SF6電流互感器典型漏氣缺陷分析

劉奇，吳松锜，李舟，肖卓宇，周興華，陳當(dāng)

(1.國網(wǎng)湖南省電力有限公司益陽供電分公司，湖南益陽413000；2.國網(wǎng)湖南省電力有限公司懷化供電分公司，湖南懷化419300)

0 引言

SF6電流互感器因其良好絕緣性能、便于安裝維護等優(yōu)點廣泛應(yīng)用于變電站中[1-5],隨著設(shè)備總量及運行年限增加,SF6電流互感器設(shè)備漏氣缺陷明顯增多[6-8]。本文通過采用紅外氣體檢漏技術(shù)和金屬檢測分析技術(shù)[9-10],準(zhǔn)確定位漏氣部位,綜合充氣閥門金屬成分及腐蝕產(chǎn)物檢測結(jié)果,分析典型漏氣缺陷原因為充氣閥門材質(zhì)選擇不當(dāng),材質(zhì)存在晶間腐蝕和剝落腐蝕風(fēng)險,腐蝕嚴(yán)重時會降低設(shè)備密封氣密性,導(dǎo)致漏氣缺陷。通過分析,對SF6電流互感器充氣閥門材質(zhì)選型和該批次互感器充氣閥門巡檢及處理提出了建議,SF6紅外檢漏技術(shù)證明在充氣類設(shè)備漏氣缺陷診斷具有有效性。

1 SF6紅外檢漏技術(shù)

SF6電流互感器絕緣氣體維護主要包括SF6密封性能監(jiān)測和氣體成分、純度、濕度等帶電檢測。氣體泄漏一般由密度繼電器閾值報警或運維巡視記錄發(fā)現(xiàn),常用檢漏方法有皂水法、鹵素檢測、包扎法、紅外檢漏法[11-13]。其中,SF6紅外檢漏技術(shù)是目前SF6電流互感器檢漏診斷最為常見和有效的手段,其工作原理為利用SF6氣體在某一紅外波段具有較強吸收特性,采用高靈敏度量子阱探測器和窄帶濾光片形成直觀的紅外影像,當(dāng)發(fā)生SF6泄漏時,在紅外影像中會形成煙霧狀陰影,通過陰影動態(tài)形狀準(zhǔn)確判斷漏氣點和漏氣方向。

2 典型漏氣缺陷分析及處理

2.1 漏氣缺陷跟蹤及定位

2018年8月,對有補氣記錄的SF6電流互感器進行專項紅外檢漏,發(fā)現(xiàn)某220 kV變電站528電流互感器B相、某110 kV變電站510電流互感器(均為戶外敞開式變電站)C相煙霧狀泄漏氣體泄漏點均指向充氣閥門處,紅外檢漏視頻截圖如圖1所示。

圖1 SF6紅外檢漏視頻截圖

2.2 充氣閥門金屬檢測

通過外觀觀察,存在漏氣的SF6電流互感器三相充氣閥門均有一定程度的剝蝕現(xiàn)象,泄漏點檢漏圖與可見光對比如圖2所示。根據(jù)銘牌及臺賬信息確認兩臺設(shè)備均為同一批次產(chǎn)品,對充氣閥門進行金屬材質(zhì)檢測,并對該批次產(chǎn)品進行巡視,記錄充氣閥門腐蝕情況和比對SF6密度表歷次數(shù)據(jù)變化。根據(jù)巡視反饋,該批次SF6電流互感器產(chǎn)品有21臺,充氣閥門均有一定的剝蝕現(xiàn)象。

圖2 SF6紅外檢漏圖與可見光對比圖

利用金屬成分分析儀對充氣閥門元素化學(xué)成分進行分析,其結(jié)果見表1。對照標(biāo)準(zhǔn) 《變形鋁及鋁合金化學(xué)成分》(GB/T 3190—2008),推斷該鋁合金牌號可能為2024或2Al2,屬于Al-Cu-Mg系鋁合金,即2系鋁合金,相關(guān)研究表明2系或7系鋁合金有明顯的晶間腐蝕和剝蝕特性[14-15]。

表1 鋁合金元素成分分析結(jié)果 %

2.3 腐蝕產(chǎn)物成分檢測

在充氣接頭腐蝕表面刮取粉末試樣,利用掃描電子顯微鏡 (SEM)觀察腐蝕產(chǎn)物的微觀組織形貌及能譜成分分析。分析結(jié)果表明腐蝕產(chǎn)物中除了Al、O、Cu等元素外,還有大量的S元素存在,如圖3—4所示。腐蝕表面存在S元素,說明運行環(huán)境中可能還有SO2、SO3、H2S等硫化物有害氣體。見表2—3。

圖3 腐蝕產(chǎn)物能譜成分分析結(jié)果之一

表2 成分比重分析結(jié)果之一 %

圖4 腐蝕產(chǎn)物能譜成分分析結(jié)果之二

表3 成分比重分析結(jié)果之二 %

充氣閥門表面局部呈現(xiàn)凸起腐蝕形態(tài),分析原因可能為晶間腐蝕和腐蝕產(chǎn)物膨脹共同引起。充氣閥門為2系鋁合金,其中Cu元素和Mg元素在鋁合金中有較大的固溶度,鋁合金失效時,溶質(zhì)原子從固溶體中析出并在空位處偏聚形成硬化區(qū)。若熱處理不當(dāng),偏聚嚴(yán)重會在晶界處連續(xù)析出富銅相,由于電位差而引起晶間腐蝕。伴隨晶間腐蝕的進行,腐蝕產(chǎn)物的體積膨脹產(chǎn)生應(yīng)力作用,導(dǎo)致腐蝕產(chǎn)物及部分未腐蝕金屬拱起,腐蝕介質(zhì)通過凸起物之間的縫隙,進入到金屬的表層以下,導(dǎo)致腐蝕向縱深方向發(fā)展。

部分充氣閥門腐蝕相對嚴(yán)重,呈現(xiàn)明顯的層狀腐蝕形態(tài),即發(fā)生了剝落腐蝕。結(jié)合金屬成分分析結(jié)果可知,2系鋁合金是傳統(tǒng)的高強度鋁合金,典型的晶界模式常為沉淀相/溶質(zhì)貧化區(qū) (SDZ),通常鋁合金的晶格本體、沉淀相和溶質(zhì)貧化區(qū)之間的電化學(xué)行為相差較大,晶界相比晶粒內(nèi)部更易腐蝕。晶間腐蝕會形成深入合金組織的腐蝕溝,而使用擠壓工藝制成的閥門配件,晶粒變形嚴(yán)重,晶間沉淀物/溶質(zhì)貧化區(qū)形成了平行于表面呈層狀分布的活性陽極通道,在腐蝕產(chǎn)物楔入力的作用下,晶間腐蝕傾向于沿與表面平行的方向生長,并逐步發(fā)展為剝蝕。

鋁合金在大氣中會生成Al2O3保護膜,在潮濕及硫化物等腐蝕介質(zhì)作用會溶解,外保護膜被破壞后,充氣閥門基體與外界環(huán)境接觸,會導(dǎo)致發(fā)生上述晶間腐蝕和剝落腐蝕。腐蝕產(chǎn)物的能譜成分結(jié)果中含有較多的S、O等元素,得以驗證。

3 結(jié)語

根據(jù)互感器充氣閥門表面腐蝕形態(tài)、閥門材質(zhì)、腐蝕產(chǎn)物成分,可判斷為充氣閥門發(fā)生了晶間腐蝕和剝落腐蝕。這是因為該系列鋁合金具有較強腐蝕敏感性所致,主要原因為材質(zhì)選型不當(dāng)所致。當(dāng)充氣閥門腐蝕程度加重時,導(dǎo)致充氣閥門氣密性下降,出現(xiàn)漏氣缺陷。

1)應(yīng)加強充氣設(shè)備全過程技術(shù)監(jiān)督,工程設(shè)計、設(shè)備采購階段應(yīng)加強技術(shù)選型把關(guān),對于戶外充氣式電流互感器、電壓互感器、SF6斷路器、組合電器等充氣設(shè)備充氣閥門,根據(jù)國網(wǎng)企標(biāo)Q/GDW 11717和電力行標(biāo)DL/T 1453—2015等金屬防腐選材導(dǎo)則標(biāo)準(zhǔn),不應(yīng)使用2系或7系鋁合金材質(zhì)；設(shè)備制造、驗收階段,應(yīng)加強金屬檢測監(jiān)督,防止廠家不按技術(shù)要求生產(chǎn)；運維檢修階段,應(yīng)加強充氣式設(shè)備充氣閥門巡視,對于發(fā)生剝蝕傾向的設(shè)備開展金屬成分檢測及SF6泄漏檢測,及時更換隱患部件。

2)對于巡視已發(fā)現(xiàn)充氣式互感器閥門腐蝕情況較明顯的情況,應(yīng)開展金屬材質(zhì)檢測及閥門處氣密性檢測,若材質(zhì)為2系或7系鋁合金,一是盡快提供備品進行更換,材質(zhì)可選擇含銅量較低、抗蝕性較強的5系或6系鋁合金、不銹鋼等材質(zhì)。二是及時發(fā)布預(yù)警通知單,對同一生產(chǎn)廠家、同一批次產(chǎn)品開展排查與治理,防止運行中設(shè)備因氣密性下降或漏氣缺陷發(fā)展導(dǎo)致設(shè)備停運事故。三是對于已知漏氣缺陷互感器,應(yīng)開展SF6紅外檢漏定位漏氣點,防止遺漏其他漏氣缺陷部位。

3)對其他變電設(shè)備鋁制金屬部件開展排查,尤其對于戶外環(huán)境較差且屬于主要導(dǎo)流部件的,應(yīng)結(jié)合巡視、停電檢修機會開展外觀巡視、金屬檢測等,并根據(jù)缺陷程度制定跟蹤檢測及治理計劃。