气体绝缘金属封闭开关设备常见质量问题分析及控制措施

李军博++张艳++李轶文++张旭

文章编号：2095-6835（2016）17-0104-02

摘 要：对气体绝缘金属封闭开关制造过程中存在的质量问题，特别是因质量管控不严而造成的设备质量问题，结合采购技术规范和运行维护的要求，从物资质量监督的角度提出了解决方案，以期提高设备质量。

关键词：气体绝缘金属封闭开关；物资质量监督；电网；断路器

中图分类号：TM595 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.17.104

近年来，气体绝缘金属封闭开关（以下简称GIS）设备在电网建设中应用的比例越来越大，GIS供应商的竞争日益激烈。为了确保企业生存，供应商制定了引进吸收国外先进技术、产品小型化设计、主要组部件国产化等策略，降低了生产成本。而国内加工制造水平、工艺控制能力比国外还存在一定的差距，导致个别原材料或组部件无法完全满足产品设计要求。

本文总结了多年来在各阶段发现的GIS设备质量问题，从制造角度提出了相应的处理方法和预防对策，提高了产品出厂一次试验合格率，降低了产品质量问题的发生率，为电网建设及其稳定运行提供了合格物资。

1 GIS设备简介

GIS设备是电力系统中的重要电气设备之一，由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线和出线终端等组成，将这些设备或部件全部封闭在接地的金属外壳中，利用环氧树脂绝缘子（盆式绝缘子/支持绝缘子）支持导体，内部充入了一定压力的SF6气体作为绝缘和灭弧介质的一种设备。与常规敞开式变电站相比，GIS设备具有结构紧凑、占地面积小、投入少、金属封闭结构适应环境的能力强、可靠性高、维护量小、积木式结构配置灵活、安装方便等优点。

由于GIS设备设计结构紧凑，在有限的空间内最大限度地集成了大量的功能单元，任何一个功能单元发生故障将会导致故障排查困难。设备抢修对环境等的要求较高，对整套设备乃至整个变电站的影响大于常规的设备，停电范围更广、修复时间更长。同时，由于产品主要绝缘介质为SF6气体，其电离后产生的氟化物和硫化物对人体和大气都会造成一定的影响。

2 GIS设备常见质量问题分析

近年来，GIS设备出现的主要质量问题包括绝缘击穿、局部放电超标、微水超标、操作机构拒动、套管炸裂、漏气等。本文从产品设计、原材料组部件、工艺控制、出厂试验、包装运输、安装调试等角度进行了质量分析，提出了相应的处理对策。

2.1 产品设计中的常见问题

本文所分析的设计问题主要指采购合同签订后，GIS设备供应商按照技术规范的要求进行产品设计过程中发生的质量问题。在此阶段发生的问题主要为对技术规范理解不清晰、产品结构设计不合理等。

2.1.1 海拔设计不满足技术规范要求

某500 kV变电站地处海拔约1 500 m，规程要求对海拔高度在1 000～2 000 m的地区，电气设备外绝缘参数统一按照海拔2 000 m选取，设计单位据此在技术规范书中进行了明确规定，供应商进行了响应。在出厂试验过程中，供应商提供的工频耐压值仍按照常规产品施加电压，低于技术规范的要求值，无法满足高海拔地区的使用要求。由于GIS设备具有气体绝缘的特性，产品主要部分不受海拔等环境的影响，影响的部件为套管的外绝缘性能。

2.1.2 结构设计影响了设备检修

供应商在进行产品设计时，因隔离开关操作机构与检修盖板较近而导致检修盖板不易拆装，未考虑设备投运后该部位的检修便利性；检修梯与二次电缆槽盒的布置不当，遮挡了GIS本体手孔法兰，导致无法检修；未充分考虑现场土建和运行气候的影响，伸缩节配置的位置或数量不合理，导致伸缩节不能适应装配调整、吸收基础间的相对位移和热胀冷缩的伸缩量，进而引发返工等问题。

2.2 原材料组部件的常见问题

原材料/组部件的质量问题主要体现在供货厂家提供的产品与合同规定不符、供货厂家出厂检测标准低于图纸要求、密封垫材质差和工艺控制差等问题。

2.2.1 绝缘件

盆式绝缘子和绝缘拉杆主要分为本厂制造和外购两类，套管多为外购。GIS供应商仅对外购外协配套件的外观进行检查和尺寸校核，缺少有效的电气和机械性能检验，比如工频耐压、局部放电、Χ光探伤、抗弯、抗扭试验、超声纵波探伤检测等。通过出厂试验无法检测出绝缘件工艺控制的不稳定，进而出现气泡、内部存在应力有裂纹等质量问题。

2.2.2 操作机构

目前，操作机构主要包括弹簧机构、液压机构和弹簧液压机构，早期还使用过气动机构。机械方面的问题包括液压机构渗油、储压筒漏气、压力异常、打压频繁等，尤其是机构为整体铸造，发生内部渗油时无法在现场进行维修。弹簧机构的主要问题是弹簧在运行时易因疲劳而产生永久变形，拐臂、连杆、万向节等主要连接件加工尺寸超差导致配合精度差，材质外处理不达标存在锈蚀等，进而影响了机构动作参数。电气方面的问题包括辅助开关卡死、机构卡涩、电机损坏、线圈损坏等造成电动失灵，这主要是因开关分合过程中因振动而导致部件松动变形，部件本身制造精度差、材质差造成的。

2.2.3 其他主要原材料/组部件

罐体结构复杂的焊接部位无法进行探伤试验，焊缝夹杂焊渣或沙眼会造成设备运行过程中发生漏气的现象。导体表面在加工制造过程中有毛刺，进而造成产品局部发生放电现象，使镀银层发黑或破损，导致直流电阻超标。梅花触头绑扎弹簧材质不达标，进而发生断裂，铜钨合金触头表面有划痕，连杆加工尺寸超差会影响装配精度。密封件入厂不进行压缩变形、老化性能等试验项目，进而导致使用寿命受到影响，发生漏气故障，且易导致外部的水汽向气室内渗透，使气室内SF6气体水分含量增大，发生放电谢谢。

氧化锌电阻片、合闸电阻片缺乏有效的检测手段，厂内保管、装配环境不符合要求，导致产品受潮性能降低。电压互感器多为外购件，个别供应商未将设备在厂内进行组装调试而直接发送至现场，造成产品出现质量问题，影响了工程进度。电流互感器入厂不进行复检，在产品组装后才进行性能测试。如果出现质量问题，则需要对设备解体返工，影响交货期。

2.3 厂内组装中的常见问题

厂内组装方面问题主要包括因供应商质量管理体系运转不良而导致的工作人员责任心不强，零部件运输过程中没有防护措施，厂内组装环境未得到有效控制，进而造成零部件表面不整洁、设备内部有异物；动静触头装配、三相共箱母线导体连接时对中较差；因螺栓紧固不到位而造成盆式绝缘子受到应力或密封面漏气；操作机构输出角度调整不到位，导致触头行程偏小；隔离开关操作机构在手动和电动模式下合分闸位置不一致，进而造成连杆装配时动触头运动行程超差；密封槽内有异物，破坏了密封圈，进而造成设备漏气；波纹管厂内组装时调整过多，影响了现场的安装工作，存在零部件漏装、误装问题，且遗漏了无毛纸在设备内。

2.4 出厂试验中的常见问题

组合电器出厂试验时发现的问题主要存在于耐压、雷电冲击、局放、漏气、微水等试验项目，且存在绝缘试验充气压力值超过最低工作压力、套管未进行绝缘试验等问题。

耐压、雷电冲击试验不合格主要是因绝缘件本身存在缺陷或表面存在灰尘，进而在电场较高的情况下，杂质桥接引发沿面放电；操作试验完成后未检查，产品内部进入异物或金属粉尘，造成局部电场分布不均匀，形成放电通道引发放电；气体微水超标、工装盖板与导体较近导致绝缘强度下降，进而引发放电；导体、屏蔽罩表面有毛刺或较为尖锐的凸起，破坏了内部电场的均匀度，引发尖端放电，厂内试验电源会受外界干扰。

漏气的原因主要包括密封面、焊接部位、充放气管路及相关阀门、密度继电器等位置，特别是随着时间的推移，问题将逐步显现出来。宋杲等人在《国网公司系统组合电器运行情况分析》中提出大部分发生漏气故障的设备已运行5 年以上。由此可见，密封件的老化和长期运行中的振动对密封的破坏是漏气故障的主要原因。微水的超标常常与漏气有关系，在SF6气体泄漏时，水分会通过密封件渗入产品内部，罐体、导体的材料由于存储环境的潮湿也会向气体中释放水分，进而造成微水超标。

2.5 包装运输中的常见问题

GIS设备在制造厂内、运输途中、安装现场暂时存放时，产品包装不符合规范，未充入微正压的N2或其他气体保护，导致产品内部进入灰尘和水分，影响了设备的绝缘性能；运输过程中未安装三维冲撞记录仪，或虽安装了该设备但未保持正常工作，导致产品运输过程中受到了较大的冲击力，造成绝缘件损伤等问题。

2.6 安装调试中的常见问题

安装调试阶段的质量问题主要是因安装时未严格按照装配工艺的要求执行，防尘、防潮措施不到位，组装单元，特别是绝缘子的清洁度不达标，进而造成工频耐压试验不合格；充放气作业时，对气室的真空度及SF6气体水分控制不足，密封面的对接作业无法确保密封槽的清洁度，密封件发生漏气和微水超标；温度补偿型伸缩节组装完成后未松开紧固螺栓，导致伸缩节失去补偿功能，无法吸收因热胀冷缩、振动或其他外力作用而引起的管道和设备的小量位移，造成设备损伤。

3 GIS设备质量控制措施

在开展GIS设备质量监督的过程中，应坚持“依靠业主单位、联合专业部门、依托检测机构、突出生产厂家”的质量监督方针，建立以监督为主，关键点见证和原材料/组部件抽检为辅的质量监督模式，加强产品设计、原材料控制、组装、试验、运输、安装调试等阶段的质量控制工作。

3.1 产品设计质量控制措施

技术规范书是产品设计的基础。供应商在进行产品设计时，一定要充分考虑温度、海拔、湿度、污秽程度、光照等环境影响因素，充分了解项目单位的需求进行产品设计。监造人员一定要认真解读技术规范书，特别是技术规范书中的特殊条款，督促供应商严格按照技术规范书进行产品制造。建设、运行单位应提前介入，参加产品出厂试验见证，对不满足技术要求的环节，应要求供应商尽快整改，将缺陷消除在厂内，避免设备运抵现场后返工，进而影响工期。

3.2 原材料组部件质量控制措施

监造人员采用现场见证与文件见证相结合的方式进行原材料/组部件的核实，督促供应商严格按照合同规定执行，对采购的原材料/组部件进行详细的入厂复检，杜绝偷工减料、以次充好的现象发生。特别要加强对绝缘件、套管、罐体、密封件的质量控制，绝缘拉杆、盆式绝缘子出厂时应逐只进行工频耐压、局放、Х光探伤试验；罐体加工完成后，应利用Х光探伤检验罐体焊缝，入厂时还需采用氦质谱检测等方式进行复检，确保罐体没有漏气点；密封件应定期进行硬度、回弹性和压缩后的永久变形率的检测。

3.3 厂内组装质量控制措施

监造人员应要求供应商严格按照质量管理体系的要求，加强组装过程的工艺控制，从人员、机械、试验、技术、工艺、原材料/组部件等各方面加强控制。在原材料、组部件转运和装配的过程中，应使用专用器具，避免磕碰划伤，确保镀银层没有破损，绝缘件、瓷套管等没有受到应力，并尽量缩短在车间内的打磨作业，确保装配环境整洁。产品装配时应对产品内部的螺丝进行反复拧卸，并彻底清洁螺孔内的金属物，确保在进行内部组装时没有任何异物遗漏在产品、密封槽内部，避免发生漏气、放电等故障。

3.4 出厂试验质量控制措施

在绝缘试验不合格的情况下，在控制盆式绝缘子、绝缘拉杆等绝缘件本身质量满足要求的基础上，监造人员应督促供应商严格进行设备组装的清洁工作，清除导体及屏蔽罩中的细小微粒及其他异物，彻底清洁壳体内部，避免悬浮电位放电现象发生，杜绝盆式绝缘子沿面放电故障的发生。

针对漏气现象，应加强设备壳体焊接质量，并进行全检；抽检阀门、管路的质量，严控密封面粗糙度、洁净度，确认没有伤痕和灰尘；严格检查密封圈和涂密封胶的质量，按力矩要求紧固螺栓，将主母线和隔离开关设置在不同气室，确保不漏气。

3.5 包装运输质量控制措施

GIS成品在制造厂内或安装现场存放时，内部应充微正压的N2或其他气体，放置于干燥、通风、防雨的环境中，监造人员定期检查压力值；产品发运时，应安装三维冲撞记录仪，确保仪器电源充足，始终处于工作状态。

3.6 安装调试质量控制措施

供应商应安排经验丰富的现场服务人员指导现场的安装工作。对于现场组装的每一个罐体，必须保证导体（母线）表面和气室金属外壳内壁表面的光洁度，确保无杂质、无划伤痕迹，触头及屏蔽罩安装固定，定位螺栓按照标准力矩值紧固，连接导体对中良好，无漏装；不可使用已用过、变形或有伤痕的密封件，并对接面涂适量的密封脂。温度补偿型伸缩节在投运前应松开紧固螺栓；充气前要保证罐体内部的真空度小于133 Pa后，继续进行一段时间的抽真空作业，待气室内真空度无变化后开始充气；气密性检查应在充气完成24 h后进行，并严格按照验收试验规程规定的顺序开展交接试验。

4 结束语

本文对GIS设备投运前各阶段易发的质量问题进行了详细分析，提出了详细的控制措施，以期通过这些手段对预防各类质量问题的再次发生、降低故障发生率、及时消除设备缺陷有所帮助。

参考文献

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〔编辑：张思楠〕