一起220 kV 開(kāi)關(guān)主變側(cè)接地閘刀氣室漏氣分析及處理

戚中譯，張 晗，趙旭州

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司嘉興供電公司，浙江 嘉興 314000）

GIS（Gas Insulated Substation，氣體絕緣全封閉組合電器）是將斷路器、母線、開(kāi)關(guān)、避雷器、互感器、出線終端及連接組件等全部密封于充滿SF6氣體的金屬接地的外殼中的高壓電氣設(shè)備[1]。

SF6氣體泄露故障是GIS 設(shè)備的使用中常見(jiàn)的問(wèn)題，制造工藝不精、設(shè)計(jì)問(wèn)題、檢修后組裝不當(dāng)及材料老化是SF6氣體泄露常見(jiàn)原因[2]。SF6氣體泄露會(huì)造成GIS 設(shè)備絕緣滅弧能力下降、產(chǎn)生腐蝕性物質(zhì)，因此在電力生產(chǎn)實(shí)踐中，要對(duì)SF6氣體泄露事件認(rèn)真查找原因，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行[3]。

1 事件概況

1.1 缺陷概況

監(jiān)控發(fā)現(xiàn)某220 kV 主變開(kāi)關(guān)其他氣室SF6壓力低告警，現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)該主變開(kāi)關(guān)主變側(cè)接地閘刀氣室接地法蘭處存在裂紋，漏氣嚴(yán)重。

1.2 設(shè)備信息

現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)接地閘刀氣室壓力值偏低。具體參數(shù)為：型號(hào)為ZF9-252，生產(chǎn)日期為2015 年8 月14 日，投運(yùn)時(shí)間為2016 年3 月30 日，上次檢修時(shí)間為2017 年1 月3 日。

2 檢查分析與處理情況

2.1 初步檢查

2021 年1 月9 日上午，該主變“220 kV 開(kāi)關(guān)其他氣室SF6氣壓低告警”光字牌動(dòng)作，變電運(yùn)維中心隨即進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查。

運(yùn)維人員現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)：該主變“220 kV 主變閘刀、開(kāi)關(guān)主變側(cè)接地閘刀、主變接地閘刀氣室壓力表”壓力值為0.33 MPa（額定壓力0.4 MPa，告警0.35 MPa），指針位于黃色區(qū)域。

表1 壓力值對(duì)比 MPa

2.2 補(bǔ)氣處理

檢修人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)檢查后確認(rèn)該主變閘刀氣室壓力明顯低于報(bào)警值，隨后對(duì)該氣室進(jìn)行補(bǔ)氣，但補(bǔ)氣過(guò)程中發(fā)現(xiàn)該氣室壓力增長(zhǎng)非常緩慢，初步懷疑該氣室存在明顯漏氣情況。隨即用紅外檢漏儀，鹵素法，結(jié)合泡沫法發(fā)現(xiàn)該主變220 kV 主變閘刀A 相氣室存在較為嚴(yán)重漏氣現(xiàn)象（靠近漏氣點(diǎn)甚至可以輕微聽(tīng)到漏氣聲音）。

2.3 缺陷檢查

檢修人員發(fā)現(xiàn)該主變開(kāi)關(guān)主變側(cè)接地閘刀接地絕緣法蘭處存在裂紋，經(jīng)專業(yè)判斷該氣室存在漏氣點(diǎn)擴(kuò)大導(dǎo)致壓力急劇降低而引起的擊穿風(fēng)險(xiǎn)，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員申請(qǐng)將該主變及其220 kV 開(kāi)關(guān)改檢修狀態(tài)。

1 月10 日，現(xiàn)場(chǎng)檢修人員與廠家技術(shù)人員對(duì)故障部位進(jìn)行開(kāi)蓋檢查及更換處理，發(fā)現(xiàn)接地法蘭有內(nèi)外貫通性裂紋，如圖1、圖2 所示。

圖1 檢修發(fā)現(xiàn)內(nèi)外貫通性裂紋

圖2 內(nèi)外貫通性裂紋詳情

3 原因分析

3.1 零件外觀表面分析

對(duì)故障絕緣法蘭進(jìn)行仔細(xì)觀察，可見(jiàn)嵌件與絕緣接觸部位（大氣側(cè)）原涂覆導(dǎo)電橡膠處、嵌件表面氧化、銹蝕嚴(yán)重。

3.2 圖紙檢查

核對(duì)廠家圖紙發(fā)現(xiàn)絕緣端子中心嵌件材料使用的是2 系鋁材料。2 系鋁為鋁銅合金，耐腐蝕性差，暴露在大氣中的部分容易發(fā)生腐蝕[4]。

3.3 零件研究試驗(yàn)

經(jīng)確認(rèn)廠家在此之前已對(duì)此型號(hào)絕緣法蘭開(kāi)展研究實(shí)驗(yàn)，如圖3 所示。實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果如下。

圖3 參與試驗(yàn)的絕緣法蘭結(jié)構(gòu)

針對(duì)絕緣端子銹蝕問(wèn)題，投入了6 個(gè)絕緣端子按照產(chǎn)品裝配結(jié)構(gòu)組裝，分成3 組進(jìn)行工藝研究性試驗(yàn)，具體試驗(yàn)內(nèi)容如表2 所示。

表2 工藝研究性試驗(yàn) h

1000 h 鹽霧試驗(yàn)后，6 個(gè)樣品都有不同程度的腐蝕，但都未出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象，但是未涂敷防水膠的樣品與涂敷防水膠樣品相比靠外力破壞絕緣材料較易剝落。

外力破壞樣品，使絕緣澆注材料和金屬嵌件分離，破壞過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，第二組（涂敷防水膠）樣品比第一、三組（未涂敷防水膠）樣品更難將澆注材料與金屬嵌件完全剝離，如圖4 所示。

圖4 三組樣品的外力破壞情況

觀察金屬嵌件內(nèi)部腐蝕情況，以及金屬嵌件與絕緣澆注材料結(jié)合情況?？梢钥闯觯谝?、三組（未涂敷防水膠）樣品銹蝕已經(jīng)進(jìn)入內(nèi)部較深處，第二組（涂敷防水膠）樣品銹蝕較淺。

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，可得出以下結(jié)論：鹽霧環(huán)境對(duì)絕緣端子金屬嵌件的腐蝕效果明顯，而涂敷防水膠能很好地防止腐蝕。可以在裝配接地線完畢后，在絕緣端子金屬嵌件外漏部分完整涂敷防水密封膠進(jìn)行保護(hù)，可根本上防止絕緣法蘭金屬嵌件被腐蝕開(kāi)裂，如圖5 所示。

圖5 涂敷防水密封膠

3.4 檢修現(xiàn)場(chǎng)情況

2021 年1 月10 日停電開(kāi)展漏氣絕緣法蘭更換工作，廠家提供的新的配件與原法蘭存在差別，主要是中心嵌件比原法蘭高出1 cm 左右，如圖6 所示。經(jīng)核查廠家已對(duì)絕緣法蘭中心嵌件圖紙進(jìn)行了升版，中心嵌件材料改為6 系鋁材料，且中心嵌件與絕緣端子高差增加至10 mm，從工藝上保證更好的涂覆防水膠，保護(hù)絕緣法蘭與嵌件導(dǎo)體接縫處，避免中心嵌件鋁金屬腐蝕膨脹的產(chǎn)生。

圖6 新舊絕緣法蘭對(duì)比

3.5 技術(shù)分析結(jié)論

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行、檢修經(jīng)驗(yàn)分析，開(kāi)裂的原因?yàn)椋河捎谥行那都褂玫氖? 系鋁材料，加之絕緣端子中心嵌件與絕緣件連接部位（大氣側(cè)）未涂覆防水膠，絕緣端子在運(yùn)行多年后，金屬嵌件被大氣中水分和雨水長(zhǎng)期浸蝕，中心腐蝕會(huì)引起腐蝕產(chǎn)物分層并向外膨脹，絕緣端子受到中心嵌件鋁金屬腐蝕膨脹產(chǎn)生的壓力作用，使得絕緣端子外側(cè)孔口位置受應(yīng)力產(chǎn)生裂紋，裂紋向內(nèi)部擴(kuò)展，最后引起漏氣事件發(fā)生。

4 后續(xù)措施

對(duì)于現(xiàn)有不能及時(shí)更換的絕緣法蘭，在天氣持續(xù)晴好情況下，使用熱風(fēng)槍對(duì)絕緣法蘭進(jìn)行驅(qū)潮、干燥，確保絕緣法蘭與嵌件導(dǎo)體接縫處干燥情況下涂覆防水膠。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)分析，使用這種結(jié)構(gòu)的三工位隔離開(kāi)關(guān)的接地絕緣端子大概在戶外運(yùn)行5 年后，絕緣端子會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)。使用此類結(jié)構(gòu)三工位隔離開(kāi)關(guān)的戶外變電站，結(jié)合停電計(jì)劃對(duì)絕緣法蘭進(jìn)行更換，并在絕緣法蘭與嵌件導(dǎo)體接縫處涂覆防水膠，防水膠可有效防止水分對(duì)接縫處的侵蝕，確保不再出現(xiàn)絕緣法蘭開(kāi)裂事件。此次更換只涉及三工位隔離開(kāi)關(guān)的接地絕緣法蘭，快速接地開(kāi)關(guān)的接地絕緣子結(jié)構(gòu)不同，不須要進(jìn)行更換。