330 kV GIS管道母线漏气原因分析及处理

梁国玲，崔云峰，王志庆

(国家电投青海黄河水电公司积石峡发电分公司，青海 海东 810801)

0 引言

气体绝缘全封闭组合电器(gas insulated substation，GIS)由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端等组成，这些设备或部件全部封闭在金属接地的外壳中；因在其外壳内部充有一定压力并具有优异灭弧和绝缘性能的SF6气体，故也称SF6全封闭组合电器。GIS设备自20世纪60年代实用化以来，由于具有结构紧凑、占地面积少、可靠性高、配置灵活、安装方便、安全性强、环境适应能力强、维护工作量小、运行费用低等优点，在全球电力系统中得到广泛应用。但因GIS是整体拼装封闭设备，连接密封部位较多，对密封件的材料和安装工艺要求比较高，稍有不慎，就会引发气体泄漏等问题。

1 SF6气体泄漏的危害

(1) SF6气体泄漏造成GIS气室内的气体压力下降，将使SF6气体压力低报警动作，甚至闭锁开关动作，在发生紧急事故情况下，可能造成故障停电范围扩大。

(2) GIS漏气造成气室内SF6中水分含量增大，危害绝缘、影响灭弧；SF6为有毒物质，其泄漏会影响环境、危害健康。

(3) SF6气体泄漏增加了运行检修工作量，造成维护费用上升。

2 GIS管道母线漏气情况

2015-12-14，运行人员巡回检查中发现330 kV组合电器孟清线管道母线(以下简称“管母”)33126-2气室SF6气体压力降至0.48 MPa（正常压力值范围：0.50—0.54 MPa，压力低报警值：第 1 级为 0.47 MPa，第 2 级为 0.45 MPa），经维护人员补气处理后3.5 h又发生压力低报警(第1级)。由于该气室漏气量相对较大，为保证设备安全运行，维护人员将该气室暂时与外部SF6气瓶进行连接。采用SF6气体检测仪对该段管母各法兰面、手孔盖、分子筛等部位进行检漏，没有发现漏气点。

该段管母垂直安装，长9 m，由室内气体廊道穿出地面至室外出线间隔。管母孔洞采用防火隔板进行了封堵，防止室外雨水等流入室内。由于没有在易发生漏气的部位检测出漏气，因此在气体廊道搭设脚手架对管母进行SF6气体泄漏检查。检查发现，孟清线管母G33126-2气室C相穿出室外地面孔洞封堵部位有漏气。进一步将管母孔洞封堵拆除后检查，发现管母筒壁有明显的腐蚀痕迹(见图1)，其中一处腐蚀严重，能听到漏气的声音，此处用手就能感觉到在漏气(见图2)。

3 原因分析

现场对有问题的管母提取附着物并送检，通过查阅资料和分析最终得出，GIS金属(铝合金)管母筒壁与石棉封堵板(防火板)、防火包等接触处，在雨水的作用下发生化学反应，使管母筒壁腐蚀穿孔，是导致漏气的原因。

图1 管母筒壁腐蚀情况

图2 管母筒壁腐蚀漏气点

管母筒体所用材料为铝合金(铝镁合金)。铝合金的抗腐蚀性能主要源自其表面致密的氧化铝膜，能有效隔离氧气，当氧化铝膜受到破坏后，腐蚀反应将继续向纵深方向发展。氧化铝是二性氧化物，跟酸碱都能起反应，在酸性和强碱性溶液作用下都会腐蚀。该水电站穿墙管母筒体与墙之间普遍采用金属堵板固定防火石棉挡板，以防止筒体与水泥接触。防火石棉挡板是用石棉、橡胶、填充料压制成的板和片状密封制品，可作为管道法兰、高压容器法兰及各种机械连接面用的密封材料。石棉的化学组成为3MgO·SiO2·2H2O，约占石棉总成分的95 %。在石棉挡板的表面，涂覆了一层腻子，腻子的主要成分是含水硅酸镁(3MgO·4SiO2·H2O)。从穿墙管母筒体所接触到的材料分析，石棉挡板、腻子2种材料都含硅酸镁等组分，筒体与这2种材料直接接触同与水泥直接接触时发生腐蚀的反应是同类型的。当水(雨水或潮湿空气)存在时，水分会与碱性氧化物或硅酸盐发生水解反应，生成OH-并促使Al2O3发生以下腐蚀反应：

Al2O3+2OH-→2AlO2-+H2O。

经查阅相关资料，对于金属铝，在其接触的水溶液pH值为4.3—8.5时，为其钝化区。当水溶液的pH值超出钝化区时，铝与H+或OH-即可发生进一步的腐蚀反应；另一方面，当与铝接触的溶液中含Cl-，F-等卤素离子时，腐蚀速度加快。

在厂家GIS设备的安装技术文件中，提出了“对穿墙筒体进行密封时，严禁筒体与水泥直接接触，筒体外围应包裹一层橡胶板”的技术要求，但没有说明筒体不能直接接触水泥的具体原因。从化学专业角度分析，主要是因为水泥含硅酸盐、金属氧化物等成分，此类物质在潮湿环境中会形成碱性溶液，对氧化铝膜造成破坏，进而腐蚀管道。另一方面，铝在中性水溶液中，一般比较稳定；但当水中含卤素离子时，Al3+与卤素离子发生化学反应，不利于氧化铝膜的形成。水泥是一种组分复杂的混合物，含卤素离子且有水情况下，会大大加速铝合金的腐蚀。正常情况下，管母筒壁应涂敷耐腐蚀的防锈漆，用于隔离氧气、酸、碱等腐蚀组分，但如果管母筒壁涂敷普通的防锈漆，则可能与碱液发生反应。

通过以上调查分析可知，管母筒壁SF6气体泄漏的原因主要有以下2方面。

(1) 安装过程中，设备制造商技术人员仅提出不能直接接触水泥的技术要求；但实际施工中，安装单位购置、安装的石棉挡板、腻子等材料，也可与管母筒体铝合金材料发生腐蚀反应(有水时)，并导致管母筒壁腐蚀穿孔漏气。

(2) GIS管母外壳涂敷的是普通防锈漆，不具备抗酸碱腐蚀功能；在碱性条件下，防锈漆会发生化学反应，不能起到保护铝合金的作用。

综上所述，此次330 kV GIS管母G33126-2气室C相垂直段与出线站地面交界部位发生漏气，主要是由施工单位选用的封堵材料不合适，设备制造厂家技术要求不具体，运行维护单位缺乏此类事件的防范经验导致的。

4 处理及防范对策

4.1 漏气处理

为防止管母突然失压造成事故，该电站于2015-12-17T09：42向调度申请该线路由运行转检修，并维持管母保持正压(减压运行)。经设备厂家技术人员现场查勘并同意，联系北方恒福科技发展有限公司人员采取紧急堵漏措施。

12月19日，北方恒福科技发展有限公司专业堵漏人员到达现场。在堵漏过程中，首先对管母筒体腐蚀部位表面进行精细研磨和清理；随后在穿孔处安装一枚专用铆销钉，并再次清理腐蚀表面及周边残留物质；最后在该处用专用配方堵漏剂进行封堵。堵漏工作历时4 h完成，共计处理漏点(腐蚀严重，实际测量面积约200 cm2，最大深度8 mm，已出现漏气) 1处、腐蚀点(最大深度5 mm) 4处。北方恒福科技发展有限公司对其处理的保用期为5年，并建议在5年内对遭受腐蚀的母线筒体进行更换。处理后效果如图3、图4所示。

图3 封堵后的管母筒壁漏气点

图4 处理后的管母筒壁腐蚀部位

4.2 防范对策

为有效防止此类事故的发生，提出以下防范对策和改进建议。

(1) 管母筒壁封堵部位刷耐腐蚀的防护漆。

(2) 用化学性能稳定的耐磨橡皮包裹母线穿墙部位，避免封堵防火板与管母筒壁直接接触。

(3) 对管母其他存在此类隐患的部位进行排查和处理。

(4) 保证日常巡检质量，对各气室压力进行加密观察和记录，保证其处于最佳工况。

(5) 对现有技术规程标准进行修订。

(6) 加强与设备制造厂家沟通，对设备制造、安装、设计优化提出意见和建议。建议设备制造厂对管母孔洞封堵提出明确的技术要求。

(7) GIS组合电器SF6气体母线筒安装位置应避开潮湿封闭的空间，尽量防止筒壁与化学性质不明的物质接触。

5 结束语

通过对另外2条线路管母相同部位的检查，也发现管母筒壁有不同程度的腐蚀，但腐蚀程度相对较轻。对腐蚀部位及管母筒体孔洞封堵也按上述方法进行了处理。

从产品运行总体情况看，GIS的故障率要比敞开式设备低得多。但在日常设备运行中，要加强对GIS设备的管理，按期监测SF6水分含量及内部放电情况，及时消除漏气缺陷，保证GIS稳定运行。