泄漏的通道越長，其密封效果越好。目前產(chǎn)品漏氣的關(guān)鍵因素就是密封圈線徑太細(xì)和密封槽的填充率偏小，且從目前數(shù)據(jù)來看，T形槽密封面漏氣率比矩形槽要好，密封線徑與密封槽結(jié)構(gòu)的選擇也是把雙刃劍，線徑偏小，起不到密封作用，線徑偏大會(huì)增大對密封面質(zhì)量的要求，且增大密封圈的成本，所以密封結(jié)構(gòu)的選擇應(yīng)在考慮壓縮率的情況下選取合適的線徑。

4 改進(jìn)建議

密封面的密封性的可靠性是一個(gè)系統(tǒng)，包括密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、零部件質(zhì)量到裝配工藝各個(gè)環(huán)節(jié)，所以只有關(guān)注每個(gè)環(huán)節(jié)的控制，才能保證產(chǎn)品的密封性能。

4.1 密封圈材質(zhì)選擇時(shí)必須根據(jù)不同材質(zhì)的密封接觸，選擇不同材質(zhì)；

4.2 密封結(jié)構(gòu)線徑種類太多容易造成不方便管理，要進(jìn)行的型式試驗(yàn)也必然增多，且很難保證每種結(jié)構(gòu)都是合理的，所以密封線徑盡量標(biāo)準(zhǔn)化，種類少一些比較利于生產(chǎn)；

4.3 密封結(jié)構(gòu)的形狀從密封性能比較來看，T形槽較矩形槽要好些，因此，在選擇密封槽形狀時(shí)盡量考慮T形槽。

4.4 密封面漏氣率的提高依靠良好的裝配工藝，因此在裝配上必須保證裝配工藝的嚴(yán)格執(zhí)行和其合理性。

［1］劉東亮，賀志煒.GIS（全封閉組合電器）常見漏氣原因及預(yù)防措施［J］.湖南水利水電，2011（6）：75-76.

［2］田鵬，李永付.GIS設(shè)備漏氣現(xiàn)場處理工藝［J］.東北電力技術(shù)，2007（8）：35-37.

［3］李.SF6全封閉組合電器的漏氣分析與處理［J］.湖北電力，2003（8）：53，62.

［4］程俊，張志超.GIS設(shè)備氣室漏氣故障處理過程及工藝［J］.農(nóng)村電氣化，2010（3）：54-56.