GIS設備外殼法蘭密封與通流能力研究

汪全虎 范志遠 陳欣

【摘?要】為了明確SF氣體絕緣金屬封閉開關設備（簡稱GIS設備）外殼流通能力對于法蘭結構設計的要求，本文分析了影響外殼法蘭結構的因素，主要研究了GIS設備的法蘭密封性能和通流能力。對于GIS設備的外殼法蘭結構進行了合理的要求。謹以此文拋磚引玉，共相關從業者研究。

【關鍵詞】GIS設備;密封結構;法蘭結構

GIS設備對于連接法蘭的要求較高，不僅應具有良好的密封性能，還要保障設備外殼與外殼之間的流通性，對于這種要求，《電網設備技術標準差異條款統一意見》中提出“關于GIS外殼法蘭跨界要求”意見：“全封閉組合電器的外殼法蘭片間應采用跨接線連接，并應保證良好通路”我們可以將該建議解釋為，GIS的金屬法蘭片與GIS設備殼體之間的連接處應該安裝絕緣橡膠圈并且注膠。否則可能出現鏈接不牢靠的情況，也不能保障接地通路的完整性和安全性。企業對于設備使用的擔心不無道理，如果GIS金屬法蘭片與殼體之間發生接觸不良的情況，會對電站運行起到嚴重的影響，例如：殼體感應電流發熱會引起漏氣事故的出現。

要保證GIS設備外殼擁有良好的密封性能以及流通性能，可以采取使用大量金屬環絕緣盆子的方式，這樣法蘭片與殼體設備的鏈接面不僅能做到緊牢固，也能保證其電阻需求，不需要另外使用跨接接地線，使設備設計更加簡潔，也更為美觀。

1保障GIS設備通流能力

GIS設備要求外殼接地通路完備，因此，必須保障GIS設備外殼之間的流通性能的良好。

1.1接觸電阻

殼體法蘭包括了靜接觸和面接觸兩種連接形式的接觸，相對于其他形式的電接觸形式穩固且可靠。

接觸電阻分成收縮電阻和表面膜電阻兩個種類，無論什么形式的接觸，最終的接觸只發生在在某些突出的點上。收縮電阻就是電流收縮集中通過這些點時產生的附加電阻。

法蘭接觸面的材質通常為鋁，其表面氧化膜的電阻率極高。然而法蘭連接由于螺栓固定，螺栓與設備的接觸面積較大，造成鋁材質表面氧化膜斷裂，起不到表面膜電阻應有作用，法蘭起到作用為金屬連接。

以接觸電阻式為例，直徑為0.5m、用24只螺栓擰緊固定的殼體法蘭，估算出的電阻在1μΩ以內，擁有著良好的溝通能力。

1.2實驗要求

GIS設備流通能力必須需要進行溫升試驗、短時耐受電流實驗以及峰值耐受電實驗進行驗證。

在GB 7674——2008《額定電壓72.5kV及以上氣體絕緣金屬封閉開關設備》標準中規定，單向GIS設備溫升試驗中通過電流應為額定電流，而短時間耐受與峰值耐受實驗中，實驗回路的布置要求實驗外殼中應有全部的返還電流。

為了達到這一標準，在實驗過程中，需要用金屬法蘭將GIS設備的外殼與內導在一段進行連接，實驗電流應該加載在另一端的導體設備外殼上，以達到形成回路的目的。在實驗過程中設備外殼應耐受與內導相同的額定電流，并且保證溫升不大于30K。只有實驗條件標準嚴格，才能減少誤差，驗證GIS設備的通流能力。

1.3跨接線設置

為了滿足GIS設備的通流要求，實驗設備中對于導流能力較差的零件，必須使用跨接線進行設計，為保障設備的流通性，需要采用純銅材質的跨接線，進行軟連接或者硬連接，跨接線的導流截面積能夠通過來進行表述。

在GIS在設備運行過程中會產生與運行相當的感應電流，在外殼設備電阻較大的位置，尤其波紋管、可拆單元、無金屬圈的盆式絕緣子等零件位置，溫升較高，甚至會出現過溫升大于100K的現象，因此，跨接線的安裝要格外注意。

安裝跨接線一般采用多條對稱的形式，根據不同零件的不同性質，可以適當的增加或減少跨界線的用量，例如波紋管的材質為不銹鋼，金屬材質本身具有一定的通流性質，因此，在計算安裝跨接線時，可以取用0.5左右的系數。

2保障設備外殼的密封結構

GIS設備外殼的密封性能對于設備的使用有著至關重要的影響，GIS設備外殼的密封能出現問題，很大程度上會造成氣體泄漏等事故，而根據數據統計表示：歷年來，由于氣體泄漏導致的設備故障能夠達到總故障量的22%左右。

因此，在進GIS設備設計時，合理的密封結構是設計核心要素之一。GIS設計結構為靜密封，材料選擇上一般選用壓縮率為25%的密封圈，密封槽形狀一般為矩形。

目前在市面上，GIS設備有兩種典型密封結構被廣泛運用。一種特點在密封面與連接界面安插過渡臺階，讓密封面與法蘭連接面形成不同的區域。擰緊螺栓壓緊外殼法蘭接面，能夠形成一種電接觸面，再利用過渡臺階高度與尺寸的差異，讓密封面留有0.2mm的分離間隙。

另一種密封結構相對簡單，在密封面與法蘭連接中不設過渡臺階，不分割區域，但相對加寬法蘭連接的寬度大致1倍左右，形成較深的密封環面，在螺栓擰緊后，密封環面和外連接面能夠壓實壓緊也形成電接觸面。這樣的密封結構，也保證在密封區域存在法蘭分離間隙。

通過上述兩種密封結構的分析，我們能總結出：在設計密封結構時，除去選用合理的密封槽與密封圈外，也應該注意密封區域和連接區的合理設計，既要保證在螺栓擰緊后，密封圈能夠壓緊，也要保證外殼的通流性能。

3安裝

在靜密封結構中，密封膠的使用大量存在。密封膠的功能是協助密封圈改善密封環境，另外還能夠隔絕空氣，防止金屬密封面或者法蘭生銹的現象出現。但由于密封膠的絕緣性，為保障GIS設備外殼的通流性質，針對法蘭密封面設計了導膠槽。在螺栓擰緊后，密封膠通過特殊的注膠螺栓注入，由于在螺栓擰緊后，法蘭面已經形成了電接觸回路，密封膠能夠如預期一樣進入導膠槽，接面電阻不會受到影響。

在安裝過程中，要注意一下幾點：法蘭面以及密封零件的完好、法蘭面及密封零件的表面干凈、密封圈與密封槽尺寸吻合、在密封時進行精準定位、在法蘭面和密封圈接觸后，法蘭面不能有滑動現象、以及固定螺栓時必須對稱使法蘭面受壓均勻。只有做到安裝時注重細節、定位精準，才能就能夠使法蘭密封面穩固。

4結束語

GIS設備外殼數量多，施工難度大，要求所有的設備均使用跨接線連接是不現實的。在連接法蘭結構時，要注重密封性質和通流性質，因此，關于GIS設備外殼的法蘭結構設計應該更加合理。

參考文獻：

[1]南方.GIS設備外殼法蘭密封與通流能力研究[J].高壓電器，2015，51（02）：112-115.

基金項目：

項目來源：國網浙江省電力有限公司群創項目5211MR190002

（作者單位：123國網浙江省電力公司檢修分公司）