一起110 kV GIS設備SF6氣體泄漏故障的分析與處理

周 亮，張佳棟，孫 進，徐友剛，王梓萌，陳 月，楊唐錦

(1.國網上海市電力公司青浦供電公司，上海 201700 2，國網吉安市吉安縣供電公司，江西 吉安 343100 )

氣體絕緣全封閉組合電器(GIS)設備憑借所占面積小、可靠性高、故障率低、維護成本低、檢修周期短等優勢，越來越多地被應用在電力系統中[1]。GIS設備通常充有“0.4～0.6 MPa”的SF6氣體，這種人造的強電負性氣體可以起到較好的絕緣與滅弧作用[2]。GIS是一種拼接組合式的電氣設備，在制造、安裝和長期運行過程中難免會因為人為操作或設備附件老化等原因發生SF6氣體泄露故障。SF6氣體泄露將直接導致GIS設備氣室壓力降低，絕緣和滅弧性能嚴重下降，同時泄露的SF6作為一種有害氣體會對人身安全和周邊環境造成嚴重影響。因此，需要根據相關規程和技術標準對GIS設備定期運維，確保各氣室SF6氣體無泄漏、壓力值正常。

1 泄露原因及危害

1.1 泄露原因

大量現場運維經驗可以總結出GIS設備的常見漏氣點包括焊縫、充氣口、法蘭結合面、壓力表連接管、本體砂眼等。主要泄露原因可以歸結為設備制造、設備安裝和密封件質量3類。

1.1.1 設備制造原因

GIS設備有時會因制造質量欠佳而出現SF6氣體泄露缺陷，加工工藝不精造成的法蘭面不平整會影響GIS設備的密封性；鑄造工藝不良會使外殼存在砂眼；焊接工藝不良會出現焊縫裂紋；其中砂眼和焊縫會被本體外層噴涂的油漆覆蓋，很難被發現，運行中氣室內外壓力差會使得油漆緩慢脫落，最終發生SF6氣體泄露。

1.1.2 設備安裝原因

GIS設備在安裝過程中裝配質量不高，如不遵守安裝作業指導書要求、未選取指定的安裝零件、不遵循規定的安裝流程、配件受擠壓等均易導致SF6氣體泄露。安裝操作不當，劃傷元件表面，或對法蘭進行緊固時端面收禮不對稱，也會造成SF6氣體泄露。在安裝盆式絕緣子時，施力過大、裝配不當會使絕緣子產生裂紋，造成SF6氣體泄露。

1.1.3 密封件質量原因

密封件質量問題是導致GIS設備出現SF6氣體泄露的常見因素，密封件裝配工藝不良如緊固不當、受力不均受到擠壓形成間隙、密封圈裝入密封槽的位置不當或使用了質量不達標的密封圈都會造成密封不嚴而漏氣。隨著GIS設備運行年限增加，密封圈受熱脹冷縮影響會老化、變形，密封性能也會逐漸降低，容易發生SF6氣體緩慢泄露。

1.2 泄露危害

GIS設備內所充裝的SF6氣體壓力直接影響其絕緣及滅弧性能。由研究可知，當SF6氣體壓力下降至0.3 MPa時，其絕緣性能與傳統絕緣油相差無幾，所以GIS 設備氣體泄漏會降低其電氣性能。其次，SF6氣體泄漏會導致氣體壓力檢測裝置發出警報，嚴重時閉鎖斷路器直接動作，在緊急情況下可能會擴大停電范圍。同時，SF6漏氣將使得外部水分子進入GIS氣室內，導致微水含量增大，破壞設備絕緣性能，影響設備的使用壽命。此外，SF6作為一種有毒氣體，大量泄露會危害人身健康，其產生的溫室效應是CO2的23 900倍，將對周圍環境產生惡劣影響。

2 SF6泄露檢測技術

2.1 傳統檢測方法

傳統檢漏技術分為肥皂水檢測法和包扎檢測法。肥皂水檢測法是將肥皂水涂抹于可能存在漏氣的部位，如果該部位出現泡沫則證明確實存在漏氣現象，該方法簡單易行，效果明顯。

在實際工作中需要人為在設備各可能泄露部位涂抹，工作量較大，并且需與帶電部位保持安全距離，難以全部覆蓋；其次檢測精度也較低，只能作為輔助檢測手段。包扎檢測法是一種定量檢漏技術，指的是利用0.1 mm的密封薄膜將設備待檢部位包扎起來并采用膠帶進行密封處理，密封薄膜會因為氣體泄露而鼓起，從而可以確定氣體泄露點并計算泄露量，但是此方法容易受到人為操作和外界風力的影響。這兩種傳統檢測技術都要求工作人員在GIS設備本體各部位進行操作，必要時需要對設備停電，會降低供電可靠性。

2.2 紅外成像檢漏法

無色無味、性狀穩定特性增加了SF6的檢測難度，但SF6在空氣中具有特殊的紅外吸收特性，即在紅外光的照射下，SF6會產生特殊的吸收光譜，使得泄露的SF6氣體在專業紅外成像檢漏儀的屏幕中清晰可見，類似煙霧狀[3]。

紅外成像技術能夠在設備帶電運行時進行檢測，并且檢測時工作人員手持紅外成像儀與待檢設備保持規定的安全距離，可以實現遠距離檢漏，不需要上下攀爬，是一種較為先進、高效的檢漏技術。但是對于室外的GIS設備檢漏來說，外界風力不利于紅外成像檢漏儀發現泄漏點，若遇上雨雪天氣，周圍環境的溫濕度也會對檢測儀的鏡頭產生影響從而干擾紅外成像。

2.3 SF6氣體定性檢漏儀

當金屬鉑碰到鹵素氣體時，其自身的正離子發射量會顯著增大，此特性被稱為“鹵素效應”。SF6氣體定性檢漏儀正是應用“鹵素效應”制作而成的一種手持式便攜檢漏儀，通過探測觸頭周圍的氣體泄露量大小而發出相應級別的聲光信號。

現場檢測時工作人員手持SF6氣體定性檢漏儀在GIS設備的法蘭連接處、焊接處、管道接口處等部位以大約25 mm/s的速度平移檢測，當儀器發出報警信號，則縮小巡檢范圍反復測試，將發出聲光信號級別最高處確定為SF6泄漏點。SF6氣體定性檢漏儀實用便攜，具有較高的靈敏性，但是其檢測結果容易受環境因素干擾，適用于無風的室內環境，所以此方法僅可作為一種預檢手段。

2.4 聯合檢漏法

由運維經驗可知，在現場如果僅采用一種檢測方法通常不能快捷、高效地找出漏氣點。在實際檢漏過程中往往需要使用多種檢測技術聯合對設備進行全方位檢漏。當室內GIS設備某氣室SF6密度繼電器顯示壓力異常時，須對GIS室通風徹底并做好防護措施。運維人員根據現場情況可以先利用紅外成像檢漏儀對該氣室整體進行掃描，觀察是否存在煙霧狀的SF6氣體泄露現象進而判別是否存在漏點；再利用SF6氣體定性檢漏儀對疑似漏點部位附近緩慢移動檢測，鎖定泄露點的最大位置；同時采用肥皂水涂抹法作為輔助手段，有氣泡出現的位置則為漏點。必要時可以對泄露部位進行薄膜包扎以定量檢漏，進一步計算出漏氣率。

通過這一系列檢漏技術手段相結合，最終完成對GIS設備SF6氣體泄露的檢漏及漏點位置的確認。

3 GIS設備漏氣案例分析

3.1 故障概況

2021年3月12日17時03分，國網上海市電力公司青浦供電公司調度收到某110 kV變電站1號主變110 kV GIS匯控柜3號氣室低氣壓報警信號，隨即通知搶修人員趕至現場。由于3號氣室為電流互感器氣室，并且為獨立氣室，搶修人員對該氣室的SF6氣體密度繼電器檢查發現，指針指示的壓力值略低于報警值0.55 MPa，報警節點動作，發出低氣壓報警信號。

該110 kV變電站1號主變110 kV GIS柜設備參數如表1所示。設備投運以來運行正常，發生明顯異常，例行巡視正常。

表1 某110 kV站1號主變110 kV GIS柜設備參數

3.2 SF6氣體檢露過程

現場搶修人員做好防護措施后，對3號氣室漏氣點進行定性檢測、漏點查找。首先使用具有氣體成像功能的FLIR GF306紅外熱像儀對電流互感器氣室本體掃描，檢漏儀圖像顯示在該氣室與過度氣室法蘭中下部有煙霧狀氣體飄動，判斷該處發生SF6氣體泄露。

搶修人員再使用TIFXP-1型SF6檢漏儀對該氣室與過度氣室法蘭中下部緩慢移動，找出了SF6氣體濃度最大位置。輔以肥皂水涂抹，出現少量氣泡，初步確認了泄漏點位置。經過與廠家技術人員多次檢測和溝通，最終確定本體表面存在砂眼導致SF6氣體泄露情況。

為確認是否存在其他泄漏點，搶修人員和廠家技術人員對電流互感器氣室本體、管道接口、法蘭連接面等部位多次檢漏，未再發現漏氣點。

3.3 故障處理

公司相關部門與廠家、施工方一起討論后，決定對1號主變110 kV GIS組合電器電流互感器氣室筒體進行調換，拆解更換部分見圖1。為保證供電可靠性，先對該氣室內氣體進行檢測，檢測合格后進行補氣至額定壓力值，待廠家相關備品備件到場后安排停電處理。

圖1 1號主變110 kV GIS組合電器電流互感器氣室筒體換施工拆解示意圖

停電對1號主變110 kV GIS組合電器電流互感器氣室、電纜終端氣室氣體回收、電纜頭退倉、相關連接導線、二次電纜拆除、密封圈和相關絕緣盆子檢查、新的電流互感器筒體安裝、密封圈和吸附劑更換、電纜頭進倉、相關連接導線、二次電纜恢復。安裝結束后恢復氣室額定壓力，進行氣體成分和微水測試、耐壓、局放試驗和二次保護調試等，各項試驗驗收合格后送電投運。

為了確保新投運設備無漏氣現象，次日對1號主變110 kV GIS組合電器間隔進行SF6氣體檢漏，沒有發現漏氣點。再對其進行紅外、特高頻、超聲等帶電檢測，結果正常，表明故障消除，滿足運行條件，目前1號主變110 kV GIS組合電器間隔運行正常，各氣室SF6氣體密度繼電器指示均在額定壓力附近。

4 結語

本文就GIS設備的SF6泄露問題進行了研究，闡述了SF6氣體泄露的原因、危害及常見檢漏方法。當GIS設備發生SF6氣體泄露時，應密切關注SF6氣體密度繼電器指示，對氣壓異常的氣室采用多種檢漏方法進行聯合檢漏，以便高效、快捷地找出漏氣位置，及時制定消缺方案，縮小停電范圍，保證了GIS設備安全穩定運行。