一起組合電器波紋管SF6漏氣缺陷分析及處理

許加凱　王　健　劉勇利　王思誠

（國網濰坊供電公司，山東 濰坊　261000）

?

一起組合電器波紋管SF6漏氣缺陷分析及處理

許加凱王健劉勇利王思誠

（國網濰坊供電公司，山東 濰坊261000）

介紹了一起220kV組合電器波紋管由于鉚接工藝不達標造成波紋管焊縫多處SF6氣體泄露的缺陷。本文分析了該缺陷的帶電檢測和停電處理過程，并根據運行經驗和實地勘察對故障原因進行綜合分析，提出來一系列防范措施，為類似缺陷的處理提供了借鑒和參考。

波紋管；氣體檢漏；缺陷分析

2015年3月2日和4月4日，某220kV變電站220kV組合電器#2母線4氣室兩次發出SF6低氣壓報警，檢修人員均進行了補氣處理。4月9日，檢修人員利用 SF6氣體成像儀和 SF6紅外檢漏儀對該段氣室進行了檢漏，定位漏點為#2母線4氣室214 ××線西側波紋管。2015年6月10日至15日，根據缺陷消除計劃，檢修人員對該組合電器波紋管進行解體大修，成功消除該缺陷。

本文分析了該缺陷的帶電檢測和停電處理過程，并根據運行經驗和實地勘察對故障原因進行綜合分析，提出來一系列防范措施，為類似缺陷的處理提供了借鑒和參考。

1　缺陷檢查過程

1.1氣室檢漏

該變電站220kV組合電器為西安西開高壓開關有限公司生產的LWG9-252型，于2005年12月投運。2015年4月9日，檢修人員利用TG-80型SF6氣體泄漏激光成像儀對發出SF6低氣壓報警的#2母線4氣室進行檢漏，泄漏點的可見光和激光成像圖如圖1所示。

圖1　220kV#2母線4氣室漏點成像圖

從圖1可看到漏出的SF6氣體呈動態黑色羽煙，通過觀察煙云冒出的位置以及煙云移動的快慢和大小，定位漏點為#2母線4氣室214××線西側波紋管鉚焊縫處，漏點現場位置如圖2所示，該處存在較快的SF6氣體泄漏。

檢修人員對該處采用肥皂液發泡法進行定點檢漏，將發泡液涂在被檢測部位，再使用手持式 SF6紅外檢漏儀檢測該處SF6氣體的濃度。共發現6處明顯泄露區域，測量點的位置和測量結果如圖3和表1所示。上述區域起泡明顯，特別是2號測量點（如圖4所示）、3號和5號測量點氣泡較急，漏氣嚴重。

圖2　220kV#2母線4氣室泄露點現場位置指示

表1　波紋管泄露點檢漏儀讀數

圖3　波紋管泄露點測量位置

圖4　2號和5號測量點起泡情況

1.2年泄漏率計算

為掌握該氣室年泄漏率，檢修人員利用包扎法對該泄漏點的年泄漏率S進行了計算，采用如下公式［1］，即

式中，T0為年時間；T1為包扎時間；P為標準大氣壓；V為包扎體積；K為SF6濃度；MS為氣室SF6氣體充氣質量；ρ 為標準大氣壓下的SF6密度。

經計算，該氣室 SF6年泄漏率為 2.64%，超過國家標準GB 7674—2008《額定電壓72.5kV及以上氣體絕緣金屬封閉開關設備》［2］5.15.101條“在設備運行壽命周期間，從GIS任一單個間隔泄漏到大氣和隔室間的漏氣率不應超過每年0.5%”的規定。

1.3解體檢查

2015年6月10日至15日，檢修人員對#2母線4氣室進行解體大修，對漏氣點波紋管進行更換。

檢修前確認：設備檢修區周圍環境相對濕度不大于80%，同時開啟通風系統，工作區空氣中的SF6氣體含量不得超過 1000×10?6，檢測進人段母線氣室氧氣含量不低于18%。

解體檢查過程如下：

（1）確認母線氣室壓力為0MPa，各項措施到位后，開始進行母線檢修作業。

（2）打開#2母線 4氣室故障波紋管段兩側入孔蓋板，通風30min后，再用塑料布將母線手孔封住。

（3）穿進罐服進入氣室拆除故障波紋管段的母線導體并將導體竄至不影響故障波紋管推出的相鄰母線段，如圖5的步驟1所示。

（4）對波紋管測試原始尺寸（即波紋管與兩側母線法蘭連接螺栓之間的距離）并記錄后，壓縮波紋管一側螺桿后將波紋管與母線法蘭連接螺栓拆除，如圖5的步驟2所示。

圖5　波紋管拆卸過程

（5）將波紋管四個螺桿上的大螺母依次緩慢旋緊，將波紋管壓縮，直至與一端法蘭面分離。

（6）將波紋管與另一側法蘭面分離后，將波紋管拆下，拆下的波紋管如圖6所示；拆下后，對母線法蘭面進行清理。

圖6　拆下的故障波紋管

2　缺陷原因分析

2.1波紋管鉚接工藝要求

根據國家標準GB/T 12777—2008《金屬波紋管膨脹節通用技術條件》［3］7.2節和GB/T 30092—2013《高壓組合電器用金屬波紋管補償器》［4-5］5.4.4和6.4節的要求，翻邊式波紋補償器內帶保護套時，保護套與波紋管、鑄造法蘭之間的連接應采用等壓鉚接工藝，鉚接力的大小要保證鉚接后內保護套不發生松動，同時鑄造法蘭不應脹裂。

設備制造商應利用鉚接設備，用應變片測量鉚接時鑄造鋁法蘭各處的應力分布，確定鉚接力的大小。鉚接后用手觸摸及目測檢驗內保護套與波紋管、鑄造鋁法蘭的連接松緊程度及鑄造鋁法蘭表面質量，結果應符合5.4.4的規定。

2.2泄漏點應力試驗

根據鉚釘鉚接裝配應力的計算方法［6］，鉚接成形力P和鉚釘作用于板上圓環面上的分布力p1為

式中，σs為屈服應力；b為飛邊寬度；h為飛邊高度；Fb為飛邊投影面積；Fd為釘孔面積；d為鉚釘直徑。

試驗人員對故障波紋管6處檢漏點進行了力學性能測試，結果顯示與計算值均存在較大偏差，不符合國標要求。

表2　波紋管泄露點應力試驗

2.3原因分析

本案例發生泄漏的部分為翻邊式波紋管補償器的鉚接縫處，且環周存在多處漏點，如圖4所示。生產廠家對漏點處所進行的等壓鉚接工藝不標準，鉚接力試驗、壓力應力和氣密性試驗不到位，是造成鉚焊縫出現氣體泄漏的主要原因。

組合電器設備十年來長期運行于空氣污染嚴重、晝夜溫差大的戶外惡劣環境中，是造成鉚焊縫出現氣體泄漏的客觀原因。

3　缺陷處理過程

3.1前期方案確認

1）檢修人員將缺陷情況通知廠家，廠家提前派技術人員到現場確認了缺陷位置的準確性和唯一性。

2）雙方共同協商確定維修內容為更換有缺陷的波紋管以徹底解決漏氣問題，初步制定了消缺方案，確定了備品備件到位時間。

3.2停電范圍及氣體回收

漏氣#2母線及215間隔停電，轉入檢修狀態。#2母線上隔離開關處于分閘狀態，接地開關處于合閘狀態，切斷各相關回路電源。

回收漏氣#2母線4氣室氣體壓力至0MPa以下后回氣至大氣壓力。相鄰氣室壓力降至0.25MPa。

3.3消缺執行規范、標準認

消缺方案施執行國家標準GB 50147—2010《電氣裝置安裝工程：高壓電器施工及驗收規范》［7］和GB 50150—2006《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》［8］中有關六氟化硫密封式組合電器的內容和廠家的技術要求。

安全措施執行國家電網公司標準《電力安全工作規程》［9］變電部分有關規定。

3.4安全預防措施

1）人身安全方面

嚴格遵守《電力安全工作規程》，重點學習第11章在SF6電氣設備上的工作。對進站廠方人員應熟悉電力安全規程的相關內容，經考試合格、認可后方可參加工作。工作中感覺呼吸困難時應及時離開現場，并站在上風口。

2）設備防塵措施

作業區內應保持清潔、有序，嚴禁有灰塵產生的工作在作業區內進行，嚴禁在作業區內抽煙，做好防塵措施。進入作業區域工作人員必需穿工作服佩戴安全帽，并保持干凈整潔。禁止SF6氣體排空。所有打開的部位要注意防塵保護，及時用塑料布包裹，拆除的所有零件應注意保護，切勿磕碰。恢復時注意保持清潔。

3）危險點預防

拆除蓋板和導體過程中一定要緩慢，注意保護密封面，防止其損壞；拆卸時要小心進行起吊，防止磕碰；所有打開的部位要注意防塵保護，及時用塑料布包裹，拆除的所有零件應注意保護，切勿磕碰；注意母線筒內的通風，人進入母線筒內應有專人進行監護。

3.5新波紋管更換及試驗

1）新波紋管更換

拆除舊波紋管后，對本氣室的母線筒進行全面檢查并清潔，保持內部潔凈。如圖7所示，對新波紋管進行檢查處理，外觀和法蘭面完好、無明顯缺陷后，將其壓縮，新波紋管兩側母線法蘭連接螺栓之間的距離尺寸為舊波紋管原始尺寸減10mm。

圖7　檢修人員對新波紋管進行法蘭面處理

將新波紋管吊起后，緩慢放置在兩個母線筒法蘭面中間，注意不要與法蘭面磕碰。按照拆卸反順序對母線裝配進行恢復，并復裝母線導體，裝配完成后測試此段母線電阻，合格后使用新的密封圈和吸附劑封蓋。

2）更換后試驗

完成新波紋管更換后，檢修人員進行了回路直阻試驗，試驗結果合格。

所有氣室內部檢查清理完畢后，故障氣室抽真空后重新充入SF6氣體，其他相鄰降壓氣室補充SF6氣體壓力至額定值。

最后，檢修人員對故障氣室及相鄰氣室進行了微水試驗和檢漏測試，測試結果合格。電氣試驗合格后，220kV組合電器恢復固定連接方式，成功送電消除缺陷。

4　結論

采取針對性的措施對六氟化硫設備的故障缺陷進行分析和處理［10-12］，對避免電網及設備的故障和保障人身安全是非常必要的。

1）激光成像技術能夠使無色透明的SF6氣體在顯示屏上以可見的動態煙云形式顯現出來，從而可以直觀、準確、快速的發現并定位泄漏點，且不需要設備停電，可安全的在遠距離對泄漏點進行檢漏，大大提高了現場漏點查找的效率。

2）應建立所轄變電站組合電器設備的漏氣記錄臺賬，不定期進行數據分析，分析統計規律，對于補氣集中的站點進行專項排查，發現存在的事故隱患。

3）組合電器發出補氣信號時，初次可帶電補氣，并加強監視。若短周期內又出現補氣信號，應對各個密封面及接頭進行檢漏，并檢查密度繼電器動作的正確性、可靠性。

4）改善組合電器設備的運行環境，室外組合電器搭棚可有效延長設備銹蝕周期，降低溫差原因造成的設備漏氣。

［1］ 薛雷. 六氟化硫氣體的計算應用及實例分析［J］. 電工電氣，2011，7（7）︰35-38.

［2］ 額定電壓72，GB 7674—2008. 5kV及以上氣體絕緣金屬封閉開關設備［S］.

［3］ GB/T 12777—2008. 金屬波紋管膨脹節通用技術條件［S］.

［4］ JB/T 10617—2006. 高壓組合電器用金屬波紋管補償器［S］.

［5］ GB/T 30092—2013. 高壓組合電器用金屬波紋管補償器［S］.

［6］ 夏平，唐應時，吳安如. 鉚釘鉚接裝配應力的分析和計算［J］. 機械，2003，30（4）︰44-45，48.

［7］ GB 50147—2010. 電氣裝置安裝工程高壓電器施工及驗收規范［S］.

［8］ GB 50150—2006. 電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準［S］.

［9］ Q/GDW 1799.1—2013. 國家電網公司電力安全工作規程［S］.

［10］ 徐貞華，田偉莉. 220kV六氟化硫組合電器的運行與試驗［J］. 有色冶金節能，2003，20（5）︰27-29.

［11］ 郭建，張元. 六氟化硫電氣設備檢漏分析［J］. 山西電力，2009（4）︰12-13.

［12］ 李海波，萬榮興，方勇. 金屬波紋管補償器在高壓組合電器中的應用與故障分析［J］. 高壓電器，2014（11）︰145-150，154.

Defect Analysis and Treatment of SF6Gas Leakage in a Gas-insulated Switchgear Bellows

Xu JiakaiWang JianLiu YongliWang Sicheng
（State Grid Weifang Power Supply Company，Weifang，Shangdong 261000）

SF6gas leakage in a 220kV gas-insulated switchgear bellows caused by the deficient handing of the riveting process is described. The terrible riveting process results in multiple site gas leakage around the bellows. This paper analyzes the live detection and power-off maintenance process of the defect. Comprehensive analysis of the fault cause is taken based on the operating experience and field investigation. Finally，a series of prevention measures are proposed as a guide and reference for similar defect processing.

bellows； gas leakage check； defect analysis

許加凱（1987-），男，山東省濰坊市人，碩士研究生，助理工程師，主要從事變電站設備檢修工作。