一起220 kV 開關主變側接地閘刀氣室漏氣分析及處理

戚中譯，張 晗，趙旭州

（國網浙江省電力有限公司嘉興供電公司，浙江 嘉興 314000）

GIS（Gas Insulated Substation，氣體絕緣全封閉組合電器）是將斷路器、母線、開關、避雷器、互感器、出線終端及連接組件等全部密封于充滿SF6氣體的金屬接地的外殼中的高壓電氣設備[1]。

SF6氣體泄露故障是GIS 設備的使用中常見的問題，制造工藝不精、設計問題、檢修后組裝不當及材料老化是SF6氣體泄露常見原因[2]。SF6氣體泄露會造成GIS 設備絕緣滅弧能力下降、產生腐蝕性物質，因此在電力生產實踐中，要對SF6氣體泄露事件認真查找原因，保障電網安全穩定運行[3]。

1 事件概況

1.1 缺陷概況

監控發現某220 kV 主變開關其他氣室SF6壓力低告警，現場檢查發現該主變開關主變側接地閘刀氣室接地法蘭處存在裂紋，漏氣嚴重。

1.2 設備信息

現場檢查發現接地閘刀氣室壓力值偏低。具體參數為：型號為ZF9-252，生產日期為2015 年8 月14 日，投運時間為2016 年3 月30 日，上次檢修時間為2017 年1 月3 日。

2 檢查分析與處理情況

2.1 初步檢查

2021 年1 月9 日上午，該主變“220 kV 開關其他氣室SF6氣壓低告警”光字牌動作，變電運維中心隨即進行現場檢查。

運維人員現場檢查發現：該主變“220 kV 主變閘刀、開關主變側接地閘刀、主變接地閘刀氣室壓力表”壓力值為0.33 MPa（額定壓力0.4 MPa，告警0.35 MPa），指針位于黃色區域。

表1 壓力值對比 MPa

2.2 補氣處理

檢修人員到達現場檢查后確認該主變閘刀氣室壓力明顯低于報警值，隨后對該氣室進行補氣，但補氣過程中發現該氣室壓力增長非常緩慢，初步懷疑該氣室存在明顯漏氣情況。隨即用紅外檢漏儀，鹵素法，結合泡沫法發現該主變220 kV 主變閘刀A 相氣室存在較為嚴重漏氣現象（靠近漏氣點甚至可以輕微聽到漏氣聲音）。

2.3 缺陷檢查

檢修人員發現該主變開關主變側接地閘刀接地絕緣法蘭處存在裂紋，經專業判斷該氣室存在漏氣點擴大導致壓力急劇降低而引起的擊穿風險，現場運維人員申請將該主變及其220 kV 開關改檢修狀態。

1 月10 日，現場檢修人員與廠家技術人員對故障部位進行開蓋檢查及更換處理，發現接地法蘭有內外貫通性裂紋，如圖1、圖2 所示。

圖1 檢修發現內外貫通性裂紋

圖2 內外貫通性裂紋詳情

3 原因分析

3.1 零件外觀表面分析

對故障絕緣法蘭進行仔細觀察，可見嵌件與絕緣接觸部位（大氣側）原涂覆導電橡膠處、嵌件表面氧化、銹蝕嚴重。

3.2 圖紙檢查

核對廠家圖紙發現絕緣端子中心嵌件材料使用的是2 系鋁材料。2 系鋁為鋁銅合金，耐腐蝕性差，暴露在大氣中的部分容易發生腐蝕[4]。

3.3 零件研究試驗

經確認廠家在此之前已對此型號絕緣法蘭開展研究實驗，如圖3 所示。實驗方案及結果如下。

圖3 參與試驗的絕緣法蘭結構

針對絕緣端子銹蝕問題，投入了6 個絕緣端子按照產品裝配結構組裝，分成3 組進行工藝研究性試驗，具體試驗內容如表2 所示。

表2 工藝研究性試驗 h

1000 h 鹽霧試驗后，6 個樣品都有不同程度的腐蝕，但都未出現開裂現象，但是未涂敷防水膠的樣品與涂敷防水膠樣品相比靠外力破壞絕緣材料較易剝落。

外力破壞樣品，使絕緣澆注材料和金屬嵌件分離，破壞過程中發現，第二組（涂敷防水膠）樣品比第一、三組（未涂敷防水膠）樣品更難將澆注材料與金屬嵌件完全剝離，如圖4 所示。

圖4 三組樣品的外力破壞情況

觀察金屬嵌件內部腐蝕情況，以及金屬嵌件與絕緣澆注材料結合情況。可以看出，第一、三組（未涂敷防水膠）樣品銹蝕已經進入內部較深處，第二組（涂敷防水膠）樣品銹蝕較淺。

經過試驗驗證，可得出以下結論：鹽霧環境對絕緣端子金屬嵌件的腐蝕效果明顯，而涂敷防水膠能很好地防止腐蝕。可以在裝配接地線完畢后，在絕緣端子金屬嵌件外漏部分完整涂敷防水密封膠進行保護，可根本上防止絕緣法蘭金屬嵌件被腐蝕開裂，如圖5 所示。

圖5 涂敷防水密封膠

3.4 檢修現場情況

2021 年1 月10 日停電開展漏氣絕緣法蘭更換工作，廠家提供的新的配件與原法蘭存在差別，主要是中心嵌件比原法蘭高出1 cm 左右，如圖6 所示。經核查廠家已對絕緣法蘭中心嵌件圖紙進行了升版，中心嵌件材料改為6 系鋁材料，且中心嵌件與絕緣端子高差增加至10 mm，從工藝上保證更好的涂覆防水膠，保護絕緣法蘭與嵌件導體接縫處，避免中心嵌件鋁金屬腐蝕膨脹的產生。

圖6 新舊絕緣法蘭對比

3.5 技術分析結論

根據試驗結果，并結合現場運行、檢修經驗分析，開裂的原因為：由于中心嵌件使用的是2 系鋁材料，加之絕緣端子中心嵌件與絕緣件連接部位（大氣側）未涂覆防水膠，絕緣端子在運行多年后，金屬嵌件被大氣中水分和雨水長期浸蝕，中心腐蝕會引起腐蝕產物分層并向外膨脹，絕緣端子受到中心嵌件鋁金屬腐蝕膨脹產生的壓力作用，使得絕緣端子外側孔口位置受應力產生裂紋，裂紋向內部擴展，最后引起漏氣事件發生。

4 后續措施

對于現有不能及時更換的絕緣法蘭，在天氣持續晴好情況下，使用熱風槍對絕緣法蘭進行驅潮、干燥，確保絕緣法蘭與嵌件導體接縫處干燥情況下涂覆防水膠。

根據試驗結果，結合現場設備運行經驗分析，使用這種結構的三工位隔離開關的接地絕緣端子大概在戶外運行5 年后，絕緣端子會出現開裂的風險。使用此類結構三工位隔離開關的戶外變電站，結合停電計劃對絕緣法蘭進行更換，并在絕緣法蘭與嵌件導體接縫處涂覆防水膠，防水膠可有效防止水分對接縫處的侵蝕，確保不再出現絕緣法蘭開裂事件。此次更換只涉及三工位隔離開關的接地絕緣法蘭，快速接地開關的接地絕緣子結構不同，不須要進行更換。