220kV變電站組合電器盆式絕緣子漏氣原因分析

劉東亮，李 良，何瑞東，李曉峰，羅衍嶺

(1.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司滄州供電分公司，河北 滄州 061000;2.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司，石家莊 050021;3.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，石家莊 050021)

2014年2月8日，在對(duì)某220 kV 變電站進(jìn)行巡視時(shí)，發(fā)現(xiàn)220 kV 組合電器某間隔W 相母線隔離開關(guān)氣室及母線氣室壓力偏低，通過手持式SF6檢漏儀、激光檢漏儀和肥皂水檢漏3 種方法最終確定漏氣部位，漏點(diǎn)位于母線隔離開關(guān)與母線之間隔離盆式絕緣子處，且盆式絕緣子兩側(cè)均有漏氣現(xiàn)象。缺陷設(shè)備為ZF9A-252 型組合電器，2012年8月出廠，擴(kuò)建時(shí)現(xiàn)場(chǎng)隨母線整體對(duì)接，并于當(dāng)年10月投運(yùn)。

1 現(xiàn)場(chǎng)檢查

1.1 解體檢查情況

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)漏氣盆式絕緣子氣室進(jìn)行解體，發(fā)現(xiàn)該部位密封式盆式絕緣子存在長(zhǎng)120 mm 的貫穿性裂紋，已穿越密封墊。

1.2 地基不均勻沉降檢測(cè)

為判斷是否地基沉降造成缺陷，對(duì)該站220 kV組合電器設(shè)備的安裝基礎(chǔ)進(jìn)行了地基沉降監(jiān)測(cè)，20 m 不均勻沉降在4 mm 以內(nèi)，符合標(biāo)準(zhǔn)要求，排除因地基不均勻沉降造成盆式絕緣子受應(yīng)力產(chǎn)生裂紋的可能。

1.3 盆式絕緣子防水結(jié)構(gòu)檢查

該次漏氣位置盆式絕緣子安裝孔為光孔(非螺紋孔)，該位置加裝有隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)安裝板，機(jī)構(gòu)安裝板與殼體法蘭配合不緊，法蘭及盆式絕緣子安裝孔內(nèi)易滲水，法蘭下部螺栓同步配有防雨帽，安裝孔內(nèi)進(jìn)水后無(wú)法排出，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)相同結(jié)構(gòu)的其他間隔進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)有2 個(gè)螺栓處進(jìn)水，其他安裝孔未發(fā)現(xiàn)進(jìn)水現(xiàn)象。

2 試驗(yàn)檢測(cè)

2.1 盆式絕緣子安裝記錄及出廠試驗(yàn)檢查

查閱該間隔設(shè)備的安裝記錄及出廠試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體安裝等關(guān)鍵環(huán)節(jié)安裝情況有詳細(xì)記錄，未見盆式絕緣子安裝工藝控制記錄。盆式絕緣子在安裝過程中，由于該位置需加裝機(jī)構(gòu)安裝板，而安裝板在制造廠內(nèi)隨其他附件后期裝配，裝配人員可能在該處螺栓緊固時(shí)，未正確執(zhí)行力矩預(yù)緊，造成該部位應(yīng)力集中。出廠試驗(yàn)整體局放合格(局放量1.9 pC)，證明出廠前該盆式絕緣子良好，無(wú)裂紋。

2.2 盆式絕緣子X 光檢測(cè)

經(jīng)X 光檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)更換下來的盆式絕緣子裂紋部位明顯，其他部位未見裂紋及氣孔等不良情況。

2.3 盆式絕緣子機(jī)械強(qiáng)度試驗(yàn)

在缺陷盆式絕緣子裂紋周圍取樣，制作8 塊樣塊分別進(jìn)行沖擊強(qiáng)度試驗(yàn)和抗彎性能試驗(yàn)等力學(xué)性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果均合格。

2.4 盆式絕緣子孔內(nèi)注水冰凍試驗(yàn)

為驗(yàn)證盆式絕緣子孔內(nèi)積水、結(jié)冰，誘發(fā)盆式絕緣子裂紋導(dǎo)致漏氣的缺陷的可能性，進(jìn)行盆式絕緣子安裝光孔內(nèi)注水冰凍模擬試驗(yàn)，取和該次裂紋盆式絕緣子型號(hào)相同的產(chǎn)品，按安裝工藝要求裝配，并在2 個(gè)光孔內(nèi)注滿水，室溫條件下以2 ℃/min 速率降至－40 ℃，保持4 h，再以2 ℃/min 速率升至10℃，模擬極端環(huán)境運(yùn)行工況。試驗(yàn)結(jié)束后兩處光孔位置均出現(xiàn)貫穿性裂紋。

試驗(yàn)結(jié)果證明:在極度嚴(yán)寒、螺孔內(nèi)注滿水且結(jié)冰的情況下，盆式絕緣子會(huì)出現(xiàn)裂紋。

3 原因分析

a.查閱出廠試驗(yàn)報(bào)告，缺陷間隔設(shè)備整體局放量1.9 pC，滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求(標(biāo)準(zhǔn)值≤5 pC)，證明出廠前盆式絕緣子完好無(wú)裂紋。

b.安裝基礎(chǔ)不均勻沉降測(cè)量結(jié)果合格，排除因不均勻沉降造成盆式絕緣子受應(yīng)力導(dǎo)致開裂的可能性。

c.缺陷絕緣子的樣本抗彎、沖擊試驗(yàn)等力學(xué)性能試驗(yàn)及X 光監(jiān)測(cè)結(jié)果良好，排除絕緣子本身存在質(zhì)量問題導(dǎo)致開裂的可能性。

d.盆式絕緣子模擬冰凍試驗(yàn)結(jié)果證明，在極度嚴(yán)寒、孔內(nèi)注滿水且結(jié)冰的情況下，盆式絕緣子會(huì)出現(xiàn)裂紋，裂紋方向?yàn)橛陕菘紫蚺枋浇^緣子整體薄弱點(diǎn)即螺孔外側(cè)延伸。

e.盆式絕緣子在安裝過程中，由于該位置加裝機(jī)構(gòu)安裝板，廠內(nèi)后期附件裝配過程中，裝配人員可能在該處螺栓二次緊固時(shí)未正確執(zhí)行力矩預(yù)緊，造成該部位應(yīng)力集中，同時(shí)該部位存在積水隱患。

綜上所述，該次盆式絕緣子產(chǎn)生裂紋的原因?yàn)?制造廠內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)未充分考慮盆式絕緣子安裝孔積水問題，廠家在采用防雨帽代替涂防水膠工藝后，未考慮到機(jī)構(gòu)安裝板等特殊位置的密封情況，導(dǎo)致運(yùn)行中盆式絕緣子安裝孔積水，同時(shí)廠內(nèi)裝配過程中盆式絕緣子安裝緊固環(huán)節(jié)記錄缺失，未正確執(zhí)行力矩預(yù)緊，造成該部位應(yīng)力集中，冬季孔內(nèi)積水結(jié)冰膨脹，造成絕緣子運(yùn)行過程中裂紋漏氣。

4 處理措施及效果

對(duì)河北省南部電網(wǎng)在運(yùn)同廠家的220 kV 戶外組合電器進(jìn)行排查，去除盆式絕緣子光孔下部防雨帽，若有存水徹底排出，去除防雨帽后對(duì)該螺栓按工藝83.5 N·m 力矩進(jìn)行緊固，沿機(jī)構(gòu)安裝板或殼體跨接連片與殼體結(jié)合面涂覆防水膠，防水膠涂覆厚度不應(yīng)小于3 mm;對(duì)盆式絕緣子螺紋孔進(jìn)行抽查，抽查原則為每站不少于5 條，若發(fā)現(xiàn)有進(jìn)水現(xiàn)象或痕跡，對(duì)所有螺栓進(jìn)行檢查處理。現(xiàn)場(chǎng)整改后未見該處漏氣及異常現(xiàn)象。

5 建議

a.對(duì)于戶外安裝組合電器，若盆式絕緣子采用防雨帽結(jié)構(gòu)，必須對(duì)機(jī)構(gòu)連板、接地跨接線等部位采取廠內(nèi)打膠等良好防水措施;對(duì)于低溫、E 級(jí)或沿海D 級(jí)地區(qū)的220 kV 及以下電壓等級(jí)的組合電器盡量采用戶內(nèi)安裝方式。

b.驗(yàn)收過程中應(yīng)對(duì)組合電器設(shè)備盆式絕緣子緊固螺栓防水結(jié)構(gòu)及工藝進(jìn)行仔細(xì)檢查，若盆式絕緣子緊固螺栓采用防雨帽結(jié)構(gòu)，檢查連接板及接地線以及螺栓周圍防水膠涂抹情況，不應(yīng)有進(jìn)水縫隙外露。