GIS設(shè)備外殼法蘭密封與通流能力研究

汪全虎 范志遠(yuǎn) 陳欣

【摘?要】為了明確SF氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備（簡(jiǎn)稱GIS設(shè)備）外殼流通能力對(duì)于法蘭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求，本文分析了影響外殼法蘭結(jié)構(gòu)的因素，主要研究了GIS設(shè)備的法蘭密封性能和通流能力。對(duì)于GIS設(shè)備的外殼法蘭結(jié)構(gòu)進(jìn)行了合理的要求。謹(jǐn)以此文拋磚引玉，共相關(guān)從業(yè)者研究。

【關(guān)鍵詞】GIS設(shè)備;密封結(jié)構(gòu);法蘭結(jié)構(gòu)

GIS設(shè)備對(duì)于連接法蘭的要求較高，不僅應(yīng)具有良好的密封性能，還要保障設(shè)備外殼與外殼之間的流通性，對(duì)于這種要求，《電網(wǎng)設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)差異條款統(tǒng)一意見(jiàn)》中提出“關(guān)于GIS外殼法蘭跨界要求”意見(jiàn)：“全封閉組合電器的外殼法蘭片間應(yīng)采用跨接線連接，并應(yīng)保證良好通路”我們可以將該建議解釋為，GIS的金屬法蘭片與GIS設(shè)備殼體之間的連接處應(yīng)該安裝絕緣橡膠圈并且注膠。否則可能出現(xiàn)鏈接不牢靠的情況，也不能保障接地通路的完整性和安全性。企業(yè)對(duì)于設(shè)備使用的擔(dān)心不無(wú)道理，如果GIS金屬法蘭片與殼體之間發(fā)生接觸不良的情況，會(huì)對(duì)電站運(yùn)行起到嚴(yán)重的影響，例如：殼體感應(yīng)電流發(fā)熱會(huì)引起漏氣事故的出現(xiàn)。

要保證GIS設(shè)備外殼擁有良好的密封性能以及流通性能，可以采取使用大量金屬環(huán)絕緣盆子的方式，這樣法蘭片與殼體設(shè)備的鏈接面不僅能做到緊牢固，也能保證其電阻需求，不需要另外使用跨接接地線，使設(shè)備設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)潔，也更為美觀。

1保障GIS設(shè)備通流能力

GIS設(shè)備要求外殼接地通路完備，因此，必須保障GIS設(shè)備外殼之間的流通性能的良好。

1.1接觸電阻

殼體法蘭包括了靜接觸和面接觸兩種連接形式的接觸，相對(duì)于其他形式的電接觸形式穩(wěn)固且可靠。

接觸電阻分成收縮電阻和表面膜電阻兩個(gè)種類，無(wú)論什么形式的接觸，最終的接觸只發(fā)生在在某些突出的點(diǎn)上。收縮電阻就是電流收縮集中通過(guò)這些點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生的附加電阻。

法蘭接觸面的材質(zhì)通常為鋁，其表面氧化膜的電阻率極高。然而法蘭連接由于螺栓固定，螺栓與設(shè)備的接觸面積較大，造成鋁材質(zhì)表面氧化膜斷裂，起不到表面膜電阻應(yīng)有作用，法蘭起到作用為金屬連接。

以接觸電阻式為例，直徑為0.5m、用24只螺栓擰緊固定的殼體法蘭，估算出的電阻在1μΩ以內(nèi)，擁有著良好的溝通能力。

1.2實(shí)驗(yàn)要求

GIS設(shè)備流通能力必須需要進(jìn)行溫升試驗(yàn)、短時(shí)耐受電流實(shí)驗(yàn)以及峰值耐受電實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

在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》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，單向GIS設(shè)備溫升試驗(yàn)中通過(guò)電流應(yīng)為額定電流，而短時(shí)間耐受與峰值耐受實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)回路的布置要求實(shí)驗(yàn)外殼中應(yīng)有全部的返還電流。

為了達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，需要用金屬法蘭將GIS設(shè)備的外殼與內(nèi)導(dǎo)在一段進(jìn)行連接，實(shí)驗(yàn)電流應(yīng)該加載在另一端的導(dǎo)體設(shè)備外殼上，以達(dá)到形成回路的目的。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中設(shè)備外殼應(yīng)耐受與內(nèi)導(dǎo)相同的額定電流，并且保證溫升不大于30K。只有實(shí)驗(yàn)條件標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格，才能減少誤差，驗(yàn)證GIS設(shè)備的通流能力。

1.3跨接線設(shè)置

為了滿足GIS設(shè)備的通流要求，實(shí)驗(yàn)設(shè)備中對(duì)于導(dǎo)流能力較差的零件，必須使用跨接線進(jìn)行設(shè)計(jì)，為保障設(shè)備的流通性，需要采用純銅材質(zhì)的跨接線，進(jìn)行軟連接或者硬連接，跨接線的導(dǎo)流截面積能夠通過(guò)來(lái)進(jìn)行表述。

在GIS在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生與運(yùn)行相當(dāng)?shù)母袘?yīng)電流，在外殼設(shè)備電阻較大的位置，尤其波紋管、可拆單元、無(wú)金屬圈的盆式絕緣子等零件位置，溫升較高，甚至?xí)霈F(xiàn)過(guò)溫升大于100K的現(xiàn)象，因此，跨接線的安裝要格外注意。

安裝跨接線一般采用多條對(duì)稱的形式，根據(jù)不同零件的不同性質(zhì)，可以適當(dāng)?shù)脑黾踊驕p少跨界線的用量，例如波紋管的材質(zhì)為不銹鋼，金屬材質(zhì)本身具有一定的通流性質(zhì)，因此，在計(jì)算安裝跨接線時(shí)，可以取用0.5左右的系數(shù)。

2保障設(shè)備外殼的密封結(jié)構(gòu)

GIS設(shè)備外殼的密封性能對(duì)于設(shè)備的使用有著至關(guān)重要的影響，GIS設(shè)備外殼的密封能出現(xiàn)問(wèn)題，很大程度上會(huì)造成氣體泄漏等事故，而根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表示：歷年來(lái)，由于氣體泄漏導(dǎo)致的設(shè)備故障能夠達(dá)到總故障量的22%左右。

因此，在進(jìn)GIS設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)，合理的密封結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)核心要素之一。GIS設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為靜密封，材料選擇上一般選用壓縮率為25%的密封圈，密封槽形狀一般為矩形。

目前在市面上，GIS設(shè)備有兩種典型密封結(jié)構(gòu)被廣泛運(yùn)用。一種特點(diǎn)在密封面與連接界面安插過(guò)渡臺(tái)階，讓密封面與法蘭連接面形成不同的區(qū)域。擰緊螺栓壓緊外殼法蘭接面，能夠形成一種電接觸面，再利用過(guò)渡臺(tái)階高度與尺寸的差異，讓密封面留有0.2mm的分離間隙。

另一種密封結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，在密封面與法蘭連接中不設(shè)過(guò)渡臺(tái)階，不分割區(qū)域，但相對(duì)加寬法蘭連接的寬度大致1倍左右，形成較深的密封環(huán)面，在螺栓擰緊后，密封環(huán)面和外連接面能夠壓實(shí)壓緊也形成電接觸面。這樣的密封結(jié)構(gòu)，也保證在密封區(qū)域存在法蘭分離間隙。

通過(guò)上述兩種密封結(jié)構(gòu)的分析，我們能總結(jié)出：在設(shè)計(jì)密封結(jié)構(gòu)時(shí)，除去選用合理的密封槽與密封圈外，也應(yīng)該注意密封區(qū)域和連接區(qū)的合理設(shè)計(jì)，既要保證在螺栓擰緊后，密封圈能夠壓緊，也要保證外殼的通流性能。

3安裝

在靜密封結(jié)構(gòu)中，密封膠的使用大量存在。密封膠的功能是協(xié)助密封圈改善密封環(huán)境，另外還能夠隔絕空氣，防止金屬密封面或者法蘭生銹的現(xiàn)象出現(xiàn)。但由于密封膠的絕緣性，為保障GIS設(shè)備外殼的通流性質(zhì)，針對(duì)法蘭密封面設(shè)計(jì)了導(dǎo)膠槽。在螺栓擰緊后，密封膠通過(guò)特殊的注膠螺栓注入，由于在螺栓擰緊后，法蘭面已經(jīng)形成了電接觸回路，密封膠能夠如預(yù)期一樣進(jìn)入導(dǎo)膠槽，接面電阻不會(huì)受到影響。

在安裝過(guò)程中，要注意一下幾點(diǎn)：法蘭面以及密封零件的完好、法蘭面及密封零件的表面干凈、密封圈與密封槽尺寸吻合、在密封時(shí)進(jìn)行精準(zhǔn)定位、在法蘭面和密封圈接觸后，法蘭面不能有滑動(dòng)現(xiàn)象、以及固定螺栓時(shí)必須對(duì)稱使法蘭面受壓均勻。只有做到安裝時(shí)注重細(xì)節(jié)、定位精準(zhǔn)，才能就能夠使法蘭密封面穩(wěn)固。

4結(jié)束語(yǔ)

GIS設(shè)備外殼數(shù)量多，施工難度大，要求所有的設(shè)備均使用跨接線連接是不現(xiàn)實(shí)的。在連接法蘭結(jié)構(gòu)時(shí)，要注重密封性質(zhì)和通流性質(zhì)，因此，關(guān)于GIS設(shè)備外殼的法蘭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該更加合理。

參考文獻(xiàn)：

[1]南方.GIS設(shè)備外殼法蘭密封與通流能力研究[J].高壓電器，2015，51（02）：112-115.

基金項(xiàng)目：

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（作者單位：123國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司檢修分公司）