氣體絕緣金屬封閉開關設備常見質量問題分析及控制措施

李軍博++張艷++李軼文++張旭

文章編號：2095-6835（2016）17-0104-02

摘 要：對氣體絕緣金屬封閉開關制造過程中存在的質量問題，特別是因質量管控不嚴而造成的設備質量問題，結合采購技術規范和運行維護的要求，從物資質量監督的角度提出了解決方案，以期提高設備質量。

關鍵詞：氣體絕緣金屬封閉開關；物資質量監督；電網；斷路器

中圖分類號：TM595 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.17.104

近年來，氣體絕緣金屬封閉開關（以下簡稱GIS）設備在電網建設中應用的比例越來越大，GIS供應商的競爭日益激烈。為了確保企業生存，供應商制定了引進吸收國外先進技術、產品小型化設計、主要組部件國產化等策略，降低了生產成本。而國內加工制造水平、工藝控制能力比國外還存在一定的差距，導致個別原材料或組部件無法完全滿足產品設計要求。

本文總結了多年來在各階段發現的GIS設備質量問題，從制造角度提出了相應的處理方法和預防對策，提高了產品出廠一次試驗合格率，降低了產品質量問題的發生率，為電網建設及其穩定運行提供了合格物資。

1 GIS設備簡介

GIS設備是電力系統中的重要電氣設備之一，由斷路器、隔離開關、接地開關、互感器、避雷器、母線和出線終端等組成，將這些設備或部件全部封閉在接地的金屬外殼中，利用環氧樹脂絕緣子（盆式絕緣子/支持絕緣子）支持導體，內部充入了一定壓力的SF6氣體作為絕緣和滅弧介質的一種設備。與常規敞開式變電站相比，GIS設備具有結構緊湊、占地面積小、投入少、金屬封閉結構適應環境的能力強、可靠性高、維護量小、積木式結構配置靈活、安裝方便等優點。

由于GIS設備設計結構緊湊，在有限的空間內最大限度地集成了大量的功能單元，任何一個功能單元發生故障將會導致故障排查困難。設備搶修對環境等的要求較高，對整套設備乃至整個變電站的影響大于常規的設備，停電范圍更廣、修復時間更長。同時，由于產品主要絕緣介質為SF6氣體，其電離后產生的氟化物和硫化物對人體和大氣都會造成一定的影響。

2 GIS設備常見質量問題分析

近年來，GIS設備出現的主要質量問題包括絕緣擊穿、局部放電超標、微水超標、操作機構拒動、套管炸裂、漏氣等。本文從產品設計、原材料組部件、工藝控制、出廠試驗、包裝運輸、安裝調試等角度進行了質量分析，提出了相應的處理對策。

2.1 產品設計中的常見問題

本文所分析的設計問題主要指采購合同簽訂后，GIS設備供應商按照技術規范的要求進行產品設計過程中發生的質量問題。在此階段發生的問題主要為對技術規范理解不清晰、產品結構設計不合理等。

2.1.1 海拔設計不滿足技術規范要求

某500 kV變電站地處海拔約1 500 m，規程要求對海拔高度在1 000～2 000 m的地區，電氣設備外絕緣參數統一按照海拔2 000 m選取，設計單位據此在技術規范書中進行了明確規定，供應商進行了響應。在出廠試驗過程中，供應商提供的工頻耐壓值仍按照常規產品施加電壓，低于技術規范的要求值，無法滿足高海拔地區的使用要求。由于GIS設備具有氣體絕緣的特性，產品主要部分不受海拔等環境的影響，影響的部件為套管的外絕緣性能。

2.1.2 結構設計影響了設備檢修

供應商在進行產品設計時，因隔離開關操作機構與檢修蓋板較近而導致檢修蓋板不易拆裝，未考慮設備投運后該部位的檢修便利性；檢修梯與二次電纜槽盒的布置不當，遮擋了GIS本體手孔法蘭，導致無法檢修；未充分考慮現場土建和運行氣候的影響，伸縮節配置的位置或數量不合理，導致伸縮節不能適應裝配調整、吸收基礎間的相對位移和熱脹冷縮的伸縮量，進而引發返工等問題。

2.2 原材料組部件的常見問題

原材料/組部件的質量問題主要體現在供貨廠家提供的產品與合同規定不符、供貨廠家出廠檢測標準低于圖紙要求、密封墊材質差和工藝控制差等問題。

2.2.1 絕緣件

盆式絕緣子和絕緣拉桿主要分為本廠制造和外購兩類，套管多為外購。GIS供應商僅對外購外協配套件的外觀進行檢查和尺寸校核，缺少有效的電氣和機械性能檢驗，比如工頻耐壓、局部放電、Χ光探傷、抗彎、抗扭試驗、超聲縱波探傷檢測等。通過出廠試驗無法檢測出絕緣件工藝控制的不穩定，進而出現氣泡、內部存在應力有裂紋等質量問題。

2.2.2 操作機構

目前，操作機構主要包括彈簧機構、液壓機構和彈簧液壓機構，早期還使用過氣動機構。機械方面的問題包括液壓機構滲油、儲壓筒漏氣、壓力異常、打壓頻繁等，尤其是機構為整體鑄造，發生內部滲油時無法在現場進行維修。彈簧機構的主要問題是彈簧在運行時易因疲勞而產生永久變形，拐臂、連桿、萬向節等主要連接件加工尺寸超差導致配合精度差，材質外處理不達標存在銹蝕等，進而影響了機構動作參數。電氣方面的問題包括輔助開關卡死、機構卡澀、電機損壞、線圈損壞等造成電動失靈，這主要是因開關分合過程中因振動而導致部件松動變形，部件本身制造精度差、材質差造成的。

2.2.3 其他主要原材料/組部件

罐體結構復雜的焊接部位無法進行探傷試驗，焊縫夾雜焊渣或沙眼會造成設備運行過程中發生漏氣的現象。導體表面在加工制造過程中有毛刺，進而造成產品局部發生放電現象，使鍍銀層發黑或破損，導致直流電阻超標。梅花觸頭綁扎彈簧材質不達標，進而發生斷裂，銅鎢合金觸頭表面有劃痕，連桿加工尺寸超差會影響裝配精度。密封件入廠不進行壓縮變形、老化性能等試驗項目，進而導致使用壽命受到影響，發生漏氣故障，且易導致外部的水汽向氣室內滲透，使氣室內SF6氣體水分含量增大，發生放電謝謝。

氧化鋅電阻片、合閘電阻片缺乏有效的檢測手段，廠內保管、裝配環境不符合要求，導致產品受潮性能降低。電壓互感器多為外購件，個別供應商未將設備在廠內進行組裝調試而直接發送至現場，造成產品出現質量問題，影響了工程進度。電流互感器入廠不進行復檢，在產品組裝后才進行性能測試。如果出現質量問題，則需要對設備解體返工，影響交貨期。

2.3 廠內組裝中的常見問題

廠內組裝方面問題主要包括因供應商質量管理體系運轉不良而導致的工作人員責任心不強，零部件運輸過程中沒有防護措施，廠內組裝環境未得到有效控制，進而造成零部件表面不整潔、設備內部有異物；動靜觸頭裝配、三相共箱母線導體連接時對中較差；因螺栓緊固不到位而造成盆式絕緣子受到應力或密封面漏氣；操作機構輸出角度調整不到位，導致觸頭行程偏小；隔離開關操作機構在手動和電動模式下合分閘位置不一致，進而造成連桿裝配時動觸頭運動行程超差；密封槽內有異物，破壞了密封圈，進而造成設備漏氣；波紋管廠內組裝時調整過多，影響了現場的安裝工作，存在零部件漏裝、誤裝問題，且遺漏了無毛紙在設備內。

2.4 出廠試驗中的常見問題

組合電器出廠試驗時發現的問題主要存在于耐壓、雷電沖擊、局放、漏氣、微水等試驗項目，且存在絕緣試驗充氣壓力值超過最低工作壓力、套管未進行絕緣試驗等問題。

耐壓、雷電沖擊試驗不合格主要是因絕緣件本身存在缺陷或表面存在灰塵，進而在電場較高的情況下，雜質橋接引發沿面放電；操作試驗完成后未檢查，產品內部進入異物或金屬粉塵，造成局部電場分布不均勻，形成放電通道引發放電；氣體微水超標、工裝蓋板與導體較近導致絕緣強度下降，進而引發放電；導體、屏蔽罩表面有毛刺或較為尖銳的凸起，破壞了內部電場的均勻度，引發尖端放電，廠內試驗電源會受外界干擾。

漏氣的原因主要包括密封面、焊接部位、充放氣管路及相關閥門、密度繼電器等位置，特別是隨著時間的推移，問題將逐步顯現出來。宋杲等人在《國網公司系統組合電器運行情況分析》中提出大部分發生漏氣故障的設備已運行5 年以上。由此可見，密封件的老化和長期運行中的振動對密封的破壞是漏氣故障的主要原因。微水的超標常常與漏氣有關系，在SF6氣體泄漏時，水分會通過密封件滲入產品內部，罐體、導體的材料由于存儲環境的潮濕也會向氣體中釋放水分，進而造成微水超標。

2.5 包裝運輸中的常見問題

GIS設備在制造廠內、運輸途中、安裝現場暫時存放時，產品包裝不符合規范，未充入微正壓的N2或其他氣體保護，導致產品內部進入灰塵和水分，影響了設備的絕緣性能；運輸過程中未安裝三維沖撞記錄儀，或雖安裝了該設備但未保持正常工作，導致產品運輸過程中受到了較大的沖擊力，造成絕緣件損傷等問題。

2.6 安裝調試中的常見問題

安裝調試階段的質量問題主要是因安裝時未嚴格按照裝配工藝的要求執行，防塵、防潮措施不到位，組裝單元，特別是絕緣子的清潔度不達標，進而造成工頻耐壓試驗不合格；充放氣作業時，對氣室的真空度及SF6氣體水分控制不足，密封面的對接作業無法確保密封槽的清潔度，密封件發生漏氣和微水超標；溫度補償型伸縮節組裝完成后未松開緊固螺栓，導致伸縮節失去補償功能，無法吸收因熱脹冷縮、振動或其他外力作用而引起的管道和設備的小量位移，造成設備損傷。

3 GIS設備質量控制措施

在開展GIS設備質量監督的過程中，應堅持“依靠業主單位、聯合專業部門、依托檢測機構、突出生產廠家”的質量監督方針，建立以監督為主，關鍵點見證和原材料/組部件抽檢為輔的質量監督模式，加強產品設計、原材料控制、組裝、試驗、運輸、安裝調試等階段的質量控制工作。

3.1 產品設計質量控制措施

技術規范書是產品設計的基礎。供應商在進行產品設計時，一定要充分考慮溫度、海拔、濕度、污穢程度、光照等環境影響因素，充分了解項目單位的需求進行產品設計。監造人員一定要認真解讀技術規范書，特別是技術規范書中的特殊條款，督促供應商嚴格按照技術規范書進行產品制造。建設、運行單位應提前介入，參加產品出廠試驗見證，對不滿足技術要求的環節，應要求供應商盡快整改，將缺陷消除在廠內，避免設備運抵現場后返工，進而影響工期。

3.2 原材料組部件質量控制措施

監造人員采用現場見證與文件見證相結合的方式進行原材料/組部件的核實，督促供應商嚴格按照合同規定執行，對采購的原材料/組部件進行詳細的入廠復檢，杜絕偷工減料、以次充好的現象發生。特別要加強對絕緣件、套管、罐體、密封件的質量控制，絕緣拉桿、盆式絕緣子出廠時應逐只進行工頻耐壓、局放、Х光探傷試驗；罐體加工完成后，應利用Х光探傷檢驗罐體焊縫，入廠時還需采用氦質譜檢測等方式進行復檢，確保罐體沒有漏氣點；密封件應定期進行硬度、回彈性和壓縮后的永久變形率的檢測。

3.3 廠內組裝質量控制措施

監造人員應要求供應商嚴格按照質量管理體系的要求，加強組裝過程的工藝控制，從人員、機械、試驗、技術、工藝、原材料/組部件等各方面加強控制。在原材料、組部件轉運和裝配的過程中，應使用專用器具，避免磕碰劃傷，確保鍍銀層沒有破損，絕緣件、瓷套管等沒有受到應力，并盡量縮短在車間內的打磨作業，確保裝配環境整潔。產品裝配時應對產品內部的螺絲進行反復擰卸，并徹底清潔螺孔內的金屬物，確保在進行內部組裝時沒有任何異物遺漏在產品、密封槽內部，避免發生漏氣、放電等故障。

3.4 出廠試驗質量控制措施

在絕緣試驗不合格的情況下，在控制盆式絕緣子、絕緣拉桿等絕緣件本身質量滿足要求的基礎上，監造人員應督促供應商嚴格進行設備組裝的清潔工作，清除導體及屏蔽罩中的細小微粒及其他異物，徹底清潔殼體內部，避免懸浮電位放電現象發生，杜絕盆式絕緣子沿面放電故障的發生。

針對漏氣現象，應加強設備殼體焊接質量，并進行全檢；抽檢閥門、管路的質量，嚴控密封面粗糙度、潔凈度，確認沒有傷痕和灰塵；嚴格檢查密封圈和涂密封膠的質量，按力矩要求緊固螺栓，將主母線和隔離開關設置在不同氣室，確保不漏氣。

3.5 包裝運輸質量控制措施

GIS成品在制造廠內或安裝現場存放時，內部應充微正壓的N2或其他氣體，放置于干燥、通風、防雨的環境中，監造人員定期檢查壓力值；產品發運時，應安裝三維沖撞記錄儀，確保儀器電源充足，始終處于工作狀態。

3.6 安裝調試質量控制措施

供應商應安排經驗豐富的現場服務人員指導現場的安裝工作。對于現場組裝的每一個罐體，必須保證導體（母線）表面和氣室金屬外殼內壁表面的光潔度，確保無雜質、無劃傷痕跡，觸頭及屏蔽罩安裝固定，定位螺栓按照標準力矩值緊固，連接導體對中良好，無漏裝；不可使用已用過、變形或有傷痕的密封件，并對接面涂適量的密封脂。溫度補償型伸縮節在投運前應松開緊固螺栓；充氣前要保證罐體內部的真空度小于133 Pa后，繼續進行一段時間的抽真空作業，待氣室內真空度無變化后開始充氣；氣密性檢查應在充氣完成24 h后進行，并嚴格按照驗收試驗規程規定的順序開展交接試驗。

4 結束語

本文對GIS設備投運前各階段易發的質量問題進行了詳細分析，提出了詳細的控制措施，以期通過這些手段對預防各類質量問題的再次發生、降低故障發生率、及時消除設備缺陷有所幫助。

參考文獻

[1]康偉，李曉峰，甄利.全封閉組合電器應用中存在的問題分析及對策[J].河北電力技術，2012（03）.

[2]宋杲，李煒，宋竹生，等.國網公司系統組合電器運行情況分析[J].高壓電器，2009（06）.

[3]李耐心，陳靜元.SF6組合電器運行中若干問題的探討[J].華北電力技術，2004（10）.

[4]卓洪樹.電網設備及材料質量管控重點措施[M].北京：中國電力出版社，2012.

[5]李潤春，王露鋼，刁志昆.GIS組合電器的安裝工藝和關鍵控制要點[J].電力建設，2009（06）.

〔編輯：張思楠〕