GIS設(shè)備漏氣故障常見原因分析及防范措施

張麗娟，張?zhí)旌樱w 航

（國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，山東 濟(jì)南 250118）

0 引言

GIS設(shè)備，即氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備，將變電站中除變壓器、電容器等以外的所有一次設(shè)備全部密封在接地金屬殼體內(nèi)的金屬封閉開關(guān)設(shè)備［1］，內(nèi)部采用SF6氣體作為絕緣介質(zhì)［2］。GIS設(shè)備在運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)多種異常現(xiàn)象，同時(shí)，由于不同廠家在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、安裝等技術(shù)性能上的差異，其產(chǎn)生異常的原因也各不相同。通過對近幾年變電站內(nèi)GIS設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)GIS設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)SF6氣體泄漏、絕緣故障、局部放電等故障［3］。

GIS設(shè)備中出現(xiàn)頻率最高的故障為SF6氣體泄漏。據(jù)統(tǒng)計(jì)，GIS設(shè)備中易出現(xiàn)氣體泄漏現(xiàn)象的部位主要有母線伸縮節(jié)、法蘭密封面、殼體焊接處及注膠孔等部位。

1 伸縮節(jié)漏氣原因分析及防范措施

對于運(yùn)行于戶外的220 kV及以上電壓等級的GIS設(shè)備，在受到室外環(huán)境溫度及太陽直射的影響下，GIS殼體會(huì)發(fā)生較大的熱脹冷縮現(xiàn)象，為適應(yīng)GIS殼體的這種變化，常常在GIS母線筒中設(shè)置伸縮節(jié)［4］。

1.1 伸縮節(jié)漏氣原因分析

GIS設(shè)備中，主要應(yīng)用的伸縮節(jié)有4種類型［5］：壓力平衡型伸縮節(jié)、復(fù)式拉桿連接型伸縮節(jié)、自由型伸縮節(jié)（典型代表為碟簧型，如圖1所示）和力平衡型伸縮節(jié)。由于不同類型伸縮節(jié)的變形范圍及調(diào)節(jié)方式的不同，伸縮節(jié)在GIS設(shè)備的使用中，受到安裝工藝和制造工藝的影響，不能滿足及時(shí)調(diào)節(jié)伸縮節(jié)以適應(yīng)GIS殼體變化的要求，因此，在GIS伸縮節(jié)安裝處容易發(fā)生由伸縮節(jié)原因引起的GIS設(shè)備漏氣現(xiàn)象。

如圖2所示，由于補(bǔ)償型伸縮節(jié)拉桿的限位螺母緊固不當(dāng)，使碟簧筒內(nèi)彈簧壓縮尺寸過大，導(dǎo)致伸縮節(jié)不能正常拉伸補(bǔ)償，造成兩端的母線法蘭受力形成裂縫漏氣。

圖1 碟簧型伸縮節(jié)

圖2 伸縮節(jié)法蘭對接面形成裂縫

1.2 伸縮節(jié)漏氣防范措施

補(bǔ)償型波紋管安裝調(diào)節(jié)。按照廠家提供的調(diào)整方案，通過調(diào)節(jié)波紋管拉桿螺母，將波紋管碟簧壓縮量減小，調(diào)整完畢后，再依次鎖緊螺母1、螺母2，松開螺母3至距碟簧套筒間隙，如圖3所示。

圖3 補(bǔ)償型伸縮節(jié)

在伸縮節(jié)的4個(gè)方向上加裝標(biāo)尺，如圖4所示。結(jié)合設(shè)備日常巡視，加強(qiáng)伸縮節(jié)變形量的監(jiān)測，記錄標(biāo)尺數(shù)據(jù)，定期對數(shù)據(jù)進(jìn)行比較、分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)波紋管各方向伸縮量異常情況。

在冬季低溫季節(jié)，對GIS母線罐體采取保溫措施。在GIS母線筒和伸縮節(jié)表面包扎保溫石棉，如圖5所示，利用減少GIS殼體收縮量來避免伸縮節(jié)補(bǔ)償不到位出現(xiàn)的漏氣現(xiàn)象。

圖4 伸縮節(jié)加裝標(biāo)尺

圖5 伸縮節(jié)加裝保溫層

1.3 預(yù)防伸縮節(jié)漏氣的在線監(jiān)測裝置

為預(yù)防戶外GIS設(shè)備母線伸縮節(jié)在補(bǔ)償殼體熱脹冷縮的變化量時(shí)，出現(xiàn)配合不完善現(xiàn)象導(dǎo)致伸縮節(jié)處漏氣故障，研制一款GIS設(shè)備伸縮節(jié)彈簧補(bǔ)償量在線監(jiān)測裝置，如圖6所示。

圖6 在線監(jiān)測裝置

該裝置基于激光測距系統(tǒng)，將測距模塊、溫度模塊測得的伸距離數(shù)值和環(huán)境溫度數(shù)值，通過傳輸系統(tǒng)傳送到顯示后臺(tái)，然后利用后臺(tái)軟件自動(dòng)分析伸縮節(jié)四角距離數(shù)值之間的數(shù)據(jù)差，當(dāng)差值超過10 mm時(shí)，即發(fā)出報(bào)警信號，提醒檢修人員對信息做出判斷并及時(shí)對伸縮節(jié)進(jìn)行調(diào)整，避免SF6氣體泄漏等事故發(fā)生。

該裝置在使用中可安裝于伸縮節(jié)同一側(cè)的四個(gè)對角位置，能實(shí)時(shí)檢測補(bǔ)償量變化的在線監(jiān)測裝置，解決了現(xiàn)有戶外GIS設(shè)備伸縮節(jié)補(bǔ)償量監(jiān)測技術(shù)的不足，實(shí)現(xiàn)了嚴(yán)格意義上的對伸縮節(jié)補(bǔ)償量全方位、立體式、無死角覆蓋式監(jiān)測，從根本上解決伸縮節(jié)補(bǔ)償量變化造成的設(shè)備事故。

2 法蘭密封面漏氣及防范措施

2.1 銹蝕漏氣

GIS設(shè)備戶外法蘭密封面防水膠老化、開裂，失去防水作用，雨雪長期侵蝕，易造成密封面銹蝕漏氣，如圖7所示。環(huán)氧樹脂盆式絕緣子外圈無金屬法蘭，基建施工螺栓緊固力矩不均，冬季低溫罐體收縮，在內(nèi)部應(yīng)力作用下，易導(dǎo)致環(huán)氧樹脂螺栓孔處產(chǎn)生裂紋，造成密封失效漏氣。

設(shè)備鑄造工藝方面，罐體法蘭跨接連片螺栓緊固處采用U型設(shè)計(jì)，如圖8所示，雨水沿螺栓滲入，造成密封面銹蝕引起漏氣。

圖7 銹蝕法蘭對接面

圖8 法蘭跨接

針對由法蘭對接面連接螺栓問題引起的漏氣，現(xiàn)場采取的防范措施是在不停電狀態(tài)下，將原螺栓更換為不銹鋼螺栓，碗狀防水墊圈更換為兩平一彈墊圈，加強(qiáng)法蘭剛性連接，更換后用防水膠把螺栓頭和螺母密封，避免進(jìn)水引起法蘭銹蝕；對于已經(jīng)銹蝕或銹蝕嚴(yán)重的法蘭面，結(jié)合設(shè)備停電，對銹蝕法蘭面進(jìn)行打磨，清理已老化開裂的密封膠，用金屬封堵膠對法蘭面重新密封治理；從設(shè)備運(yùn)行環(huán)境方面考慮，可以在法蘭處加裝防雨罩，將法蘭包住，防止雨水侵蝕，如圖9所示。

圖9 設(shè)備加裝防雨罩

2.2 密封圈老化、設(shè)計(jì)不合理

GIS設(shè)備法蘭對接面所采用的密封圈在使用過程中，受溫度變化、機(jī)械應(yīng)力等的影響，會(huì)逐漸發(fā)生氧化老化、疲勞劣化等現(xiàn)象，造成GIS設(shè)備法蘭對接面密封不良，導(dǎo)致法蘭處漏氣。GIS法蘭密封圈多采用O型密封圈，當(dāng)密封圈直徑設(shè)計(jì)不符合要求時(shí)，對法蘭對接面的連接處不能起到良好的密封作用，造成法蘭對接面發(fā)生漏氣。

針對由密封圈老化引起的漏氣，在設(shè)備安裝階段要嚴(yán)格把關(guān)質(zhì)量驗(yàn)收，密封圈無老化、裂紋等情況；在設(shè)備解體檢修時(shí)，要更換密封圈，已使用過的密封圈不得使用。

變電檢修人員在進(jìn)行某500 kV變電站GIS設(shè)備帶電檢測過程中，發(fā)現(xiàn)隔離開關(guān)氣室法蘭處存在明顯的漏氣現(xiàn)象。經(jīng)過對該氣室所在間隔進(jìn)行停電檢查，發(fā)現(xiàn)法蘭對接面絕緣盆子密封圈有明顯的損壞現(xiàn)象，如圖10所示，O型密封圈表面有兩處細(xì)微老化現(xiàn)象，密封圈下部有一長43 mm老化，左下部有一長25 mm老化，用手按密封圈有發(fā)粘現(xiàn)象。

圖10 損壞的密封圈

2.3 法蘭安裝對接不均衡

GIS設(shè)備在安裝過程中，由于安裝工藝不嚴(yán)謹(jǐn)，使得設(shè)備在運(yùn)行過程中出現(xiàn)漏氣故障。若連接GIS母線筒的兩個(gè)罐體的中心線不在一條直線上，在其對接密封面處會(huì)產(chǎn)生較大的不對稱扭矩，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致兩密封面產(chǎn)生相對位移，密封度顯著降低，最終導(dǎo)致SF6氣體泄漏故障的發(fā)生。

為防止這種情況的發(fā)生，在進(jìn)行GIS兩母線筒對接安裝時(shí)，應(yīng)采用多根定位棒進(jìn)行定位，同事要加強(qiáng)設(shè)備安裝監(jiān)督、優(yōu)化安裝工藝，確保對接面完全密封。

3 GIS殼體漏氣及防范措施

3.1 設(shè)備安裝工藝問題

GIS設(shè)備組裝完成，設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行SF6充氣之前，需要對設(shè)備各個(gè)連接處、對接面進(jìn)行注膠工作。在注膠過程中，若法蘭及盆式絕緣子對接面注膠不規(guī)范，會(huì)存在漏注、注膠不滿的現(xiàn)象，導(dǎo)致法蘭密封不嚴(yán)，甚至?xí)l(fā)生法蘭滲水、受潮等現(xiàn)象，如圖11所示。

圖11 法蘭對接面注膠不規(guī)范

3.2 殼體鑄造工藝問題

GIS設(shè)備殼體在鑄造生產(chǎn)時(shí)，若鑄件存在砂眼，殼體焊接溫度或方法不當(dāng)，會(huì)造成焊縫存在質(zhì)量問題，會(huì)在設(shè)備殼體內(nèi)部存有氣泡或縫隙。隨著設(shè)備運(yùn)行時(shí)間的增加，砂眼和焊縫缺陷劣化，造成設(shè)備漏氣，如圖12所示。

圖12 設(shè)備鑄造工藝問題

對于基建安裝及設(shè)備鑄造工藝方面出現(xiàn)的問題，要在基建階段，要對罐體焊縫進(jìn)行X射線探傷檢測，驗(yàn)收時(shí)廠家應(yīng)出具相關(guān)檢測報(bào)告。當(dāng)出現(xiàn)設(shè)備砂眼和焊縫引起的漏氣時(shí)，在符合安全規(guī)定的情況下，可以采用帶電堵漏和補(bǔ)焊的方法治理。

4 結(jié)語

針對GIS設(shè)備常見漏氣部位，如伸縮節(jié)、法蘭密封面、殼體焊接處等，進(jìn)行了原因分析，并結(jié)合案例提出有效防范措施。GIS設(shè)備伸縮節(jié)漏氣主要與伸縮節(jié)的類型及安裝、設(shè)計(jì)等工藝有關(guān)，及時(shí)監(jiān)測伸縮節(jié)熱脹冷縮補(bǔ)償量的變化可以很好地預(yù)防伸縮節(jié)漏氣現(xiàn)象；GIS設(shè)備母線筒連接對接面密封不嚴(yán)，發(fā)生進(jìn)水銹蝕、密封圈老化、法蘭安裝對接不均衡等，均會(huì)造成設(shè)備漏氣；GIS殼體在鑄造、安裝工藝中出現(xiàn)的砂眼、注膠不規(guī)范等，易引起設(shè)備殼體漏氣。通過嚴(yán)格把關(guān)GIS設(shè)備質(zhì)量，改良設(shè)備設(shè)計(jì)、安裝等工藝，可有效降低GIS設(shè)備漏氣故障率。

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