一起110 kV GIS設(shè)備SF6氣體泄漏故障的分析與處理

周 亮，張佳棟，孫 進，徐友剛，王梓萌，陳 月，楊唐錦

(1.國網(wǎng)上海市電力公司青浦供電公司，上海 201700 2，國網(wǎng)吉安市吉安縣供電公司，江西 吉安 343100 )

氣體絕緣全封閉組合電器(GIS)設(shè)備憑借所占面積小、可靠性高、故障率低、維護成本低、檢修周期短等優(yōu)勢，越來越多地被應(yīng)用在電力系統(tǒng)中[1]。GIS設(shè)備通常充有“0.4～0.6 MPa”的SF6氣體，這種人造的強電負性氣體可以起到較好的絕緣與滅弧作用[2]。GIS是一種拼接組合式的電氣設(shè)備，在制造、安裝和長期運行過程中難免會因為人為操作或設(shè)備附件老化等原因發(fā)生SF6氣體泄露故障。SF6氣體泄露將直接導(dǎo)致GIS設(shè)備氣室壓力降低，絕緣和滅弧性能嚴重下降，同時泄露的SF6作為一種有害氣體會對人身安全和周邊環(huán)境造成嚴重影響。因此，需要根據(jù)相關(guān)規(guī)程和技術(shù)標(biāo)準對GIS設(shè)備定期運維，確保各氣室SF6氣體無泄漏、壓力值正常。

1 泄露原因及危害

1.1 泄露原因

大量現(xiàn)場運維經(jīng)驗可以總結(jié)出GIS設(shè)備的常見漏氣點包括焊縫、充氣口、法蘭結(jié)合面、壓力表連接管、本體砂眼等。主要泄露原因可以歸結(jié)為設(shè)備制造、設(shè)備安裝和密封件質(zhì)量3類。

1.1.1 設(shè)備制造原因

GIS設(shè)備有時會因制造質(zhì)量欠佳而出現(xiàn)SF6氣體泄露缺陷，加工工藝不精造成的法蘭面不平整會影響GIS設(shè)備的密封性；鑄造工藝不良會使外殼存在砂眼；焊接工藝不良會出現(xiàn)焊縫裂紋；其中砂眼和焊縫會被本體外層噴涂的油漆覆蓋，很難被發(fā)現(xiàn)，運行中氣室內(nèi)外壓力差會使得油漆緩慢脫落，最終發(fā)生SF6氣體泄露。

1.1.2 設(shè)備安裝原因

GIS設(shè)備在安裝過程中裝配質(zhì)量不高，如不遵守安裝作業(yè)指導(dǎo)書要求、未選取指定的安裝零件、不遵循規(guī)定的安裝流程、配件受擠壓等均易導(dǎo)致SF6氣體泄露。安裝操作不當(dāng)，劃傷元件表面，或?qū)Ψㄌm進行緊固時端面收禮不對稱，也會造成SF6氣體泄露。在安裝盆式絕緣子時，施力過大、裝配不當(dāng)會使絕緣子產(chǎn)生裂紋，造成SF6氣體泄露。

1.1.3 密封件質(zhì)量原因

密封件質(zhì)量問題是導(dǎo)致GIS設(shè)備出現(xiàn)SF6氣體泄露的常見因素，密封件裝配工藝不良如緊固不當(dāng)、受力不均受到擠壓形成間隙、密封圈裝入密封槽的位置不當(dāng)或使用了質(zhì)量不達標(biāo)的密封圈都會造成密封不嚴而漏氣。隨著GIS設(shè)備運行年限增加，密封圈受熱脹冷縮影響會老化、變形，密封性能也會逐漸降低，容易發(fā)生SF6氣體緩慢泄露。

1.2 泄露危害

GIS設(shè)備內(nèi)所充裝的SF6氣體壓力直接影響其絕緣及滅弧性能。由研究可知，當(dāng)SF6氣體壓力下降至0.3 MPa時，其絕緣性能與傳統(tǒng)絕緣油相差無幾，所以GIS 設(shè)備氣體泄漏會降低其電氣性能。其次，SF6氣體泄漏會導(dǎo)致氣體壓力檢測裝置發(fā)出警報，嚴重時閉鎖斷路器直接動作，在緊急情況下可能會擴大停電范圍。同時，SF6漏氣將使得外部水分子進入GIS氣室內(nèi)，導(dǎo)致微水含量增大，破壞設(shè)備絕緣性能，影響設(shè)備的使用壽命。此外，SF6作為一種有毒氣體，大量泄露會危害人身健康，其產(chǎn)生的溫室效應(yīng)是CO2的23 900倍，將對周圍環(huán)境產(chǎn)生惡劣影響。

2 SF6泄露檢測技術(shù)

2.1 傳統(tǒng)檢測方法

傳統(tǒng)檢漏技術(shù)分為肥皂水檢測法和包扎檢測法。肥皂水檢測法是將肥皂水涂抹于可能存在漏氣的部位，如果該部位出現(xiàn)泡沫則證明確實存在漏氣現(xiàn)象，該方法簡單易行，效果明顯。

在實際工作中需要人為在設(shè)備各可能泄露部位涂抹，工作量較大，并且需與帶電部位保持安全距離，難以全部覆蓋；其次檢測精度也較低，只能作為輔助檢測手段。包扎檢測法是一種定量檢漏技術(shù)，指的是利用0.1 mm的密封薄膜將設(shè)備待檢部位包扎起來并采用膠帶進行密封處理，密封薄膜會因為氣體泄露而鼓起，從而可以確定氣體泄露點并計算泄露量，但是此方法容易受到人為操作和外界風(fēng)力的影響。這兩種傳統(tǒng)檢測技術(shù)都要求工作人員在GIS設(shè)備本體各部位進行操作，必要時需要對設(shè)備停電，會降低供電可靠性。

2.2 紅外成像檢漏法

無色無味、性狀穩(wěn)定特性增加了SF6的檢測難度，但SF6在空氣中具有特殊的紅外吸收特性，即在紅外光的照射下，SF6會產(chǎn)生特殊的吸收光譜，使得泄露的SF6氣體在專業(yè)紅外成像檢漏儀的屏幕中清晰可見，類似煙霧狀[3]。

紅外成像技術(shù)能夠在設(shè)備帶電運行時進行檢測，并且檢測時工作人員手持紅外成像儀與待檢設(shè)備保持規(guī)定的安全距離，可以實現(xiàn)遠距離檢漏，不需要上下攀爬，是一種較為先進、高效的檢漏技術(shù)。但是對于室外的GIS設(shè)備檢漏來說，外界風(fēng)力不利于紅外成像檢漏儀發(fā)現(xiàn)泄漏點，若遇上雨雪天氣，周圍環(huán)境的溫濕度也會對檢測儀的鏡頭產(chǎn)生影響從而干擾紅外成像。

2.3 SF6氣體定性檢漏儀

當(dāng)金屬鉑碰到鹵素氣體時，其自身的正離子發(fā)射量會顯著增大，此特性被稱為“鹵素效應(yīng)”。SF6氣體定性檢漏儀正是應(yīng)用“鹵素效應(yīng)”制作而成的一種手持式便攜檢漏儀，通過探測觸頭周圍的氣體泄露量大小而發(fā)出相應(yīng)級別的聲光信號。

現(xiàn)場檢測時工作人員手持SF6氣體定性檢漏儀在GIS設(shè)備的法蘭連接處、焊接處、管道接口處等部位以大約25 mm/s的速度平移檢測，當(dāng)儀器發(fā)出報警信號，則縮小巡檢范圍反復(fù)測試，將發(fā)出聲光信號級別最高處確定為SF6泄漏點。SF6氣體定性檢漏儀實用便攜，具有較高的靈敏性，但是其檢測結(jié)果容易受環(huán)境因素干擾，適用于無風(fēng)的室內(nèi)環(huán)境，所以此方法僅可作為一種預(yù)檢手段。

2.4 聯(lián)合檢漏法

由運維經(jīng)驗可知，在現(xiàn)場如果僅采用一種檢測方法通常不能快捷、高效地找出漏氣點。在實際檢漏過程中往往需要使用多種檢測技術(shù)聯(lián)合對設(shè)備進行全方位檢漏。當(dāng)室內(nèi)GIS設(shè)備某氣室SF6密度繼電器顯示壓力異常時，須對GIS室通風(fēng)徹底并做好防護措施。運維人員根據(jù)現(xiàn)場情況可以先利用紅外成像檢漏儀對該氣室整體進行掃描，觀察是否存在煙霧狀的SF6氣體泄露現(xiàn)象進而判別是否存在漏點；再利用SF6氣體定性檢漏儀對疑似漏點部位附近緩慢移動檢測，鎖定泄露點的最大位置；同時采用肥皂水涂抹法作為輔助手段，有氣泡出現(xiàn)的位置則為漏點。必要時可以對泄露部位進行薄膜包扎以定量檢漏，進一步計算出漏氣率。

通過這一系列檢漏技術(shù)手段相結(jié)合，最終完成對GIS設(shè)備SF6氣體泄露的檢漏及漏點位置的確認。

3 GIS設(shè)備漏氣案例分析

3.1 故障概況

2021年3月12日17時03分，國網(wǎng)上海市電力公司青浦供電公司調(diào)度收到某110 kV變電站1號主變110 kV GIS匯控柜3號氣室低氣壓報警信號，隨即通知搶修人員趕至現(xiàn)場。由于3號氣室為電流互感器氣室，并且為獨立氣室，搶修人員對該氣室的SF6氣體密度繼電器檢查發(fā)現(xiàn)，指針指示的壓力值略低于報警值0.55 MPa，報警節(jié)點動作，發(fā)出低氣壓報警信號。

該110 kV變電站1號主變110 kV GIS柜設(shè)備參數(shù)如表1所示。設(shè)備投運以來運行正常，發(fā)生明顯異常，例行巡視正常。

表1 某110 kV站1號主變110 kV GIS柜設(shè)備參數(shù)

3.2 SF6氣體檢露過程

現(xiàn)場搶修人員做好防護措施后，對3號氣室漏氣點進行定性檢測、漏點查找。首先使用具有氣體成像功能的FLIR GF306紅外熱像儀對電流互感器氣室本體掃描，檢漏儀圖像顯示在該氣室與過度氣室法蘭中下部有煙霧狀氣體飄動，判斷該處發(fā)生SF6氣體泄露。

搶修人員再使用TIFXP-1型SF6檢漏儀對該氣室與過度氣室法蘭中下部緩慢移動，找出了SF6氣體濃度最大位置。輔以肥皂水涂抹，出現(xiàn)少量氣泡，初步確認了泄漏點位置。經(jīng)過與廠家技術(shù)人員多次檢測和溝通，最終確定本體表面存在砂眼導(dǎo)致SF6氣體泄露情況。

為確認是否存在其他泄漏點，搶修人員和廠家技術(shù)人員對電流互感器氣室本體、管道接口、法蘭連接面等部位多次檢漏，未再發(fā)現(xiàn)漏氣點。

3.3 故障處理

公司相關(guān)部門與廠家、施工方一起討論后，決定對1號主變110 kV GIS組合電器電流互感器氣室筒體進行調(diào)換，拆解更換部分見圖1。為保證供電可靠性，先對該氣室內(nèi)氣體進行檢測，檢測合格后進行補氣至額定壓力值，待廠家相關(guān)備品備件到場后安排停電處理。

圖1 1號主變110 kV GIS組合電器電流互感器氣室筒體換施工拆解示意圖

停電對1號主變110 kV GIS組合電器電流互感器氣室、電纜終端氣室氣體回收、電纜頭退倉、相關(guān)連接導(dǎo)線、二次電纜拆除、密封圈和相關(guān)絕緣盆子檢查、新的電流互感器筒體安裝、密封圈和吸附劑更換、電纜頭進倉、相關(guān)連接導(dǎo)線、二次電纜恢復(fù)。安裝結(jié)束后恢復(fù)氣室額定壓力，進行氣體成分和微水測試、耐壓、局放試驗和二次保護調(diào)試等，各項試驗驗收合格后送電投運。

為了確保新投運設(shè)備無漏氣現(xiàn)象，次日對1號主變110 kV GIS組合電器間隔進行SF6氣體檢漏，沒有發(fā)現(xiàn)漏氣點。再對其進行紅外、特高頻、超聲等帶電檢測，結(jié)果正常，表明故障消除，滿足運行條件，目前1號主變110 kV GIS組合電器間隔運行正常，各氣室SF6氣體密度繼電器指示均在額定壓力附近。

4 結(jié)語

本文就GIS設(shè)備的SF6泄露問題進行了研究，闡述了SF6氣體泄露的原因、危害及常見檢漏方法。當(dāng)GIS設(shè)備發(fā)生SF6氣體泄露時，應(yīng)密切關(guān)注SF6氣體密度繼電器指示，對氣壓異常的氣室采用多種檢漏方法進行聯(lián)合檢漏，以便高效、快捷地找出漏氣位置，及時制定消缺方案，縮小停電范圍，保證了GIS設(shè)備安全穩(wěn)定運行。