組合電器法蘭灌膠質(zhì)量超聲波檢測(cè)

郭果+郭凱+李茹勤

摘 要：組合電器具有免維護(hù)，可靠性好的特點(diǎn)，但其密封面失效導(dǎo)致的停運(yùn)故障時(shí)有發(fā)生，其中灌膠區(qū)域質(zhì)量問(wèn)題是重要原因之一。利用超聲在不同界面上的反射規(guī)律，區(qū)別灌膠區(qū)域質(zhì)量，方法簡(jiǎn)單，結(jié)果直觀。通過(guò)工程應(yīng)用，可以在基建階段完成對(duì)灌膠施工質(zhì)量的篩查。

關(guān)鍵詞：組合電器；法蘭；灌膠；超聲波檢測(cè)

中圖分類號(hào)：TG115 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

某變電站220kV GIS的3處泄漏點(diǎn)解體并對(duì)絕緣盆進(jìn)行更換處理，發(fā)現(xiàn)密封面有雨水浸入，定位螺栓處外部涂抹的防水膠有開(kāi)裂、脫落現(xiàn)象，密封面局部發(fā)生腐蝕?，F(xiàn)場(chǎng)解體顯示，防水膠注入存在不充分的情況，且密封面局部存在明顯水分腐蝕痕跡，密封圈表面存在白色腐蝕生成物，腐蝕生成物與O型圈接觸部位發(fā)生氣體泄漏。經(jīng)過(guò)國(guó)網(wǎng)公司2014～2016年統(tǒng)計(jì)，組合電器故障發(fā)生率較高，其中發(fā)生故障臺(tái)次的37%為法蘭漏氣，其中主要原因是灌膠區(qū)施工質(zhì)量問(wèn)題。

高壓組合電器是筒狀結(jié)構(gòu)，由多節(jié)連接而成，在節(jié)與節(jié)之間或端部位置設(shè)置有法蘭，法蘭的主密封為O型圈，O型圈外側(cè)設(shè)置環(huán)形灌膠密封區(qū)域。當(dāng)水或有機(jī)液體滲入O型圈位置時(shí)，會(huì)導(dǎo)致密封面腐蝕和O型圈老化，而灌膠密封區(qū)域主要作用是防止外部水和污染物滲入密封圈位置。灌膠部位是環(huán)狀槽，每隔一定距離設(shè)置一處灌膠孔與外部聯(lián)通，膠體材料在一定外力推動(dòng)下壓入通過(guò)灌膠孔壓入槽內(nèi)。由于施工工藝、操作過(guò)程和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的差異，會(huì)導(dǎo)致部分灌膠區(qū)域存在未填充、脫膠等缺陷，影響設(shè)備密封性能。

為了實(shí)現(xiàn)灌膠區(qū)的測(cè)試，設(shè)計(jì)制作灌膠區(qū)域檢測(cè)對(duì)比試塊。通過(guò)不同厚度，來(lái)模擬不同電壓等級(jí)的組合電器尺寸。通過(guò)在試塊槽內(nèi)填充膠體或者不填充膠體來(lái)模擬灌裝質(zhì)量。

三階梯試塊材質(zhì)為6061系列鋁合金，由三階梯塊和底板構(gòu)成，底板和三階梯塊通過(guò)M10螺栓連接。三階梯塊是三階梯塊狀結(jié)構(gòu)，每個(gè)臺(tái)階寬度40mm，長(zhǎng)200mm，3個(gè)階梯厚度分別為20±5mm、40±5mm、60±5mm。每個(gè)臺(tái)階面橫向中心線上，距離兩側(cè)臺(tái)階邊沿10mm位置各設(shè)置一個(gè)直徑11mm通孔。底板是20mm厚度鋁合金板，寬度為120mm，長(zhǎng)度200mm，底板對(duì)應(yīng)三階梯通孔位置設(shè)置11mm通孔。底板對(duì)應(yīng)于三階梯塊每個(gè)階梯位置加工3個(gè)平底槽，槽對(duì)應(yīng)臺(tái)階面橫向中心線上，距離臺(tái)階邊沿5mm，相互間距20mm，槽尺寸為30mm×30mm×4mm。對(duì)應(yīng)每個(gè)階梯上3個(gè)槽分別設(shè)置成不灌膠、灌膠后脫離、灌膠后保持3種狀態(tài)。灌膠后脫離是將三階梯塊底面覆蓋塑料薄膜，澆筑灌膠后脫離區(qū)域，通過(guò)M10螺栓加壓保持，在膠體凝固24h后，分離底板和三階梯塊，去除薄膜。將灌膠后保持區(qū)域澆筑膠體，通過(guò)M10螺栓加壓保持，完成試塊制作。

灌膠區(qū)域?qū)儆谀z體和鋁合金法蘭體的交界面，確定兩者的反射規(guī)律可以反映出膠體和鋁合金界面的結(jié)合狀況，一般在均勻的材料中，缺陷的存在將造成材料的不連續(xù)，這種不連續(xù)往往又造成聲阻抗的不一致，超聲波在兩種不同聲阻抗的介質(zhì)的交界面上將會(huì)發(fā)生反射，反射回來(lái)的能量的大小與交界面兩邊介質(zhì)聲阻抗的差異和交界面的取向、大小有關(guān)。當(dāng)超聲波垂直入射到光滑平界面時(shí)，將在第一介質(zhì)中產(chǎn)生一個(gè)與入射波方向相反的反射波，在第二介質(zhì)中產(chǎn)生一個(gè)與入射波方向相同的透射波。膠裝結(jié)合狀態(tài)良好時(shí)，界面的聲壓反射率為61%，透射率為39%，膠體內(nèi)部可以發(fā)生3次及以上反射；當(dāng)發(fā)生脫層時(shí)，聲壓反射率為高于61%，低于100%，膠體內(nèi)部發(fā)生反射次數(shù)降低為1次；當(dāng)發(fā)生未填充時(shí)，聲壓反射率為100%，膠體內(nèi)部發(fā)生反射次數(shù)降低為0次。當(dāng)黏結(jié)狀態(tài)改變時(shí)，界面的對(duì)超聲波的聲壓反射率也隨之變化，采用專用的超聲波檢測(cè)儀器，通過(guò)測(cè)定聲壓反射率的幅度和波形實(shí)現(xiàn)灌膠質(zhì)量的檢測(cè)。

采用數(shù)字化超聲波檢測(cè)儀，探頭采用2.5 P20縱波傳感器。顯示方式采用聲程調(diào)節(jié)模式，將探頭依次通過(guò)不同厚度的臺(tái)階上不同區(qū)域。檢測(cè)時(shí)，對(duì)應(yīng)不同電壓等級(jí)，選擇不同臺(tái)階厚度進(jìn)行檢測(cè)靈敏度調(diào)整，將灌膠回波調(diào)整到第3次波占屏幕高度的20%，開(kāi)始進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)灌膠第二次回波消失時(shí)可以判定為脫膠，當(dāng)灌膠回波全部消失時(shí)可以判定為未填充或者填充不完整，如圖1所示。

完成試驗(yàn)驗(yàn)證后，國(guó)網(wǎng)河南省電力公司檢修公司開(kāi)展了白沙站和南陽(yáng)站的組合電器密封法蘭灌膠區(qū)域質(zhì)量測(cè)試，共檢測(cè)16個(gè)密封圈，發(fā)現(xiàn)灌膠區(qū)域=質(zhì)量不良區(qū)域6處，已經(jīng)進(jìn)行更換處理，如圖2、圖3所示。

結(jié)語(yǔ)

灌膠質(zhì)量不良是組合電器密封面失效的重要原因。通過(guò)超聲波檢測(cè)技術(shù)，可以區(qū)分灌膠良好區(qū)域和灌膠不良區(qū)域，可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)組裝的組合電器密封面灌膠質(zhì)量檢測(cè)。通過(guò)南陽(yáng)站和白沙站現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，該方法操作較為簡(jiǎn)單，可以直觀發(fā)現(xiàn)灌膠區(qū)域缺膠、脫膠等缺陷，提高設(shè)備安全水平。

參考文獻(xiàn)

[1]黃興泉，王棟. 220kV白沙變電站組合電器漏氣分析[J].河南電力，2016（3）：36-37.

[2]艾新法，郝曙光.變電設(shè)備異常運(yùn)行及故障分析圖冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2011.

[3]羅學(xué)琛. SF6氣體絕緣全封閉組合電器（GIS）[M].北京：中國(guó)電力出版社，1998.

[4]李偉，焦冠男.對(duì)SF6 組合電器聯(lián)鎖邏輯的探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2015（23）：101-102.

[5]毛維儉.全封閉組合電器電纜終端支架緊固螺栓發(fā)熱分析與處理[J].機(jī)電信息，2015（7）：120-121.

[6]關(guān)永剛，劉衛(wèi)東，周遠(yuǎn)翔，等.高壓真空絕緣組合電器的技術(shù)可行性[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010（5）：99-100.