一起組合電器波紋管SF6漏氣缺陷分析及處理

許加凱　王　健　劉勇利　王思誠(chéng)

（國(guó)網(wǎng)濰坊供電公司，山東 濰坊　261000）

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一起組合電器波紋管SF6漏氣缺陷分析及處理

許加凱王健劉勇利王思誠(chéng)

（國(guó)網(wǎng)濰坊供電公司，山東 濰坊261000）

介紹了一起220kV組合電器波紋管由于鉚接工藝不達(dá)標(biāo)造成波紋管焊縫多處SF6氣體泄露的缺陷。本文分析了該缺陷的帶電檢測(cè)和停電處理過(guò)程，并根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和實(shí)地勘察對(duì)故障原因進(jìn)行綜合分析，提出來(lái)一系列防范措施，為類(lèi)似缺陷的處理提供了借鑒和參考。

波紋管；氣體檢漏；缺陷分析

2015年3月2日和4月4日，某220kV變電站220kV組合電器#2母線4氣室兩次發(fā)出SF6低氣壓報(bào)警，檢修人員均進(jìn)行了補(bǔ)氣處理。4月9日，檢修人員利用 SF6氣體成像儀和 SF6紅外檢漏儀對(duì)該段氣室進(jìn)行了檢漏，定位漏點(diǎn)為#2母線4氣室214 ××線西側(cè)波紋管。2015年6月10日至15日，根據(jù)缺陷消除計(jì)劃，檢修人員對(duì)該組合電器波紋管進(jìn)行解體大修，成功消除該缺陷。

本文分析了該缺陷的帶電檢測(cè)和停電處理過(guò)程，并根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和實(shí)地勘察對(duì)故障原因進(jìn)行綜合分析，提出來(lái)一系列防范措施，為類(lèi)似缺陷的處理提供了借鑒和參考。

1　缺陷檢查過(guò)程

1.1氣室檢漏

該變電站220kV組合電器為西安西開(kāi)高壓開(kāi)關(guān)有限公司生產(chǎn)的LWG9-252型，于2005年12月投運(yùn)。2015年4月9日，檢修人員利用TG-80型SF6氣體泄漏激光成像儀對(duì)發(fā)出SF6低氣壓報(bào)警的#2母線4氣室進(jìn)行檢漏，泄漏點(diǎn)的可見(jiàn)光和激光成像圖如圖1所示。

圖1　220kV#2母線4氣室漏點(diǎn)成像圖

從圖1可看到漏出的SF6氣體呈動(dòng)態(tài)黑色羽煙，通過(guò)觀察煙云冒出的位置以及煙云移動(dòng)的快慢和大小，定位漏點(diǎn)為#2母線4氣室214××線西側(cè)波紋管鉚焊縫處，漏點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)位置如圖2所示，該處存在較快的SF6氣體泄漏。

檢修人員對(duì)該處采用肥皂液發(fā)泡法進(jìn)行定點(diǎn)檢漏，將發(fā)泡液涂在被檢測(cè)部位，再使用手持式 SF6紅外檢漏儀檢測(cè)該處SF6氣體的濃度。共發(fā)現(xiàn)6處明顯泄露區(qū)域，測(cè)量點(diǎn)的位置和測(cè)量結(jié)果如圖3和表1所示。上述區(qū)域起泡明顯，特別是2號(hào)測(cè)量點(diǎn)（如圖4所示）、3號(hào)和5號(hào)測(cè)量點(diǎn)氣泡較急，漏氣嚴(yán)重。

圖2　220kV#2母線4氣室泄露點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)位置指示

表1　波紋管泄露點(diǎn)檢漏儀讀數(shù)

圖3　波紋管泄露點(diǎn)測(cè)量位置

圖4　2號(hào)和5號(hào)測(cè)量點(diǎn)起泡情況

1.2年泄漏率計(jì)算

為掌握該氣室年泄漏率，檢修人員利用包扎法對(duì)該泄漏點(diǎn)的年泄漏率S進(jìn)行了計(jì)算，采用如下公式［1］，即

式中，T0為年時(shí)間；T1為包扎時(shí)間；P為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；V為包扎體積；K為SF6濃度；MS為氣室SF6氣體充氣質(zhì)量；ρ 為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的SF6密度。

經(jīng)計(jì)算，該氣室 SF6年泄漏率為 2.64%，超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 7674—2008《額定電壓72.5kV及以上氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備》［2］5.15.101條“在設(shè)備運(yùn)行壽命周期間，從GIS任一單個(gè)間隔泄漏到大氣和隔室間的漏氣率不應(yīng)超過(guò)每年0.5%”的規(guī)定。

1.3解體檢查

2015年6月10日至15日，檢修人員對(duì)#2母線4氣室進(jìn)行解體大修，對(duì)漏氣點(diǎn)波紋管進(jìn)行更換。

檢修前確認(rèn)：設(shè)備檢修區(qū)周?chē)h(huán)境相對(duì)濕度不大于80%，同時(shí)開(kāi)啟通風(fēng)系統(tǒng)，工作區(qū)空氣中的SF6氣體含量不得超過(guò) 1000×10?6，檢測(cè)進(jìn)人段母線氣室氧氣含量不低于18%。

解體檢查過(guò)程如下：

（1）確認(rèn)母線氣室壓力為0MPa，各項(xiàng)措施到位后，開(kāi)始進(jìn)行母線檢修作業(yè)。

（2）打開(kāi)#2母線 4氣室故障波紋管段兩側(cè)入孔蓋板，通風(fēng)30min后，再用塑料布將母線手孔封住。

（3）穿進(jìn)罐服進(jìn)入氣室拆除故障波紋管段的母線導(dǎo)體并將導(dǎo)體竄至不影響故障波紋管推出的相鄰母線段，如圖5的步驟1所示。

（4）對(duì)波紋管測(cè)試原始尺寸（即波紋管與兩側(cè)母線法蘭連接螺栓之間的距離）并記錄后，壓縮波紋管一側(cè)螺桿后將波紋管與母線法蘭連接螺栓拆除，如圖5的步驟2所示。

圖5　波紋管拆卸過(guò)程

（5）將波紋管四個(gè)螺桿上的大螺母依次緩慢旋緊，將波紋管壓縮，直至與一端法蘭面分離。

（6）將波紋管與另一側(cè)法蘭面分離后，將波紋管拆下，拆下的波紋管如圖6所示；拆下后，對(duì)母線法蘭面進(jìn)行清理。

圖6　拆下的故障波紋管

2　缺陷原因分析

2.1波紋管鉚接工藝要求

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12777—2008《金屬波紋管膨脹節(jié)通用技術(shù)條件》［3］7.2節(jié)和GB/T 30092—2013《高壓組合電器用金屬波紋管補(bǔ)償器》［4-5］5.4.4和6.4節(jié)的要求，翻邊式波紋補(bǔ)償器內(nèi)帶保護(hù)套時(shí)，保護(hù)套與波紋管、鑄造法蘭之間的連接應(yīng)采用等壓鉚接工藝，鉚接力的大小要保證鉚接后內(nèi)保護(hù)套不發(fā)生松動(dòng)，同時(shí)鑄造法蘭不應(yīng)脹裂。

設(shè)備制造商應(yīng)利用鉚接設(shè)備，用應(yīng)變片測(cè)量鉚接時(shí)鑄造鋁法蘭各處的應(yīng)力分布，確定鉚接力的大小。鉚接后用手觸摸及目測(cè)檢驗(yàn)內(nèi)保護(hù)套與波紋管、鑄造鋁法蘭的連接松緊程度及鑄造鋁法蘭表面質(zhì)量，結(jié)果應(yīng)符合5.4.4的規(guī)定。

2.2泄漏點(diǎn)應(yīng)力試驗(yàn)

根據(jù)鉚釘鉚接裝配應(yīng)力的計(jì)算方法［6］，鉚接成形力P和鉚釘作用于板上圓環(huán)面上的分布力p1為

式中，σs為屈服應(yīng)力；b為飛邊寬度；h為飛邊高度；Fb為飛邊投影面積；Fd為釘孔面積；d為鉚釘直徑。

試驗(yàn)人員對(duì)故障波紋管6處檢漏點(diǎn)進(jìn)行了力學(xué)性能測(cè)試，結(jié)果顯示與計(jì)算值均存在較大偏差，不符合國(guó)標(biāo)要求。

表2　波紋管泄露點(diǎn)應(yīng)力試驗(yàn)

2.3原因分析

本案例發(fā)生泄漏的部分為翻邊式波紋管補(bǔ)償器的鉚接縫處，且環(huán)周存在多處漏點(diǎn)，如圖4所示。生產(chǎn)廠家對(duì)漏點(diǎn)處所進(jìn)行的等壓鉚接工藝不標(biāo)準(zhǔn)，鉚接力試驗(yàn)、壓力應(yīng)力和氣密性試驗(yàn)不到位，是造成鉚焊縫出現(xiàn)氣體泄漏的主要原因。

組合電器設(shè)備十年來(lái)長(zhǎng)期運(yùn)行于空氣污染嚴(yán)重、晝夜溫差大的戶(hù)外惡劣環(huán)境中，是造成鉚焊縫出現(xiàn)氣體泄漏的客觀原因。

3　缺陷處理過(guò)程

3.1前期方案確認(rèn)

1）檢修人員將缺陷情況通知廠家，廠家提前派技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)了缺陷位置的準(zhǔn)確性和唯一性。

2）雙方共同協(xié)商確定維修內(nèi)容為更換有缺陷的波紋管以徹底解決漏氣問(wèn)題，初步制定了消缺方案，確定了備品備件到位時(shí)間。

3.2停電范圍及氣體回收

漏氣#2母線及215間隔停電，轉(zhuǎn)入檢修狀態(tài)。#2母線上隔離開(kāi)關(guān)處于分閘狀態(tài)，接地開(kāi)關(guān)處于合閘狀態(tài)，切斷各相關(guān)回路電源。

回收漏氣#2母線4氣室氣體壓力至0MPa以下后回氣至大氣壓力。相鄰氣室壓力降至0.25MPa。

3.3消缺執(zhí)行規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)

消缺方案施執(zhí)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50147—2010《電氣裝置安裝工程：高壓電器施工及驗(yàn)收規(guī)范》［7］和GB 50150—2006《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》［8］中有關(guān)六氟化硫密封式組合電器的內(nèi)容和廠家的技術(shù)要求。

安全措施執(zhí)行國(guó)家電網(wǎng)公司標(biāo)準(zhǔn)《電力安全工作規(guī)程》［9］變電部分有關(guān)規(guī)定。

3.4安全預(yù)防措施

1）人身安全方面

嚴(yán)格遵守《電力安全工作規(guī)程》，重點(diǎn)學(xué)習(xí)第11章在SF6電氣設(shè)備上的工作。對(duì)進(jìn)站廠方人員應(yīng)熟悉電力安全規(guī)程的相關(guān)內(nèi)容，經(jīng)考試合格、認(rèn)可后方可參加工作。工作中感覺(jué)呼吸困難時(shí)應(yīng)及時(shí)離開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)，并站在上風(fēng)口。

2）設(shè)備防塵措施

作業(yè)區(qū)內(nèi)應(yīng)保持清潔、有序，嚴(yán)禁有灰塵產(chǎn)生的工作在作業(yè)區(qū)內(nèi)進(jìn)行，嚴(yán)禁在作業(yè)區(qū)內(nèi)抽煙，做好防塵措施。進(jìn)入作業(yè)區(qū)域工作人員必需穿工作服佩戴安全帽，并保持干凈整潔。禁止SF6氣體排空。所有打開(kāi)的部位要注意防塵保護(hù)，及時(shí)用塑料布包裹，拆除的所有零件應(yīng)注意保護(hù)，切勿磕碰。恢復(fù)時(shí)注意保持清潔。

3）危險(xiǎn)點(diǎn)預(yù)防

拆除蓋板和導(dǎo)體過(guò)程中一定要緩慢，注意保護(hù)密封面，防止其損壞；拆卸時(shí)要小心進(jìn)行起吊，防止磕碰；所有打開(kāi)的部位要注意防塵保護(hù)，及時(shí)用塑料布包裹，拆除的所有零件應(yīng)注意保護(hù)，切勿磕碰；注意母線筒內(nèi)的通風(fēng)，人進(jìn)入母線筒內(nèi)應(yīng)有專(zhuān)人進(jìn)行監(jiān)護(hù)。

3.5新波紋管更換及試驗(yàn)

1）新波紋管更換

拆除舊波紋管后，對(duì)本氣室的母線筒進(jìn)行全面檢查并清潔，保持內(nèi)部潔凈。如圖7所示，對(duì)新波紋管進(jìn)行檢查處理，外觀和法蘭面完好、無(wú)明顯缺陷后，將其壓縮，新波紋管兩側(cè)母線法蘭連接螺栓之間的距離尺寸為舊波紋管原始尺寸減10mm。

圖7　檢修人員對(duì)新波紋管進(jìn)行法蘭面處理

將新波紋管吊起后，緩慢放置在兩個(gè)母線筒法蘭面中間，注意不要與法蘭面磕碰。按照拆卸反順序?qū)δ妇€裝配進(jìn)行恢復(fù)，并復(fù)裝母線導(dǎo)體，裝配完成后測(cè)試此段母線電阻，合格后使用新的密封圈和吸附劑封蓋。

2）更換后試驗(yàn)

完成新波紋管更換后，檢修人員進(jìn)行了回路直阻試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果合格。

所有氣室內(nèi)部檢查清理完畢后，故障氣室抽真空后重新充入SF6氣體，其他相鄰降壓氣室補(bǔ)充SF6氣體壓力至額定值。

最后，檢修人員對(duì)故障氣室及相鄰氣室進(jìn)行了微水試驗(yàn)和檢漏測(cè)試，測(cè)試結(jié)果合格。電氣試驗(yàn)合格后，220kV組合電器恢復(fù)固定連接方式，成功送電消除缺陷。

4　結(jié)論

采取針對(duì)性的措施對(duì)六氟化硫設(shè)備的故障缺陷進(jìn)行分析和處理［10-12］，對(duì)避免電網(wǎng)及設(shè)備的故障和保障人身安全是非常必要的。

1）激光成像技術(shù)能夠使無(wú)色透明的SF6氣體在顯示屏上以可見(jiàn)的動(dòng)態(tài)煙云形式顯現(xiàn)出來(lái)，從而可以直觀、準(zhǔn)確、快速的發(fā)現(xiàn)并定位泄漏點(diǎn)，且不需要設(shè)備停電，可安全的在遠(yuǎn)距離對(duì)泄漏點(diǎn)進(jìn)行檢漏，大大提高了現(xiàn)場(chǎng)漏點(diǎn)查找的效率。

2）應(yīng)建立所轄變電站組合電器設(shè)備的漏氣記錄臺(tái)賬，不定期進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，分析統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對(duì)于補(bǔ)氣集中的站點(diǎn)進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)排查，發(fā)現(xiàn)存在的事故隱患。

3）組合電器發(fā)出補(bǔ)氣信號(hào)時(shí)，初次可帶電補(bǔ)氣，并加強(qiáng)監(jiān)視。若短周期內(nèi)又出現(xiàn)補(bǔ)氣信號(hào)，應(yīng)對(duì)各個(gè)密封面及接頭進(jìn)行檢漏，并檢查密度繼電器動(dòng)作的正確性、可靠性。

4）改善組合電器設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境，室外組合電器搭棚可有效延長(zhǎng)設(shè)備銹蝕周期，降低溫差原因造成的設(shè)備漏氣。

［1］ 薛雷. 六氟化硫氣體的計(jì)算應(yīng)用及實(shí)例分析［J］. 電工電氣，2011，7（7）︰35-38.

［2］ 額定電壓72，GB 7674—2008. 5kV及以上氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備［S］.

［3］ GB/T 12777—2008. 金屬波紋管膨脹節(jié)通用技術(shù)條件［S］.

［4］ JB/T 10617—2006. 高壓組合電器用金屬波紋管補(bǔ)償器［S］.

［5］ GB/T 30092—2013. 高壓組合電器用金屬波紋管補(bǔ)償器［S］.

［6］ 夏平，唐應(yīng)時(shí)，吳安如. 鉚釘鉚接裝配應(yīng)力的分析和計(jì)算［J］. 機(jī)械，2003，30（4）︰44-45，48.

［7］ GB 50147—2010. 電氣裝置安裝工程高壓電器施工及驗(yàn)收規(guī)范［S］.

［8］ GB 50150—2006. 電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［9］ Q/GDW 1799.1—2013. 國(guó)家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程［S］.

［10］ 徐貞華，田偉莉. 220kV六氟化硫組合電器的運(yùn)行與試驗(yàn)［J］. 有色冶金節(jié)能，2003，20（5）︰27-29.

［11］ 郭建，張?jiān)? 六氟化硫電氣設(shè)備檢漏分析［J］. 山西電力，2009（4）︰12-13.

［12］ 李海波，萬(wàn)榮興，方勇. 金屬波紋管補(bǔ)償器在高壓組合電器中的應(yīng)用與故障分析［J］. 高壓電器，2014（11）︰145-150，154.

Defect Analysis and Treatment of SF6Gas Leakage in a Gas-insulated Switchgear Bellows

Xu JiakaiWang JianLiu YongliWang Sicheng
（State Grid Weifang Power Supply Company，Weifang，Shangdong 261000）

SF6gas leakage in a 220kV gas-insulated switchgear bellows caused by the deficient handing of the riveting process is described. The terrible riveting process results in multiple site gas leakage around the bellows. This paper analyzes the live detection and power-off maintenance process of the defect. Comprehensive analysis of the fault cause is taken based on the operating experience and field investigation. Finally，a series of prevention measures are proposed as a guide and reference for similar defect processing.

bellows； gas leakage check； defect analysis

許加凱（1987-），男，山東省濰坊市人，碩士研究生，助理工程師，主要從事變電站設(shè)備檢修工作。