一起GIS设备漏气缺陷的处理和分析

袁镜江

（广东电网公司东莞供电局，广东 东莞 523120）

1 引言

GIS设备是利用SF6气体优异的绝缘性能和灭弧性能，将断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线、电缆终端、进出线套管等设备，经优化设计有机地组合成一个整体的组合电器。GIS设备凭着占地面积小、元件全部密封、不受环境干扰、可靠性高、安全性好、运行方便、检修周期长、维护工作量少、安装迅速、运行费用低等优点，受到广泛应用。GIS设备因SF6气体的特性，对生产、安装过程的工艺要求高，密封性不好就会出现泄漏，从而严重影响设备稳定、可靠运行。

2 设备缺陷情况

220kV彭洞变电站220kV GIS设备型号:GF20，设备生产日期:2008年7月，设备投运日期:2009年8月26日。1#主变变高GIS瓷套气室自投运后16个月内没有补充过SF6气体，自2010年12月27日气压低告警补气后，大约每隔十多天又要进行补气，每次补气量大约需要30 kg的SF6气体（该气室比较大）。历次补气记录如表1所示。

表1 历次补气记录

现场补气情况及1#主变变高GIS瓷套气室情况（图中红线所标部位），如图1所示。

图1 1#主变变高GIS瓷套气室情况

3 设备故障点排查

检修班组分别使用定性和定量SF6检漏仪对漏气气室的所有法兰进行检查，气室法兰分布情况，如图2所示。

图2 瓷套气室法兰分布情况

经检漏初步确定两处位置渗漏:分别是A相套管下面吸附剂13号法兰和C相10号法兰（见上图2的13、10所指）。尤其C相10号法兰，可以用手感觉到漏点处有气体喷出，听见漏气声。对整个气室间隔全部法兰进行塑料布包扎法定量检漏，测得A相13号法兰测量数值为300ppm，C相10号法兰包扎点SF6气体含量超过1000ppm，其余包扎点数值均在10ppm以下。根据供用电工人技师培训教材变电检修部分的内容可知，GIS每个密封部位包扎5小时后，每个包扎点测得SF6气体含量不大于30ppm，则合格。

检修班组还粗测了气室漏气速度，先记录了三相SF6气体压力值为0.57MPa，然后关闭三相气室连通阀；20小时后分别单独打开三相连通阀读取各相SF6气体压力数据，发现 A相气压稍微低了一点0.565MPa，B相没有升降，C相气压下降明显，降到了0.525MPa；再把三相的气室连通阀都打开后气压是0.562MPa，20小时漏气0.008MPa，气室漏气速度达到0.0096MPa/天。对比之前的补气记录，漏气速度与10天降低0.1MPa左右情况基本相符。

综上所述，可以判断1#主变变高GIS瓷套气室严重漏气的原因:A相套管下面吸附剂13号法兰和C相10号法兰出现渗漏，尤其是C相10号法兰渗漏比较严重。

4 缺陷危害分析

初步检验出GIS瓷套气室严重漏气的位置后，我们初步分析认为A相套管下面吸附剂13号法兰可能是密封不良引起，而C相10号法兰漏气严重，很有可能是盆式绝缘子出现裂纹造成，如果盘式绝缘子得不到及时处理，可能造成设备事故。

（1）水分渗入气室，使SF6气体微水量增大，很容易在绝缘材料表面结露，造成绝缘下降，严重时发生闪络击穿，造成跳闸停电事故。

（2）如果C相10号盆式绝缘子有裂纹，水和灰尘等杂质将从裂纹处慢慢渗入、积聚，使泄漏电流增大，影响电场分布，当泄漏电流增大到一度程度时或系统发生过电压时，容易引起绝缘击穿，对地短路，造成1#主变近区短路事故。

5 设备缺陷处理

首先对1#主变变高GIS瓷套A、C相气室回收SF6气体至0表压。为了将C相10号盆式绝缘子拆出检查，需要将图3的5～10点之间的直线管路（图3中所指解体部位）拆出。

图3 解体部位示意图

拆除直线管路前，先对直线管路进行了回路电阻测试，测试点为图3的6～14点之间，测试所得电阻值为75μΩ。接着，再拆卸图3所指的C相连接导体后，用吊车吊下直线管路，对C相10号盆式绝缘子进行检查，发现10号盆式绝缘子有一条明显裂纹（见图4）。位置在大约2点钟方位，裂纹长度:凹面100mm，自通气孔至绝缘子边缘。凸面80mm，自通气孔至螺杆内侧。

图4 C相10号盘式绝缘子有一条明显裂纹

将有裂纹的绝缘子更换为全新的绝缘子，并将拆下的连接导体、端盖、侧盖、密封面清洁、吸尘、更换密封胶圈后，恢复解体直线管路。随后，对直线管路进行了回路电阻测试，测试点与拆除直线管路之前所做回路电阻测试的测试点相同，测试所得电阻值为74.8μΩ，与解体前的测试数据75μΩ相近，证明所恢复的直线管路内导体连接良好。

另一方面，将A相套管下面吸附剂13号法兰拆下。吸附剂法兰（见图5）的密封胶圈粘有注胶、灰尘等杂质，密封面注胶不均匀，不平整，没有发现裂缝等其他异象。对两侧密封法兰面进行了清理并装回。

图5 A相套管下面吸附剂13号法兰

全面完成漏气缺陷处理、恢复气室后，对A、C相瓷套气室抽真空，气室压力抽至10Pa。然后重新充入新的SF6气体，气室压力充至0.67MPa（额定压力为0.65MPa）。接着，将缺陷处理过程中各个拆开过的法兰、侧盖、顶盖等密封部位进行包扎。24小时后检漏，没有发现漏气，证明密封良好。

6 缺陷原因分析

6.1 A相套管下面吸附剂13号法兰漏气原因

现场解体后发现吸附剂封盖法兰面有腐蚀氧化现象，密封面也存在腐蚀痕迹。该吸附剂封盖在现场封装吸附剂和气密试验完成后，应进行防水注胶作业。从解体现象来看该处此项工作遗漏未做，雨水渗入法兰面造成腐蚀和氧化，密封表面形成细小凹坑，导致O型圈不能密贴，发生气体泄漏现象。

6.2 C相10号盘式绝缘子漏气原因

C相10号盆式绝缘子漏气原因是有一条贯穿绝缘子边沿至内部气室的细长裂纹引起，密封胶圈没有起到密封作用，SF6气体从裂纹渗出。裂纹产生的原因可能有以下几种:

（1）绝缘子质量不合格，在浇注过程中有气泡；

（2）绝缘子两侧直线管路安装时，对绝缘子撞击产生裂纹，或没有对正，强行收紧螺丝；

（3）绝缘子结构不合理:绝缘子内有六个孔，开孔面积过大，造成绝缘子机械强度降低，容易产生裂纹，如图6所示；

（4）所解体的直线管路在绝缘子一侧（图3的8～10点之间）没有支撑点，使绝缘子长期受力产生裂纹；

（5）绝缘子材料为环氧树脂，两侧气室圆筒为钢质，膨胀系数不一样，随着天气变化，绝缘子与两侧气室圆筒热胀冷缩，而使绝缘子受力。

图6 盘式绝缘子结构

针对以上提出的5点原因，对该绝缘子进行了返厂检查试验并调查了绝缘子在制造期间的质量控制文件，检查试验情况如下:

（1）经过对破裂绝缘子制造期间的质量控制文件进行追查，该绝缘子制造、出厂、使用环节检查，GIS出厂气密试验、现场交接气密试验均未发现异常。

（2）对破损绝缘子进行的尺寸检查和X光检查，未发现气泡等不良现象。

（3）对该绝缘子进行模拟安装受力不均匀破坏试验。将绝缘子装在与现场相同尺寸的法兰上，紧固时不按对角紧固，而是从一点开始顺序直接紧固到人可使出的最大力（已超出180N，现场安装要求是100N）。顺序将螺栓紧死，在紧固到第三条时绝缘子破裂，形状和之前破裂的形状非常接近。如图7所示。

通过现场分析和绝缘子回厂检查情况，我认为10号盆式绝缘子破裂原因有以下几点:

（1）主要原因:10号盆式绝缘子拼接口为现场拼装的部位，运行一年多后绝缘子破裂，现场无放电痕迹，可以肯定是受机械力导致绝缘子破裂。其中，现场安装时紧固作业不规范或者拼装时没有对正而强行收紧螺丝，以及绝缘子本身的机械强度不够是导致绝缘子破裂的主要原因。例如:没按对角顺序进行紧固，或是凭感觉用扳手紧固后再用力矩扳手进行力矩确认，这种情况容易造成力矩不一致。绝缘子长期承受该种不均匀受力，再加之当时日夜温差较大，热胀冷缩明显，或者外部的某些震动过大，造成局部受力突然增加，超过绝缘子承受极限，从而导致绝缘子突然破裂。

（2）次要原因:10号盆式绝缘子正好是长母管的中间位置，直线管路在绝缘子一侧没有支撑点，该绝缘子上部长期承受的过大的挤压力，增加了绝缘子破裂的可能性。

图7 模拟安装受力不均匀破坏试验结果

7 防范对策

针对本次缺陷的处理和分析，在此提出以下一些防范对策和建议:

（1）加强现场GIS安装质量工艺要求。1#主变变高GIS瓷套气室两处漏气点的造成均与现场安装时的工艺有关，因此项目实施单位应要求GIS厂家必须加强现场安装指导工作，厂家人员要高度认真负责，监督施工单位严格按照安装工艺执行，在关键环节制定质量监督控制措施（工作检查表），提高现场安装质量。

（2）厂家在设计GIS长母管时，应充分考虑绝缘子两侧的受力，必要时设置合适支撑点。在选择绝缘子时，可考虑采用可承受更大应力的材质，或使用金属外壁盆式绝缘子提高其抗压能力。在盘式绝缘子设计时，绝缘子内部可以少开几个孔，以提高绝缘子的机械强度。

（3）吊装用器具及吊点选择应符合产品技术要求。如吊装元件中心不平衡，应采用吊链来调节平衡后再起吊。罐体对接时应用水平仪操作，垫实底部后再紧固法兰螺栓。所有螺栓的紧固均应使用力矩扳手，其力矩值应符合产品的技术规定。

（4）使用的清洁剂、润滑剂、密封脂和擦拭材料必须符合产品的技术规定。密封槽内应清洁、无划伤痕迹；不能使用已用过的密封胶圈；不得使用变形或有伤痕的密封圈；保证密封胶圈清洁，位置正确。涂密封脂时，不得使其流入密封垫内侧导致与六氟化硫气体接触。

8 结论

SF6气体是迄今最理想的绝缘、灭弧介质，以其为介质而生产的GIS设备在生产及运行中有着相当的优势，但由于气体自身的缺陷，制造质量、安装工艺、密封元件老化等原因，SF6设备漏气在所难免。为提高GIS设备密封性能，在制造质量、安装工艺方面应严格遵守相关技术标准、规程要求。

［1］DL/T603—2006.气体绝缘金属封闭开关设备运行及维护规程［S］.

［2］Q/GXD126.01－2009.电力设备交接和预防性试验规程［S］.

［3］白宇涛.GIS设备安装质量控制要点［J］.电力自动化设备，2007:3.

［4］罗学琛.SF6气体绝缘全封闭组合电器（GIS）［M］.中国电力出版社.