GIS設(shè)備密封性能分析及改進

劉麗臻

摘要：以220kV犀牛變電站氣體絕緣組合電器（GIS）設(shè)備為例，通過理論分析和現(xiàn)場經(jīng)驗總結(jié)，分析了影響GIS設(shè)備SF6氣體密封性能的重要因素，并提出了相應(yīng)的改進措施。通過試驗樣機驗證了改進措施的有效性，為GIS設(shè)備的安裝、運行、檢修與維護提供了有用的借鑒。

關(guān)鍵詞：氣體絕緣組合電器（GIS），SF6氣體，密封性能

SF6氣體絕緣組合電器（GIS）由于占地面積小，運行安全，可靠性高，在大城市市區(qū)被廣泛使用[1]。GIS的安全可靠運行依賴于SF6氣體絕緣。根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗，目前影響GIS安全可靠運行的重要因素是密封性問題，也就是SF6氣體的泄露問題[2]。因此，找出SF6氣體的泄露原因，提高GIS設(shè)備的密封性，也就成為了提高GIS設(shè)備安全可靠性的一個重要課題。

1 GIS設(shè)備密封性能分析

以廣州供電局220kV犀牛變GIS設(shè)備為例來探討GIS的密封性能問題。犀牛站220kV配電裝置使用的GIS設(shè)備在現(xiàn)場交接試驗和預(yù)防性試驗時，發(fā)現(xiàn)多個部位密封性能不能滿足公司要求（采用局部包扎法包扎24小時泄露量不超過30ppm）。通過實驗和現(xiàn)場分析，影響GIS設(shè)備密封性能主要包括以下重要因素。

1）密封圈材料透氣性

密封圈常用材料包括三元乙丙橡膠和丁晴橡膠等[3]，透氣性能的靜態(tài)對比試驗見表1。

可以看出，丁晴橡膠的密封性能最好。而該GIS設(shè)備原大法蘭和小法蘭上用的密封圈材料分別是密度1.145g/cm?和1.09g/cm?的三元乙丙橡膠。

2）法蘭緊固螺栓偏少

該GIS設(shè)備大法蘭上只有12根螺栓，小法蘭上只有8根螺栓。類比于現(xiàn)場其他類似設(shè)備，其密封法蘭有24根螺栓。法蘭緊固螺栓的增加可以減小兩螺栓之間的法蘭弧線長度，改善法蘭面與密封圈壓縮的均衡性，進而改善密封性能。

3）小法蘭緊固螺栓力矩偏小

類比于瑞士ABB生產(chǎn)的300kV GIS設(shè)備，小法蘭緊固螺栓的力矩應(yīng)該從50Nm增加為70Nm，以更好地保證氣密性。

4）密封圈的壓縮量不足

該GIS設(shè)備的小法蘭絕緣子密封圈壓縮率為25%，大法蘭絕緣子密封圈壓縮率為20%，金屬法蘭和金屬法蘭連接的密封圈壓縮率為22%，而國內(nèi)通常推薦的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為絕緣子和金屬法蘭連接的密封圈壓縮率為30%，金屬法蘭和金屬法蘭連接的密封圈壓縮率為25%。

5）單密封結(jié)構(gòu)

該GIS設(shè)備目前采用的是單密封結(jié)構(gòu)。雙密封結(jié)構(gòu)或X型密封圈結(jié)構(gòu)在兩密封圈之間能夠形成一個小的緩沖氣室，使得主氣室和空氣之間的壓力差成階梯分布，相當(dāng)于把兩個相鄰氣室的壓差降低下來，進而提高了密封性能。

6）氣室充氣壓力

該GIS設(shè)備斷路器氣室和電壓互感器氣室的額定充氣壓力為0.68Mpa（20℃時的絕對壓力），其它氣室的額定充氣壓力為0.65Mpa（20℃時的絕對壓力），與其他站的GIS設(shè)備相比壓力偏大，增加了密封的困難性。

7）現(xiàn)有的鋼支撐結(jié)構(gòu)不合理

目前水平母線隔離刀模塊的斜支撐（圖1左）與過渡小短管相當(dāng)于構(gòu)成個四連桿機構(gòu)，存在旋轉(zhuǎn)自由度，不能有效地克服母線隔離刀模塊等設(shè)備對過渡小短管造成的應(yīng)力。再增加一對斜支撐（圖1右）能夠有效地解決這一問題。

目前斷路器兩側(cè)隔離刀模塊通過一個水平的鋼支撐板連接，由于實際鑄造殼體法蘭面（非密封面）拔模斜度和鋼支撐板加工尺寸誤差的存在，造成鋼支撐板與兩側(cè)隔離刀模塊殼體鎖緊后在斷路器兩側(cè)法蘭上產(chǎn)生變形應(yīng)力（圖2左），不利于密封性能。應(yīng)改為兩塊板連接（圖2右）。

8）裝配順序不合理

由于導(dǎo)體連接結(jié)構(gòu)的限制，目前兩個母線隔離刀模塊的裝配順序為（參考圖3左側(cè)部分）先把水平母線隔離刀模塊（DES1）和母線側(cè)電流互感器模塊裝配在一起，再與斷路器及過渡小短管裝配，最后裝配豎直母線隔離刀模塊（DES2），這樣在把水平母線隔離刀模塊（DES1）和母線側(cè)電流互感器模塊一起裝配到過渡小短管上面時，模塊重心嚴(yán)重偏離過渡小短管的軸心，裝配后就很大可能性地對過渡小短管的密封性能產(chǎn)生影響。需要改變導(dǎo)體連接結(jié)構(gòu)，使得先把豎直母線隔離刀模塊（DES2）和母線側(cè)電流互感器模塊裝配在一起，再與斷路器及過渡小短管裝配，最后裝配水平母線隔離刀模塊（DES1）。

2 GIS設(shè)備密封性能改進措施

根據(jù)上述分析，綜合考慮時間和風(fēng)險等因素，對部分影響GIS密封性能的因素針對性地采取了改進措施：

1）密封圈材料由三元乙丙橡膠（EPDM）改為丁晴橡膠（NBR）;

2）小法蘭緊固螺栓力矩由50Nm改為70Nm，大法蘭采用導(dǎo)向軸套輔助裝配，鎖緊力矩取上偏差;

3）改進水平母線隔離刀模塊的鋼支撐結(jié)構(gòu)，增加一對斜支撐;

4）改進豎直母線隔離刀模塊和饋線隔離刀模塊之間連接的鋼結(jié)構(gòu)，由一塊支撐板連接改成兩塊板連接;

5）改進三相斷路器裝配方法、順序和母線隔離刀模塊裝配順序。

6）改變設(shè)備密封槽尺寸或結(jié)構(gòu)，以及增加法蘭螺栓數(shù)量等是一個系統(tǒng)復(fù)雜的工作，影響面大，暫時未采取措施改造。因SF6氣體充氣壓力涉及到設(shè)備絕緣和開斷性能，將不作改變。

為了驗證改進措施的有效性，裝配了一個完整的驗證樣機間隔。驗證樣機采用典型雙母線電纜出線間隔布置方式，包括高壓電纜連接模塊、電壓互感器、就地控制柜等。驗證樣機間隔充氣完成后，開始采用局部包扎法進行持續(xù)的密封試驗。經(jīng)過數(shù)個月的持續(xù)跟蹤，所有密封部位的泄漏值均為零。

3 結(jié)論

本文分析了影響GIS設(shè)備密封性能的各個重要因素，并根據(jù)分析進行了相應(yīng)的改進。對改進后的試驗樣機進行的試驗顯示，相關(guān)措施能夠提高GIS設(shè)備的密封性能。本文的相關(guān)分析和經(jīng)驗可以為其他GIS工程提供借鑒。

參考文獻

[1]郭清海， 鄺石. GIS設(shè)備泄漏原因分析及對策[J]. 電網(wǎng)技術(shù)， 2000， 24（9）： 8-9.

[2]高亞娟， 趙選勃， 王文昌. GIS用三元乙丙、丁腈、氯丁橡膠O形密封圈物理性能比較分析[J]. 高壓電器， 2008， 4（2）： 118-121.

[3]譚晶， 楊衛(wèi)民， 丁玉梅等. O形橡膠密封圈密封性能的有限元分析[J]. 潤滑與密封， 2006， 181（9）： 65-69.