5組220kV GIS設(shè)備微水含量超標(biāo)原因分析與處理

劉天宇，趙磊，劉濤瑋，馮汝明

(內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

1 引言

GIS是氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的簡稱，由斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、避雷器、互感器等組成，具有故障率低、使用壽命長、占地面積小等優(yōu)點，自20世紀(jì)60年代問世以來，得到了國內(nèi)外電力行業(yè)的廣泛應(yīng)用。

SF6分子極易吸收自由電子，具有較強(qiáng)的電負(fù)性，因此具有良好的絕緣性能和滅弧性能，0.3MPa壓力下其絕緣強(qiáng)度就超過變壓器油[1]。SF6氣體作為GIS的絕緣介質(zhì)，是決定GIS能否正常工作的重要因素，其中水分是影響SF6氣體絕緣強(qiáng)度的最主要因素。電弧高溫、火花放電和電暈會使SF6氣體分解，但電弧熄滅后絕大部分的分解物又重新結(jié)合成穩(wěn)定的SF6分子；如果水分含量超標(biāo)的情況下，會生成SOF2、SO2F2、SO2等有毒物質(zhì)及氫氟酸、亞硫酸等強(qiáng)酸性物質(zhì)，腐蝕設(shè)備金屬外殼，對設(shè)備造成極大的安全隱患[2]。Q/ND 10501 06-2018《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試》[3]規(guī)定，GIS中SF6氣體濕度檢測周期為三年。

2 情況概述及微水測試結(jié)果

2.1 情況概述

2019年5月8日，對MT變電站進(jìn)行預(yù)防性試驗，發(fā)現(xiàn)5組220kV GIS斷路器氣室微水超出注意值，5月20日及6月21日對其進(jìn)行復(fù)測，測試結(jié)果均超出注意值，其余氣室微水值正常。

5組220kV GIS斷路器型號NGCB2-III，由國內(nèi)某企業(yè)生產(chǎn)，SF6氣體額定壓力0.6MPa，出廠日期為2011年12月，投運日期為2013年3月，投運6年以來未出現(xiàn)任何故障情況。

2.2 微水測試結(jié)果

根據(jù)DL/T 596-1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》[4]以及內(nèi)蒙古電力公司Q/ND 10501 06-2018《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》對GIS中SF6氣體微水含量檢測的規(guī)定，運行中每3年需做一次預(yù)防性試驗，且GIS中斷路器氣室SF6氣體微水含量應(yīng)小于等于300μL/L。5組GIS斷路器氣室微水歷次測試結(jié)果見表1。

表1 GIS斷路器氣室微水歷次測試結(jié)果

從表1可以看出，5組斷路器氣室2013年、2016年SF6氣體微水含量均符合規(guī)程要求，2019年5月8日超出規(guī)程要求的300μL/L，251斷路器氣室6月21日甚至增長至734μL/L，增長速度異常之快，因此需要進(jìn)行處理。

3 缺陷原因分析

GIS設(shè)備SF6氣體中水分的來源可能由以下幾個原因：

(1)GIS設(shè)備充氣前未對SF6氣體進(jìn)行檢測，導(dǎo)致充入不合格SF6氣體，造成水分超標(biāo)；

(2)GIS設(shè)備充氣時充氣裝置中含有水分；

(3)外殼制造工藝不良，或通過密封間隙滲入水分；

(4)密封件老化，導(dǎo)致存在泄漏點，水分通過泄漏點進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部；

(5)GIS設(shè)備內(nèi)絕緣件極易吸收水分，設(shè)備出廠前絕緣件未干燥充分或在運輸過程中受潮，多年運行后，水分逐步釋放，導(dǎo)致水分含量超標(biāo)；

(6)GIS設(shè)備內(nèi)的干燥劑可以吸收水分和雜質(zhì)，安裝前未充分干燥或者已經(jīng)飽和，在多年運行后，干燥劑不僅不能吸收水分，反而向設(shè)備中釋放水分。

首先，根據(jù)2013年及2016年微水測試結(jié)果，水分含量均符合規(guī)程要求，因此排除充入不合格SF6氣體及充氣裝置帶入水分的可能；其次，根據(jù)近6年巡檢記錄，5組斷路器氣室均未出現(xiàn)泄漏的情況，密度繼電器未發(fā)生報警及閉鎖記錄，壓力值穩(wěn)定在0.62～0.63MPa，且從未進(jìn)行過補(bǔ)氣操作，因此排除設(shè)備外殼制造不良及密封老化滲入水分的可能。

同型號同批次5組斷路器氣室出現(xiàn)相同的問題，可能存在普遍性缺陷，因此推測可能的原因有：①GIS中絕緣件及零部件出廠前未進(jìn)行充分干燥即進(jìn)行裝配或干燥處理工藝不合格，在運輸、現(xiàn)場安裝過程中質(zhì)量把控不嚴(yán)格而導(dǎo)致設(shè)備進(jìn)一步受潮，在多年運行后水分逐步釋放出來，向SF6氣體中擴(kuò)散，造成水分含量超標(biāo)；②現(xiàn)場安裝GIS設(shè)備后，應(yīng)對吸附劑進(jìn)行更換。現(xiàn)場安裝人員可能未對吸附劑進(jìn)行更換，或者由于吸附劑暴露在空氣中時間過長，導(dǎo)致吸附劑受潮。多年運行后吸附劑已經(jīng)飽和，不僅不能夠吸收GIS設(shè)備中的水分和雜質(zhì)，而且會逐步釋放水分，導(dǎo)致水分含量超標(biāo)。

4 缺陷處理

根據(jù)上述對缺陷原因的分析，責(zé)成廠家技術(shù)服務(wù)人員對5組斷路器氣室進(jìn)行處理，應(yīng)做到以下三點：①更換斷路器SF6氣室吸附劑、密封圈；②利用高純氮氣進(jìn)行循環(huán)操作，排出氣室中多余的水分；③充入合格的SF6氣體，完成處理。

以251斷路器氣室為例，介紹本次處理過程：

(1)斷路器氣室水分含量超標(biāo)處理應(yīng)在晴朗的天氣進(jìn)行，空氣濕度低于80%，應(yīng)做好防雨及防潮的措施，準(zhǔn)備充足的高純氮氣和合格的SF6氣體；

(2)7月15日14:00，采用型號為LH-13Y-15的氣體回收裝置對251斷路器氣室中的SF6氣體進(jìn)行回收處理，回收至密度繼電器0.05MPa以下，拆開法蘭對吸附劑進(jìn)行更換，拆開處用塑料薄膜封口，避免設(shè)備受潮；

(3)7月15日19:00完成吸附劑更換后，繼續(xù)對251斷路器氣室進(jìn)行抽真空，真空度小于133Pa后，保持4個小時；

(4)7月15日22:00，結(jié)束抽真空，充入高純氮氣至0.4MPa，進(jìn)行第一次充氮干燥；

(5)7月16日04:00，抽出氮氣，抽真空至真空度小于133Pa，保持4個小時；

(6)7月16日09:00，結(jié)束抽真空，繼續(xù)充入高純氮氣至0.4MPa，進(jìn)行第二次充氮干燥；

(7)7月16日15:00，抽出氮氣，抽真空至真空度小于133Pa，保持4個小時；

(8)7月16日20:00，結(jié)束抽真空，充入合格的SF6氣體至額定壓力0.6MPa，靜置24小時；

(9)7月17日20:00，對251斷路器氣室進(jìn)行微水測試，測試結(jié)果合格。

根據(jù)251斷路器氣室處理合格后的經(jīng)驗，對其余氣室進(jìn)行處理，5組斷路器氣室處理后微水測試結(jié)果見表2。

表2 斷路器氣室處理后微水測試結(jié)果

由表2可以看出，5組斷路器氣室處理后均滿足內(nèi)蒙古電力公司Q/ND 10501 06-2018《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》要求，新充入SF6氣體微水含量小于等于150μL/L。

5 預(yù)防措施

針對本次5組斷路器氣室同時出現(xiàn)微水超標(biāo)問題，為避免再次出現(xiàn)相同的案例，特提出以下預(yù)防措施和建議：

(1)加強(qiáng)對GIS設(shè)備的全過程技術(shù)監(jiān)督，嚴(yán)把產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)，加強(qiáng)對絕緣件干燥等關(guān)鍵工藝的監(jiān)造，嚴(yán)格控制產(chǎn)品的質(zhì)量；

(2)加強(qiáng)對充入GIS設(shè)備SF6氣體的驗收和管理，避免設(shè)備中充入不合格的SF6氣體；

(3)加強(qiáng)對GIS設(shè)備現(xiàn)場安裝質(zhì)量的把控，現(xiàn)場安裝人員要嚴(yán)格執(zhí)行作業(yè)指導(dǎo)書的相關(guān)規(guī)定，避免設(shè)備在安裝過程中受潮，吸附劑在空氣暴露時間不宜超過30分鐘；

(4)現(xiàn)場注入新SF6氣體前，務(wù)必將氣室真空度降至133Pa以下，并保持4～6小時，避免因抽真空時間不足導(dǎo)致微水超標(biāo)；

(5)加強(qiáng)對運行中SF6氣體濕度的檢測，嚴(yán)格按照規(guī)程要求，新充氣后24小時測量微水，投運1年內(nèi)進(jìn)行復(fù)測，正常運行中每3年進(jìn)行一次檢測；

6 結(jié)語

SF6氣體是GIS設(shè)備中的絕緣介質(zhì)，其中水分是影響其絕緣強(qiáng)度的最主要因素，今后應(yīng)加強(qiáng)對GIS設(shè)備監(jiān)造、現(xiàn)場安裝等全程監(jiān)督。通過本次對微水超標(biāo)的5組GIS斷路器氣室進(jìn)行處理后，至今已運行近11個月，微水含量在正常范圍內(nèi)，表明對微水超標(biāo)原因分析及處理方案的正確性，為今后處理此類故障積累了寶貴的經(jīng)驗。