一起GIS設備SF6氣體泄漏故障的分析與處理

張 浩，吳 凱，管敏淵，王 煒，朱家立

（國網浙江省電力公司湖州供電公司，浙江 湖州 313000）

一起GIS設備SF6氣體泄漏故障的分析與處理

張 浩，吳 凱，管敏淵，王 煒，朱家立

（國網浙江省電力公司湖州供電公司，浙江 湖州 313000）

針對GIS設備SF6泄漏故障，介紹了基于紅外成像和定量檢測的聯合檢漏方法的技術優勢。結合某220kV變電站GIS設備漏氣故障，首先應用聯合檢漏方法進行泄漏點定位，之后開倉檢修，查找漏氣部位、分析漏氣原因，給出GIS設備漏氣消缺具體過程，最后總結了防止GIS設備漏氣的具體措施，對電網的安全運行、GIS設備制造和環境保護具有現實意義。

GIS；SF6泄露；紅外成像；聯合檢漏

0 引言

隨著我國工業快速發展，用電需求進一步加大，新建、擴建變電站也越來越多。GIS（氣體絕緣組合電器）設備因其所占空間小、受環境影響小、運行安全可靠，越來越廣泛地應用于各電壓等級電網中。GIS設備內部絕緣介質采用SF6氣體，這種人造惰性氣體具有良好的絕緣性能和滅弧性能。從使用情況來看，SF6氣體泄漏是目前GIS設備最常見的故障類型之一[1]。在正常運行情況下，必須保持GIS設備內 SF6的氣壓在正常范圍內（一般0.4～0.6MPa），若GIS設備發生漏氣引起SF6氣體壓力減小，將導致設備絕緣強度下降，危及其安全運行。因此必須保證GIS設備內SF6氣體壓力達到相關規程的技術要求，確保設備安全運行。

1 GIS設備SF6泄漏故障概況

1.1 SF6泄漏的危害

SF6氣體泄漏會造成GIS氣室內SF6氣體壓力下降，導致氣體壓力報警，甚至會導致閉鎖斷路器動作，在發生緊急事故情況下，可能造成故障停電范圍的擴大。同時，GIS漏氣會引起外界水分子進入氣室內，導致微水含量增大，降低設備絕緣，影響滅弧性能。另外，SF6為有毒氣體[2]，會影響環境，危害人體健康。

1.2 SF6氣體泄漏原因分析

GIS設備漏氣點較分散，包括氣室與儀表的接頭、焊縫處、本體砂眼等，其中漏氣最多的是GIS罐體連接部位的密封圈與緊固固定螺栓處。

密封面發生漏氣的主要原因有：由于密封皮條緊固不當，端面受力不均；安裝時工藝控制不嚴，安裝帶有缺陷的密封圈；密封圈未能完全就位，或是緊固法蘭時擠壓損傷密封膠圈；密封圈老化，彈性減弱，引起密封性降低。

本體有砂眼，盆式絕緣子或本體有裂紋等[3]，此類產品質量問題也會引起閥門、管道漏氣，應使用質量較好的部件。現場GIS設備SF6泄漏問題可歸納如表1所示。

表1 GIS設備SF6氣體泄漏情況分類

2 SF6氣體檢漏技術

2.1 紅外成像檢漏技術

SF6是性狀比較穩定的絕緣氣體，有著相對于空氣超強的紅外吸收特性，與空氣在相同環境內會產生一定的溫差，從而導致有明顯差異的紅外圖像。利用特定波段范圍的紅外成像儀，可使泄漏的SF6氣體顯示為煙塵狀的可見成像。根據透過率曲線原理，SF6氣體在波長10.4～10.6 μm，顯現出紅外吸收特性先逐漸增強而后開始逐步衰減的特性，至10.9 μm紅外吸收特性消失。因此，如果使用紅外波段為10.3～10.7 μm的紅外成像儀就可看到狀如煙塵的SF6泄漏氣體（見圖1）。

圖1 紅外成像儀檢漏

使用紅外成像儀檢漏時，可從不同角度進行多次檢測。由于GIS設備可能存在多個泄漏點，對可能漏氣的部位如螺栓、法蘭及GIS設備氣室連接都需要仔細觀察。一般情況下采用紅外成像儀檢漏需1 h，即由檢測人員觀察紅外成像中的靜態圖像判別泄漏，同時利用紅外視頻中紅外圖像的動態特征，完成紅外視頻下SF6泄漏的檢測。

2.2 SF6定量檢漏技術

定性檢漏是進一步定位GIS漏氣點的簡單辦法，它對周圍環境要求較高，需要周圍無風并不得有殘留的SF6氣體，使用靈敏度不低于1×10-8的氣體檢漏儀。首先應對準備檢漏的GIS設備表面進行清理，用檢漏儀探槍在離被測點1～2mm處緩慢移動，通過報警或觀看指針進行判斷。對經定性檢漏認為疑似漏氣的部位，可使用肥皂水對泄漏點進行涂抹，如出現大量泡沫，則可確認該處為泄漏點。肥皂水檢漏對發現密封膠圈密封不嚴、焊縫裂紋等故障非常有效，該方法在現場檢測時操作方便，可以定量測出漏點氣體的速度、濃度，但不夠實時、檢測距離短、精度一般。

2.3基于紅外成像和定量檢測的聯合檢漏法

2.3.1 聯合檢漏技術原理

紅外成像檢漏的方法可以遠距離探測到GIS設備的SF6氣體泄漏，定位準確，實時記錄。但紅外成像容易受到天氣情況的影響，如：在室外GIS檢漏遇到雨雪天氣時，紅外成像儀鏡頭可能由于水氣起霧而對SF6紅外成像畫面造成較大干擾；風速和風向也有可能導致紅外檢測背景溫度不明顯，使得漏氣點不容易發現，而當有微風才會把氣體吹出來，使得檢漏儀可以觀測到泄漏氣體。

因此，當GIS氣室發生漏氣時，根據現場氣象情況，首先用紅外成像儀進行觀察，在通過紅外定位泄漏點后，再采用定量檢測方法對漏氣位置進行精準定位，對SF6檢漏儀確定的疑似漏氣部位，輔以肥皂水對泄漏點進行涂抹，最終完成對泄漏點的確認。

2.3.2 聯合檢漏技術特點

（1）實現了遠距離檢漏。采用紅外成像儀能對現場任何以SF6氣體作為絕緣介質的運行設備進行30 m之內泄漏點的準確檢測，實現遠距離、非接觸檢測，確保檢測人員更安全。

（2）GIS設備無需斷電，通過實時捕捉氣體泄漏情況，大大減少停電檢修期。采用整體檢漏，不同于原始的點檢方式，可一次性直觀顯示觀測范圍內設備的全部泄漏點，對于多漏點的GIS設備尤為方便。

（3）采用2種不同原理的檢漏方法實現GIS設備漏氣位置的確定，遠近檢漏方法優勢互補，滿足現場檢漏的實際需求。

（4）靈敏度高，受外界環境影響小，在風力低于4級、小雨天氣、狹小空間均能進行檢測。

3 案例分析

3.1 故障概況

某220kV變電站采用上海西門子公司的GIS設備，該設備的SF6氣體充氣壓力值如表2所示。該站于2014年5月投運，2014年10月運維人員發現220kV興雀2446線副母閘刀氣室有漏氣現象。密封繼電器由額定壓力0.58MPa降低至報警壓力0.46MPa，發出低氣壓告警。

表2 現場GIS設備SF6氣體充氣壓力值

為確定故障位置，檢修人員采用定量檢漏及紅外成像檢漏相結合的方法對漏氣間隔進行綜合檢漏分析。由于該站GIS設備為室內布置，紅外成像檢漏儀受天氣干擾較小，很快確定出泄漏點位于母線氣室盆式絕緣子的螺栓處；同時配合使用SF6檢漏儀，發現螺栓處SF6氣體濃度超標，并輔以肥皂水對螺栓處進行涂抹，出現大量泡沫，最終完成對副母閘刀氣室SF6泄漏點的確認。

經檢修人員和廠家技術人員多次綜合檢測，最終確定漏氣部位為興雀2446線副母閘刀氣室的絕緣盆靠近副母氣室側拼接面，漏氣主要原因是盆式絕緣子密封不嚴。

技術人員初步分析認為，引起故障的原因可能是：GIS設備在現場安裝過程中，由于沒有嚴格執行操作標準，在密封圈安裝時因操作不當造成密封圈不能很好地壓緊法蘭面；在注入硅膠過程中，由于注入壓力調整偏大，導致密封圈發生位移造成GIS設備漏氣；密封面在未注入防水膠前，發生水分滲入到注膠槽內而未處理。

最后開倉檢查，確認了漏氣原因為盆式絕緣子注膠槽內表面處理不當，粗糙缺口造成密封圈不能很好地壓緊而發生漏氣（如圖2所示）。

圖2 盆式絕緣子注膠槽表面

3.3 現場消缺處理

確定GIS設備泄漏點后，工作人員進行了消缺處理，處理部位參見圖3，具體過程如下：

（1）對SF6氣體進行回收。

（2）拆卸興雀2446線副母閘刀氣室的機構電纜及連通氣管。

（3）拆卸興雀2446線副母閘刀氣室與興雀2446線正母閘刀氣室盆式絕緣子間的連接螺栓，保護好密封面后妥善放置。

(3)互聯網的便捷性。信息網絡技術的變革也帶來了學習方式的變革，成人學生既可以通過手機、平板電腦等移動終端也可以通過臺式電腦等固定終端進行學習，比起傳統的固定時間固定地點的學習方式，成人學習者更愿意通過移動設備進行隨時隨地的泛在學習。

（4）松開興雀2446線副母閘刀氣室與220kV正母氣室盆式絕緣子間的連接螺栓，保護好密封面后妥善放置。

（5）松開興雀2446線副母閘刀氣室與220kV副母氣室盆式絕緣子的連接螺栓，同時吊起興雀2446線副母閘刀氣室，保護好密封面，并檢查漏氣部位情況。

（6）若密封圈存在表面缺陷，則更換新的密封圈；若絕緣盆有表面缺陷，則更換新的絕緣盆。

（7）安裝新的密封膠圈和盆式絕緣子。

（8）恢復模塊安裝及機構電纜。

（9）檢查各氣室，安裝防爆膜及吸附劑。

（10）進行氣體試驗及檢漏。

（11）進行本體調試及電氣試驗。

（12）進行GIS耐壓試驗。

4 結語

基于紅外成像和定量檢測的聯合檢漏方法可以在非接觸、遠距離、不停電的情況下實現對SF6氣體泄漏點的快速、準確定位，適用于查找GIS設備SF6氣體的泄漏點，其最小探測泄漏率可達到0.001 mL/s，是目前一種較先進、可靠的聯合檢測技術。通過某220kV變電站GIS副母閘刀氣室漏氣點確定和處理，表明應用聯合檢漏方法進行GIS設備SF6氣體檢漏是高效且經濟的，尤其是對不容易停電檢修的GIS設備效果良好，通過聯合檢漏可以確定泄漏點位置，判斷危害程度，進而確定檢修方案，縮短了停電時間，提高了檢修效率。

圖3 故障處理部位

分析GIS設備SF6泄漏故障時，需注意密封件是GIS設備最容易發生泄漏的部位，SF6氣室對密封環節的要求非常高，密封件質量的優劣以及密封安裝工藝對氣室是否存在漏點有著直接的影響。因此，在GIS設備安裝或日常維護過程中，應注意做好以下各項工作：仔細檢查各類密封件完好與否；GIS設備現場安裝與檢修應該嚴格執行相關作業指導書的工藝要求，包括GIS設備安裝時的現場溫/濕度條件、各種元件的安裝步驟、各種零件的選取以及調試檢查等均應符合規范；建議GIS設備安裝時應控制好工作環境，室外盡量選擇晴天；空氣中含塵量一般不能超過0.1 mg/m3，空氣濕度不超過80%；打開GIS氣室時應使用塑料薄膜套蓋住氣室及法蘭孔，避免引起設備內部進灰塵、碰傷及微水含量超標。通過多項措施確保GIS設備氣室密封性良好，保證設備的良好運行狀態。

[1]楊振宇，晉陵變.220kV GIS的漏氣檢修及其相關問題[J].高壓電氣，2010，46（6）:93-97.

[2]羅學琛.SF6氣體絕緣全封閉組合電器（GIS）[M].北京：中國電力出版社，1999.

[3]孫強，朱岸明，吳經鋒.750kV GIS現場主回路絕緣試驗及瓷柱探傷試驗分析[J].電網與清潔能源，2008，24（7）:16-18.

（本文編輯：方明霞）

Analysis and Treatment on a SF6Gas Leakage Fault of GIS Device

ZHANG Hao，WU Kai，GUAN Minyuan，WANG Wei，ZHU Jiali
（State Grid Huzhou Power Supply Company，Huzhou Zhejiang313000，China）

This paper introduces the technical advantages of a leakage detection method that combines infrared imaging with quantified detection in accordance with SF6leakage fault of GIS device.In combination with leakage fault of GIS device in a220kV substation，the combined leakage detection method is used to locate the leakage point，open the cabinet for maintenance，detect gas leakage position，analyze gas leakage reasons and introduce the specific process of gas leakage elimination of GIS device.In the final，the paper summarizes some countermeasures against gas leakage of GIS device，which is meaningful to operation safety of power grid，GIS device manufacturing and environmental protection.

GIS；SF6gas leakage；infrared imaging；combined leakage detection

TM853

：B

：1007-1881（2016）09-0035-04

2016-07-05

張 浩（1970），男，高級工程師，主要從事電網運行與管理工作。