關(guān)于新東北GIS設(shè)備SF6氣體泄漏的分析與探討

崔辰晨，王春偉，閆 佳，劉小紅，張志平

(國網(wǎng)長治供電公司，山西 長治 046011)

1 概況

氣體絕緣全封閉組合電器(GIS)具有占用空間小，運(yùn)行可靠性高，維護(hù)工作量少，不受外界環(huán)境條件影響，無靜電感應(yīng)和電暈干擾，噪聲水平低，抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)，在變電站中大量應(yīng)用。但在實(shí)際運(yùn)行中，特別是對(duì)暴露在戶外的GIS設(shè)備，長期經(jīng)受風(fēng)霜雨雪等惡劣天氣的影響，設(shè)備密封性會(huì)逐漸降低，嚴(yán)重時(shí)可能引起漏氣事故，且事故后的平均恢復(fù)時(shí)間比常規(guī)設(shè)備更長，甚至可能影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行[1]。

長治供電公司目前共有110 kV及220 kV 10座GIS變電站，其中4座110 kV變電站為室內(nèi)布置，6座220 kV變電站全部為室外布置。室內(nèi)GIS變電站自投產(chǎn)以來均未發(fā)生設(shè)備漏氣事故，6座220 kV室外變電站中，有4座為新東北電氣高壓開關(guān)有限公司(簡稱新東北電氣)生產(chǎn)的GIS設(shè)備。在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于暴露在室外的GIS設(shè)備，由新東北電氣生產(chǎn)并已投運(yùn)的戶外GIS設(shè)備已發(fā)生多起嚴(yán)重的漏氣事故，特別是在冬季。

2 原因分析

常見的GIS設(shè)備漏氣原因有：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(dòng)漏氣等[2]。對(duì)長治供電公司近10年的新東北GIS設(shè)備漏氣事故進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，所有事故中，盆式絕緣子裂紋漏氣占92%，為新東北GIS設(shè)備漏氣事故的主要原因。

2.1 盆式絕緣子的密封原理

盆式絕緣子一般有三相和單相之分。長治供電公司220 kV設(shè)備以及線路TV使用的是單相絕緣盆，110 kV設(shè)備使用的是三相絕緣盆，其主要作用有：固定母線及母線的插接式觸頭；母線對(duì)地或相間的絕緣作用；密封作用如圖1、圖2所示。2種密封方式對(duì)比見表1。

2.2 典型漏氣案例分析

據(jù)統(tǒng)計(jì)，新東北所有絕緣盆漏氣故障均發(fā)生在每年11月至次年2月，以下是典型案例的解體分析。

表1 盆式絕緣子的2種密封方式對(duì)比

圖1 第1種密封方式(單相)

圖2 第2種密封方式(三相)

a.220 kV平順站160東母電流互感器與斷路器之間絕緣盆漏氣。

2017年2月6日，平順站110 kV母聯(lián)160斷路器氣室壓力降低并報(bào)警，該設(shè)備為新東北電氣2009年生產(chǎn)的GIS組合電器，于2010年1月投產(chǎn)。檢修人員現(xiàn)場采用紅外檢漏技術(shù)仔細(xì)檢查所有可能存在的漏氣部位，最后發(fā)現(xiàn)母聯(lián)160東母電流互感器與斷路器之間絕緣盆漏氣較嚴(yán)重。在解體過程中發(fā)現(xiàn)，螺栓本體銹蝕嚴(yán)重，絕緣盆下側(cè)緊固螺栓孔部位存在積水，且螺孔處有一條較長裂痕，裂痕均已越過密封槽，如圖3所示。初步判斷為雨水通過螺栓螺紋處滲入絕緣盆下側(cè)形成水珠，而相關(guān)斷路器、電流互感器等主設(shè)備高壓試驗(yàn)全部合格，故認(rèn)為絕緣盆裂紋為導(dǎo)致該事故的直接原因。

b.220 kV西莊站110 kV南母第1、2氣室之間絕緣盆漏氣。

2017年10月8日，西莊站110 kV南母第1氣室壓力降低并報(bào)警，該設(shè)備為新東北電氣2007年生產(chǎn)的GIS組合電器，于2007年10月投產(chǎn)。檢修人員紅外檢漏后發(fā)現(xiàn)第1、2氣室之間絕緣盆存在較嚴(yán)重的漏氣現(xiàn)象，解體拆下絕緣盆后發(fā)現(xiàn)兩側(cè)母線無法對(duì)接于一條直線，初步判斷安裝時(shí)強(qiáng)行母線對(duì)接導(dǎo)致中間的絕緣盆受力，在長時(shí)間電動(dòng)力作用下發(fā)生破裂。

c.220 kV東鳴站201、202、277、278間隔6處漏氣。

2015年11月，長治供電公司對(duì)未參加GIS設(shè)備帶電檢測競賽的變電站開展自檢工作，發(fā)現(xiàn)東鳴站220 kV設(shè)備存在5處漏氣，主要存在于202南隔離開關(guān)A相、277南隔離開關(guān)C相、277北隔離開關(guān)C相、278南隔離開關(guān)B相、278北隔離開關(guān)C相。2016年4月，又發(fā)現(xiàn)201 A相南、北隔離開關(guān)之間也存在漏氣。該設(shè)備均是新東北戶外GIS設(shè)備。2016年9月，220 kV東鳴站綜合檢修，歷時(shí)7天，消除存在的6處漏氣缺陷。解體后發(fā)現(xiàn)6個(gè)絕緣盆螺孔內(nèi)側(cè)均有長3～12 cm裂紋，有的裂紋已穿越密封槽，且所有絕緣盆與法蘭連接面均未填注密封膠，201南、北隔離開關(guān)間的豎盆下方螺栓孔已嚴(yán)重銹蝕，上方螺栓孔輕度銹蝕。初步判斷為雨水沿螺栓螺紋滲入，并積蓄在豎式絕緣盆注膠淺槽下方，所以導(dǎo)致下方的螺孔銹蝕嚴(yán)重，氣室漏氣則是由于密封槽上貫穿的裂紋所致。

2.3 漏氣分析

2.3.1 設(shè)計(jì)的特殊性

通過案例可以發(fā)現(xiàn)，絕緣盆漏氣均是由于產(chǎn)生了穿越密封槽的裂紋導(dǎo)致密封圈失效所致。這是因?yàn)榻^緣盆采用第2種密封方式下(河南平高、山東泰開、西安西開GIS設(shè)備)，水分無法在法蘭與絕緣盆之間積蓄，而第1種密封方式下(新東北GIS設(shè)備)，在戶外長期運(yùn)行過程中，注膠部位易發(fā)生老化，雨水很容易沿著螺栓浸入，使螺栓銹蝕、積水結(jié)冰，引發(fā)漏氣。

2.3.2 安裝工藝不良

通過案例及近年漏氣事故分析，發(fā)現(xiàn)安裝工藝不良是導(dǎo)致漏氣的又一原因。在長時(shí)間電動(dòng)力作用下，由于受力、支撐件承力不均導(dǎo)致絕緣件易發(fā)生破裂；在雨雪天氣，由于沒有涂抹密封膠或密封膠工藝不良，削弱其防水功能，雨水沿著螺栓浸入淺槽形成積水。由于北方晝夜溫差較大，特別是冬季溫差高達(dá)10 ℃以上，盆內(nèi)積水可能反復(fù)結(jié)冰、融化，降低絕緣盆的承受應(yīng)力，極易產(chǎn)生裂紋，嚴(yán)重時(shí)裂紋穿越密封槽時(shí)，內(nèi)部氣室與大氣連通，發(fā)生漏氣[4]。

2.3.3 設(shè)備質(zhì)量不過關(guān)

通過近年漏氣事故分析統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)極個(gè)別漏氣是因?yàn)樾聳|北設(shè)備存在砂眼，且設(shè)備出廠及驗(yàn)收過程中未及時(shí)發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致不合格設(shè)備投運(yùn)，發(fā)生漏氣，降低設(shè)備可靠性。

3 防控措施

為了避免由于GIS設(shè)備漏氣引起的設(shè)備緊急停運(yùn)事故，不影響設(shè)備供電可靠性，積極采用各種措施來解決GIS設(shè)備漏氣問題。目前，主要采用3種措施，如圖4所示。

3.1 加裝密封卡具臨時(shí)處理措施

對(duì)已出現(xiàn)漏氣故障且無法立即停電設(shè)備的盆式絕緣子加裝密封卡具。對(duì)整個(gè)絕緣盆進(jìn)行包封后，從注膠孔注膠填滿絕緣盆與密封卡具間的間隙，達(dá)到堵漏目的，但此方法只可作為避免停電的臨時(shí)處理措施。

3.2 對(duì)盆式絕緣子進(jìn)行注膠處理

通過反復(fù)和新東北電氣技術(shù)人員研究，決定對(duì)注膠不合格的盆式絕緣子開展重新注膠，并對(duì)法蘭密封面和盆式絕緣子對(duì)接面涂抹防水膠。注膠工藝確保所有的膠槽部位都應(yīng)注滿膠，以法蘭面上每一個(gè)固定螺絲中能剛剛擠出膠為止。但由于此方法受到人員、天氣的影響較大，不能從根本上解決GIS絕緣盆進(jìn)水問題。

3.3 注入金屬膠并加裝防雨罩帶電治理

帶電對(duì)GIS設(shè)備(含母線)法蘭縫隙處注入專用金屬膠并加裝防雨罩，目的是徹底阻止雨水浸入法蘭密封面，避免法蘭對(duì)接面的銹蝕，可有效防止組合電器氣體泄漏，現(xiàn)已大量采用，效果良好。

(a)加裝密封卡具

(b)注膠處理

(c)加裝防雨罩圖4 解決GIS設(shè)備漏氣的3種措施

4 建議

a.從源頭出發(fā)，杜絕漏氣事故。

在GIS設(shè)備在生產(chǎn)過程中，不僅要了解設(shè)備的密封方式、工藝要求，還要利用設(shè)備監(jiān)造的機(jī)會(huì)，

嚴(yán)格把關(guān)出廠設(shè)備的生產(chǎn)工藝，監(jiān)督設(shè)備生產(chǎn)的關(guān)鍵部位、關(guān)鍵工藝，防止不合格設(shè)備出廠。另外在變電站初涉可研階段，按照設(shè)備所在區(qū)域長期發(fā)展規(guī)劃，綜合考慮霧霾天氣增多、區(qū)域發(fā)展規(guī)劃變化所帶來的新增污染源等因素，合理選型。

b.從施工工藝出發(fā)，杜絕漏氣事故。

GIS設(shè)備到達(dá)現(xiàn)場安裝過程中，設(shè)備對(duì)接面需按工藝流程、工藝標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)真施工，必要時(shí)應(yīng)派專人全過程跟蹤監(jiān)督。

c.從維護(hù)環(huán)節(jié)出發(fā)，加強(qiáng)帶電檢測及紅外檢漏工作，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。

對(duì)于長治地區(qū)5座在運(yùn)的新東北電氣220 kV GIS輸變電設(shè)備，應(yīng)借鑒山東公司制定的《室外組合電器環(huán)境治理方案》，加裝防護(hù)棚，徹底改善運(yùn)行環(huán)境，從而有效地杜絕GIS絕緣盆因進(jìn)水導(dǎo)致的漏氣問題。