盆式絕緣子SF6氣體泄漏分析及治理

何杰，李棟

（國網(wǎng)長治供電公司，山西長治046011）

盆式絕緣子SF6氣體泄漏分析及治理

何杰，李棟

（國網(wǎng)長治供電公司，山西長治046011）

針對目前封閉式氣體絕緣組合電器運行過程中出現(xiàn)的盆式絕緣子SF6氣體泄漏現(xiàn)象，分析了其漏氣原因，深入解體研究了典型的漏氣案例，結果表明，多數(shù)的封閉式氣體絕緣組合電器設備SF6氣體泄漏現(xiàn)象發(fā)生在冬季，由于盆式絕緣子縫隙注膠不到位引起進水，在氣溫低于0℃時發(fā)生結冰；由于區(qū)域晝夜溫差較大，盆內(nèi)積水反復結冰、融化，使得盆式絕緣子反復受力造成裂紋，從而引起漏氣。提出對漏氣故障的盆式絕緣子采用密封卡具臨時處理以及進行帶電填注密封膠等措施，明顯降低了設備的漏氣率，實際應用取得了良好效果。

氣體絕緣組合電器；盆式絕緣子；SF6氣體；密封卡具；填注密封膠

0 引言

封閉式氣體絕緣組合電器GIS（Gas Insulated Switchgear）具有占地面積小、受氣候條件的影響較小、可靠性高、檢修周期長、維護工作少、裝置結構緊湊、便于安裝等優(yōu)點，廣泛應用于電力系統(tǒng)中[1-3]。GIS設備內(nèi)部的絕緣性能主要取決于SF6氣體的壓力和質(zhì)量，限于目前設備的制造工藝，一般要求設備內(nèi)部氣體壓力不高于0.8MPa，但是氣體壓力過低時，設備的絕緣性能就會大大降低，甚至導致放電等事故的發(fā)生。GIS設備對材料、加工工藝、裝配等要求較高[4]，尤其是對氣體密封性的要求更嚴，年漏氣率一般要求小于1%。

在實際的運行中，GIS設備暴露在室外，長期經(jīng)受風霜雨雪等惡劣天氣的影響，設備的密封性能會逐漸降低，嚴重時可能引起漏氣事故的發(fā)生。常見的漏氣原因有盆式絕緣子裂紋漏氣，氣室連接銅管破裂漏氣，氣室外壁焊縫砂眼漏氣，鑄件上金屬部件與瓷件連接處松動漏氣等[5-6]。在眾多漏氣故障中，盆式絕緣子裂紋漏氣占所有漏氣故障的80%以上。

1 盆式絕緣子的密封原理

盆式絕緣子一般有三相盆式絕緣子和單相盆式絕緣子之分，其工作原理是一樣的。為分析方便，繪制了三相盆式絕緣子和單相盆式絕緣子的示意圖，如圖1所示，盆式絕緣子的中部是絕緣隔板，其主要作用是隔離GIS設備相鄰兩氣室的SF6氣體；母線均以鑄件形式穿過絕緣隔板，固定在絕緣隔板上；盆式絕緣子母線外側(cè)有密封槽，設備安裝時，密封槽內(nèi)放入橡膠密封圈，密封圈是盆式絕緣子密封的核心部件，其主要作用是密封氣室內(nèi)部的SF6氣體，同時起到防止密封槽外部水分進入氣室內(nèi)部和SF6氣體向外泄漏的作用；密封槽外部有一圈貫通式螺孔，用于連接相鄰兩氣室的GIS氣室外壁。設備安裝時，應通過GIS氣室外壁的注膠孔向盆式絕緣子與氣室外壁的結合面填注密封膠，密封膠應注滿整個對接面以及螺栓孔，防止雨雪天氣時水分進入盆式絕緣子。

圖1 盆式絕緣子示意圖

2 盆式絕緣子漏氣案例

國網(wǎng)長治供電公司目前共有110 kV及220 kV GIS變電站10座，2007年至今，共發(fā)生15起較嚴重的GIS設備漏氣案例。其中，因為盆式絕緣子裂紋引起的漏氣案例共有12起，且所有該類漏氣案例均發(fā)生在冬季天氣寒冷的時候。其中有6起案例為GIS設備線路電壓互感器PT（Phase Voltage Transformers）氣室與出線管母氣室連接處的橫向盆式絕緣子裂紋引起的SF6漏氣，4起案例為GIS設備中隔離開關氣室與母線氣室連接處的橫向盆式絕緣子裂紋引起的SF6漏氣，2起案例為隔離開關氣室之間的豎向盆式絕緣子裂紋引起的SF6漏氣。發(fā)生漏氣的變電站均為戶外GIS變電站，所有盆式絕緣子漏氣故障均發(fā)生在每年冬季11月到次年2月之間。

2.1 西莊站243間隔線路PT解體

2011年2月14日，西莊站漳西243間隔線路PT發(fā)出低氣壓告警信號，檢修人員迅速到現(xiàn)場進行補氣并仔細展開了漏氣檢查，發(fā)現(xiàn)線路PT氣室與出線管母氣室連接處的橫向盆式絕緣子縫隙有漏氣發(fā)生，補氣到額定氣壓后48 h發(fā)現(xiàn)PT氣室氣壓又接近報警氣壓值，采用了涂抹密封膠的方式進行臨時處理延長了補氣周期，等設備停電時將其拆下返廠，對其進行了解體分析。

在解體過程中，過渡法蘭、盆式絕緣子分解拆卸時，發(fā)現(xiàn)緊固螺栓孔部位大量進水，螺栓本體有較嚴重的銹蝕；盆式絕緣子下方與PT本體法蘭盤對接面有大量水珠，盆式絕緣子上方接觸面有一處螺孔已經(jīng)產(chǎn)生裂痕，下方接觸面有4處螺孔有較長裂痕，且裂痕均已越過密封槽；過渡法蘭上部及螺紋孔、螺栓孔未發(fā)現(xiàn)填充密封膠，可推測現(xiàn)場安裝時未從注膠處填充密封膠，在雨雪季節(jié)，雨水極易從螺栓螺紋處進入盆式絕緣子，所以盆式絕緣子解體后存在大量水珠。除盆式絕緣子有裂紋外，PT本體無任何不良，所以，該盆式絕緣子漏氣即為盆式絕緣子上裂紋所致。

2.2 東鳴站279間隔B相和C相南北隔離開關解體

2011年12月，220 kV東鳴站279間隔南刀閘氣室發(fā)出低壓告警信號，檢修人員到現(xiàn)場進行了補氣并仔細檢查所有可能存在的漏氣部位，最后發(fā)現(xiàn)B、C相南北隔離開關之間盆式絕緣子縫隙存在較嚴重的漏氣現(xiàn)象，懷疑是因為豎向盆式絕緣子裂紋引起的漏氣，及時采取了對盆式絕緣子臨時加裝密封卡具的堵漏方式，大大降低了GIS氣室的漏氣率。

2012年4月19日，檢修人員與廠家工程師一同對東鳴站279間隔B、C相南北隔離開關之間豎式盆式絕緣子漏氣缺陷進行了解體更換處理。盆式絕緣子拆下后，發(fā)現(xiàn)B相豎盆北隔離開關側(cè)6點鐘方向螺孔內(nèi)側(cè)有長約12 cm的裂紋，見圖2；C相豎盆南刀閘側(cè)6點鐘方向螺孔內(nèi)側(cè)有長約6 cm的裂紋，見圖3；兩條裂紋均已穿越密封槽，并且現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，所有螺栓孔均未填注密封膠，豎盆下方螺栓孔均已嚴重銹蝕，上方螺栓孔輕度銹蝕?？梢耘卸?，該間隔盆式絕緣子由于沒有填充密封膠，在雨雪天氣，雨水沿螺栓螺紋進入盆式絕緣子，水分由于積蓄在豎式盆式絕緣子的下方，所以導致了下方的螺孔銹蝕嚴重，由于裂紋已經(jīng)穿越了密封槽，導致了氣室漏氣發(fā)生。

3 盆式絕緣子漏氣原因分析

兩個案例分析結果盆式絕緣子漏氣均是由于產(chǎn)生了穿越密封槽的裂紋導致密封圈失效所致，所有的裂紋均發(fā)生在螺孔處。這是因為GIS設備在安裝時，沒有按照程序進行注膠處理或者注膠不到位，而注膠的主要作用就是為了防止水分或潮氣沿螺栓螺紋等縫隙浸入盆式絕緣子。在雨雪天氣，由于沒有密封膠的防水作用，雨水很容易沿著螺栓浸入盆式絕緣子內(nèi)部，在螺紋以及盆式絕緣子的縫隙形成積水。進入冬季后，長治地區(qū)晝夜溫差大，夜間最低氣溫能達到-10℃以下，而白天最高氣溫卻在0℃以上，盆內(nèi)的積水在氣溫的驟變下，反復結冰、融化，使得盆式絕緣子反復承受應力，以至螺孔處產(chǎn)生裂紋，當裂紋穿越密封槽時，與內(nèi)部氣室聯(lián)通，密封圈作用喪失，從而引起盆式絕緣子漏氣，如圖4所示。

圖2 B相豎盆裂紋

圖3 C相豎盆裂紋

4 盆式絕緣子漏氣處理措施

國網(wǎng)長治供電公司為了避免由于GIS設備漏氣引起的設備緊急停運事故，不影響設備供電可靠性，積極采用各種措施來解決GIS設備漏氣問題。目前主要采用了對已經(jīng)出現(xiàn)漏氣故障的盆式絕緣子采用密封卡具臨時處理措施，對全部GIS設備盆式絕緣子進行注膠處理兩種措施。

圖4 盆式絕緣子漏氣示意圖

4.1 密封卡具對漏氣盆式絕緣子進行臨時處理

2011年12月，發(fā)現(xiàn)東鳴279間隔B、C相南、北隔離開關之間盆式絕緣子漏氣率過高，需要每天對其進行補氣，如果進行盆式絕緣子的更換工作，需要將南、北母同時停電，考慮到南、北母同時非正常停電，對電網(wǎng)供電可靠性影響很大，經(jīng)過討論研究，決定采用密封卡具對兩個盆式絕緣子進行臨時堵漏處理。密封卡具對整個盆式絕緣子進行包封后，通過注膠孔對密封卡具與盆式絕緣子之間的空隙進行注膠處理，處理后，盆式絕緣子的漏氣被密封卡具密封，大大降低了漏氣率，南、北隔離開關氣室壓力變化率明顯降低，補氣周期由原來的1 d延長為1周，如圖5所示。避免了由于設備漏氣引起的重大停電事故，但是，這種方法只可作為不影響大面積停電的臨時處理措施，不能從根本上解決漏氣問題。

圖5 漏氣盆式絕緣子臨時安裝密封卡具

4.2 GIS設備所有盆式絕緣子進行注膠處理

盆式絕緣子漏氣的根本原因是由于安裝施工時，沒有對盆式絕緣子螺栓孔填充密封膠或者密封膠填注不到位所致。國網(wǎng)長治供電公司多次組織專家討論，反復與廠家溝通，決定帶電對在運的全部GIS組合電器進行全面檢查，對于注膠不到位的盆式絕緣子進行注膠處理，對所有的法蘭密封面和盆式絕緣子對接面涂抹防水膠。2012年夏季，歷經(jīng)3個月的時間，對4座220 kV戶外GIS變電站全部設備進行了檢查處理，通過這種方法從根本上解決了盆式絕緣子注膠不到位引起的盆式絕緣子進水問題，如圖6所示。2012年冬季，沒有發(fā)生類似盆式絕緣子裂紋引起的漏氣缺陷。

圖6 盆式絕緣子注膠處理

5 結束語

針對目前GIS運行過程中出現(xiàn)的盆式絕緣子SF6氣體泄漏現(xiàn)象，對典型的漏氣案例進行了解體分析，提出以下兩種解決措施。

對出現(xiàn)漏氣缺陷的盆式絕緣子安裝密封卡具的處理方式可以大大降低設備的漏氣率，延長故障設備的補氣周期，避免不必要的大面積停電事故，但是其不能從根本上解決漏氣問題。

對全部GIS盆式絕緣子進行帶電注膠處理，對所有的法蘭密封面和盆式絕緣子對接面涂抹防水膠，該方法從根本上解決了由于注膠不到位引起的漏氣缺陷，對于解決GIS設備SF6氣體泄露問題有重要的意義。

［1］李秀衛(wèi)，王慶玉，毛惠卿，等.一起組合電器內(nèi)部絕緣故障綜合分析［J］.高壓電器，2012（8）：99-102.

［2］成永紅，謝小軍，陳玉，等.氣體絕緣系統(tǒng)中典型缺陷的超寬頻帶放電信號的分形分析［J］.中國電機工程學報，2004，24（8）：99-102.

［3］肖燕，胡浩，郁惟鏞.基于Artnn的GIS絕緣故障識別新方法［J］.高電壓技術，2007，33（12）：75-79.

［4］邱毓昌.GIS裝置及其絕緣技術［M］.西安：西安交通大學出版社，2007：8-45.

［5］唐炬，朱偉，孫才新，等.GIS局部放電的超高頻檢測［J］.高電壓技術，2003，29（12）：22-23.

［6］周云鋒，楊景剛，張子陽.組合電器盆式絕緣子內(nèi)部氣隙缺陷的帶電檢測與分析［J］.高壓電器，2012（9）：99-102.

Analysis and Treatment for SF6Gas Leakage of Basin-type Insulators

HE Jie，LIDong
（State Grid Changzhi Power Supply Com pany of SEPC，Changzhi，Shanxi 046011，China）

SF6gas leakage occurred at the basin-type insulator ofenclosed GISduring operation.The reasons have been analyzed，and the typical cases have been studied，the results ofwhich show thatmajority of the leakage occurred in winter.To be specific，water came into the insulatorgap where therewas no filling sealant，and freezing occurred when the air temperature is below 0°C.Due to large difference between day and night temperature，freezing and melting occurred repeatedly so that the basin-type insulator cracked due to stress and retraction,thereby leakage occurred.Two solutions have been proposed as followed:firstly，sealing fixtures are suggested to be installed for the troubled basin-type insulators for temporary treatment；secondly，for live line working，the troubled insulators are suggested to be filled with sealant.Themethodsare ofsignificance forsolving the SF6gas leakage problem ofGISbasin-type insulators.

gas insulated switchgear（GIS）；basin-type insulator；SF6gas；sealing fixtures；filled with sealant

TM561.1

B

1671-0320（2014）03-0027-04

2014-01-07，

2014-04-03

何杰（1983-），男，山西長治人，2009年畢業(yè)于天津理工大學電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，碩士，從事高電壓技術及高壓試驗工作；

李棟（1987-），女，山西長治人，2010年畢業(yè)于西安理工大學測控技術與儀器專業(yè)，從事變電設備繼電保護工作。