GIS設備密封結構引起的漏氣原因分析

李保環 劉江壘

（河南平高電氣股份有限公司，河南 平頂山 467001）

GIS設備是由斷路器、隔離開關、接地開關、互感器（PT及CT）、避雷器及連接母線等單元根據電站的不同布局組合而成的。GIS設備工作時，氣室內部充有額定氣壓的SF6氣體，以SF6氣體作為滅弧與絕緣介質，而SF6氣體的泄漏一直是GIS設備不可回避的問題。

GIS設備出廠時檢漏試驗分為定性檢漏和定量檢漏，出廠前SF6氣體檢漏都是經檢驗合格的，現場不需要再進行整體定量檢漏，但需要對每一密封面進行定性檢漏，對存在漏氣的密封部位再進行定量檢漏，計算年漏氣率是否在0.5%范圍內。一旦檢漏發現超標，應采用檢漏儀仔細檢查密封面、螺栓孔、焊縫、轉動密封等部位，找出漏氣部位，必要時還要拆解漏氣單元的密封面來排查漏氣原因。GIS設備連接密封部位較多，對密封性及裝配工藝等要求較高，一旦出現漏氣質量問題，就會嚴重影響電站的安全運行。因此漏氣問題涉及的工作量很大，費時費力，目前也越來越受到廠家與用戶的重視。

1 密封面漏氣原因

漏氣缺陷在GIS各類缺陷中占比較高，除了通過強化安裝工藝與提高零件材質要求，減少漏氣外，在密封結構設計和密封材質上也需要經過多方驗證，保證其性能上是完好的。影響密封面密封性能的主要因素有：密封面質量、裝配工藝、密封圈材質、密封圈壓縮率、密封槽結構、密封圈硬度等［1］。

1.1 密封面質量：密封面因加工不良或磕碰劃傷，對密封面局部進行打磨處理，密封面粗糙度看似滿足，實則密封面已不“規整”，密封面上產生了局部凹陷，從而形成了局部泄漏點。

1.2 裝配工藝：裝配前注意檢查密封面和密封圈是否存在缺陷，這是保證密封性能的前提。

1.3 密封圈材質：高壓電器行業用的密封圈材料為三元乙丙膠和丁腈橡膠。丁腈橡膠耐油，用于液壓機構密封，但其抗熱、氧、酸堿等能力較差；三元乙丙膠抗老化性能優越，但不可封油。因此密封圈的材料用在不同場合，應正確選型。

1.4 密封槽結構：由于密封槽大小及形狀均對密封性能的影響非常大，因此在結構上設計，也要根據實際情況合理才行。

1.5 密封圈硬度：密封圈的壓縮率保證密封具有可靠的密封接觸力，硬度較小的密封圈壓縮率可大，硬度較大的密封圈壓縮率不宜過大。壓縮率過大密封圈產生的應力較大，永久變形較大，密封圈劣化較快。

2 案例分析

220kV某一電站2014年6月完成密封性試驗，氣室已充入額定壓力SF6氣體，至今未運行。2015年7月本工程在運行前對每個密封面進行包扎檢漏，現場共包扎582處，其中超30ppm的為133處，超標比例20%。（注：30ppm即包扎罩里泄漏的SF6氣體占整個包扎罩容積的百萬分之三十，泄漏量一定的情況下，包扎罩包扎的容積越大ppm值就越小。）

首先是焊縫問題，GIS產品使用的筒體在出廠時全部要進行水壓試驗和氣密試驗，一般情況下是不會發生焊縫漏氣的，且出現如此大范圍的漏氣，也可通過在漏氣部位刷肥皂泡排除此問題，因此可排除筒體質量問題。其次可能存在裝配工藝不良造成的，如果安裝時現場控制不嚴，將帶缺陷的密封圈裝到設備上或裝配時密封面保護不當，出現磕碰劃傷未處理或緊固密封面時不按工藝要求對稱緊固或緊固時出現“切圈”現象等都會造成漏氣。對現場包扎漏氣部位進行排查，抽查10處，只有一處密封面有劃傷，其他未發現有異常，且緊固力矩符合工藝要求，密封圈質量良好，無老化現象，因此可排除裝配工藝不良問題［2-3］。

最后考慮可能是密封結構存在問題，密封槽結構和線徑大小的選擇是有理論根據和驗證數據的。GIS產品不同部位的密封槽大小及槽寬有很大差異，密封槽主要有矩形槽與T型槽，密封面均為平面與平面，不帶密封槽的法蘭密封面低下0.1～0.2mm。密封圈壓縮率在20%～26.7%之間，填充率在70%～96%之間。主密封圈與密封槽外壁尺寸一致［4］。密封圈在T形槽和矩形槽中的密封狀態如下圖所示：

圖1 矩形槽

圖2 T形槽

由圖2、3可看出，T形槽密封圈的密封帶較矩形槽寬，且兩側槽壁也起到了一定密封的作用，但T形槽要求密封圈的接觸力要大一些，壓縮應力也較大。對該電站漏氣部位的密封結構進行匯總分析，如下表：

表1 漏氣情況匯總

圖3 漏氣情況趨勢圖

通過上圖表信息可以看出，隨著密封圈線徑的增大漏氣率有下降趨勢，且在壓縮率一定的情況下，線徑偏大和填充率偏高的密封效果要好些。在壓縮率相同的情況下，矩形槽結構的密封面漏氣率較T形槽結構的密封面要高。從表1也可看出，兩種結構密封槽在壓縮應力相近情況下，T形密封槽的填充率和線徑相比矩形密封槽的較大，且從上表數據可看出，T形密封槽比矩形密封槽的漏氣率偏低，且矩形槽的線徑較多，填充率和壓縮率各異，因此漏氣量較大的主要原因是密封槽的線徑偏小和填充率偏小。

3 結論

綜合以上試驗數據，提高壓縮率在一定程度上可提高密封性能，但要考慮到壓縮率過大，密封圈的壓縮應力也會增大，將加速密封圈的老化速度，在密封的后期很可能會發生明顯的劣化趨勢。因此在同等壓縮率的情況下，密封圈線徑越大，其密封帶越寬，氣體泄漏的通道越長，其密封效果越好。目前產品漏氣的關鍵因素就是密封圈線徑太細和密封槽的填充率偏小，且從目前數據來看，T形槽密封面漏氣率比矩形槽要好，密封線徑與密封槽結構的選擇也是把雙刃劍，線徑偏小，起不到密封作用，線徑偏大會增大對密封面質量的要求，且增大密封圈的成本，所以密封結構的選擇應在考慮壓縮率的情況下選取合適的線徑。

4 改進建議

密封面的密封性的可靠性是一個系統，包括密封結構設計、零部件質量到裝配工藝各個環節，所以只有關注每個環節的控制，才能保證產品的密封性能。

4.1 密封圈材質選擇時必須根據不同材質的密封接觸，選擇不同材質；

4.2 密封結構線徑種類太多容易造成不方便管理，要進行的型式試驗也必然增多，且很難保證每種結構都是合理的，所以密封線徑盡量標準化，種類少一些比較利于生產；

4.3 密封結構的形狀從密封性能比較來看，T形槽較矩形槽要好些，因此，在選擇密封槽形狀時盡量考慮T形槽。

4.4 密封面漏氣率的提高依靠良好的裝配工藝，因此在裝配上必須保證裝配工藝的嚴格執行和其合理性。

［1］劉東亮，賀志煒.GIS（全封閉組合電器）常見漏氣原因及預防措施［J］.湖南水利水電，2011（6）：75-76.

［2］田鵬，李永付.GIS設備漏氣現場處理工藝［J］.東北電力技術，2007（8）：35-37.

［3］李.SF6全封閉組合電器的漏氣分析與處理［J］.湖北電力，2003（8）：53，62.

［4］程俊，張志超.GIS設備氣室漏氣故障處理過程及工藝［J］.農村電氣化，2010（3）：54-56.