330 kV GIS管道母線漏氣原因分析及處理

梁國玲，崔云峰，王志慶

(國家電投青海黃河水電公司積石峽發電分公司，青海 海東 810801)

0 引言

氣體絕緣全封閉組合電器(gas insulated substation，GIS)由斷路器、隔離開關、接地開關、互感器、避雷器、母線、連接件和出線終端等組成，這些設備或部件全部封閉在金屬接地的外殼中；因在其外殼內部充有一定壓力并具有優異滅弧和絕緣性能的SF6氣體，故也稱SF6全封閉組合電器。GIS設備自20世紀60年代實用化以來，由于具有結構緊湊、占地面積少、可靠性高、配置靈活、安裝方便、安全性強、環境適應能力強、維護工作量小、運行費用低等優點，在全球電力系統中得到廣泛應用。但因GIS是整體拼裝封閉設備，連接密封部位較多，對密封件的材料和安裝工藝要求比較高，稍有不慎，就會引發氣體泄漏等問題。

1 SF6氣體泄漏的危害

(1) SF6氣體泄漏造成GIS氣室內的氣體壓力下降，將使SF6氣體壓力低報警動作，甚至閉鎖開關動作，在發生緊急事故情況下，可能造成故障停電范圍擴大。

(2) GIS漏氣造成氣室內SF6中水分含量增大，危害絕緣、影響滅弧；SF6為有毒物質，其泄漏會影響環境、危害健康。

(3) SF6氣體泄漏增加了運行檢修工作量，造成維護費用上升。

2 GIS管道母線漏氣情況

2015-12-14，運行人員巡回檢查中發現330 kV組合電器孟清線管道母線(以下簡稱“管母”)33126-2氣室SF6氣體壓力降至0.48 MPa（正常壓力值范圍：0.50—0.54 MPa，壓力低報警值：第 1 級為 0.47 MPa，第 2 級為 0.45 MPa），經維護人員補氣處理后3.5 h又發生壓力低報警(第1級)。由于該氣室漏氣量相對較大，為保證設備安全運行，維護人員將該氣室暫時與外部SF6氣瓶進行連接。采用SF6氣體檢測儀對該段管母各法蘭面、手孔蓋、分子篩等部位進行檢漏，沒有發現漏氣點。

該段管母垂直安裝，長9 m，由室內氣體廊道穿出地面至室外出線間隔。管母孔洞采用防火隔板進行了封堵，防止室外雨水等流入室內。由于沒有在易發生漏氣的部位檢測出漏氣，因此在氣體廊道搭設腳手架對管母進行SF6氣體泄漏檢查。檢查發現，孟清線管母G33126-2氣室C相穿出室外地面孔洞封堵部位有漏氣。進一步將管母孔洞封堵拆除后檢查，發現管母筒壁有明顯的腐蝕痕跡(見圖1)，其中一處腐蝕嚴重，能聽到漏氣的聲音，此處用手就能感覺到在漏氣(見圖2)。

3 原因分析

現場對有問題的管母提取附著物并送檢，通過查閱資料和分析最終得出，GIS金屬(鋁合金)管母筒壁與石棉封堵板(防火板)、防火包等接觸處，在雨水的作用下發生化學反應，使管母筒壁腐蝕穿孔，是導致漏氣的原因。

圖1 管母筒壁腐蝕情況

圖2 管母筒壁腐蝕漏氣點

管母筒體所用材料為鋁合金(鋁鎂合金)。鋁合金的抗腐蝕性能主要源自其表面致密的氧化鋁膜，能有效隔離氧氣，當氧化鋁膜受到破壞后，腐蝕反應將繼續向縱深方向發展。氧化鋁是二性氧化物，跟酸堿都能起反應，在酸性和強堿性溶液作用下都會腐蝕。該水電站穿墻管母筒體與墻之間普遍采用金屬堵板固定防火石棉擋板，以防止筒體與水泥接觸。防火石棉擋板是用石棉、橡膠、填充料壓制成的板和片狀密封制品，可作為管道法蘭、高壓容器法蘭及各種機械連接面用的密封材料。石棉的化學組成為3MgO·SiO2·2H2O，約占石棉總成分的95 %。在石棉擋板的表面，涂覆了一層膩子，膩子的主要成分是含水硅酸鎂(3MgO·4SiO2·H2O)。從穿墻管母筒體所接觸到的材料分析，石棉擋板、膩子2種材料都含硅酸鎂等組分，筒體與這2種材料直接接觸同與水泥直接接觸時發生腐蝕的反應是同類型的。當水(雨水或潮濕空氣)存在時，水分會與堿性氧化物或硅酸鹽發生水解反應，生成OH-并促使Al2O3發生以下腐蝕反應：

Al2O3+2OH-→2AlO2-+H2O。

經查閱相關資料，對于金屬鋁，在其接觸的水溶液pH值為4.3—8.5時，為其鈍化區。當水溶液的pH值超出鈍化區時，鋁與H+或OH-即可發生進一步的腐蝕反應；另一方面，當與鋁接觸的溶液中含Cl-，F-等鹵素離子時，腐蝕速度加快。

在廠家GIS設備的安裝技術文件中，提出了“對穿墻筒體進行密封時，嚴禁筒體與水泥直接接觸，筒體外圍應包裹一層橡膠板”的技術要求，但沒有說明筒體不能直接接觸水泥的具體原因。從化學專業角度分析，主要是因為水泥含硅酸鹽、金屬氧化物等成分，此類物質在潮濕環境中會形成堿性溶液，對氧化鋁膜造成破壞，進而腐蝕管道。另一方面，鋁在中性水溶液中，一般比較穩定；但當水中含鹵素離子時，Al3+與鹵素離子發生化學反應，不利于氧化鋁膜的形成。水泥是一種組分復雜的混合物，含鹵素離子且有水情況下，會大大加速鋁合金的腐蝕。正常情況下，管母筒壁應涂敷耐腐蝕的防銹漆，用于隔離氧氣、酸、堿等腐蝕組分，但如果管母筒壁涂敷普通的防銹漆，則可能與堿液發生反應。

通過以上調查分析可知，管母筒壁SF6氣體泄漏的原因主要有以下2方面。

(1) 安裝過程中，設備制造商技術人員僅提出不能直接接觸水泥的技術要求；但實際施工中，安裝單位購置、安裝的石棉擋板、膩子等材料，也可與管母筒體鋁合金材料發生腐蝕反應(有水時)，并導致管母筒壁腐蝕穿孔漏氣。

(2) GIS管母外殼涂敷的是普通防銹漆，不具備抗酸堿腐蝕功能；在堿性條件下，防銹漆會發生化學反應，不能起到保護鋁合金的作用。

綜上所述，此次330 kV GIS管母G33126-2氣室C相垂直段與出線站地面交界部位發生漏氣，主要是由施工單位選用的封堵材料不合適，設備制造廠家技術要求不具體，運行維護單位缺乏此類事件的防范經驗導致的。

4 處理及防范對策

4.1 漏氣處理

為防止管母突然失壓造成事故，該電站于2015-12-17T09：42向調度申請該線路由運行轉檢修，并維持管母保持正壓(減壓運行)。經設備廠家技術人員現場查勘并同意，聯系北方恒福科技發展有限公司人員采取緊急堵漏措施。

12月19日，北方恒福科技發展有限公司專業堵漏人員到達現場。在堵漏過程中，首先對管母筒體腐蝕部位表面進行精細研磨和清理；隨后在穿孔處安裝一枚專用鉚銷釘，并再次清理腐蝕表面及周邊殘留物質；最后在該處用專用配方堵漏劑進行封堵。堵漏工作歷時4 h完成，共計處理漏點(腐蝕嚴重，實際測量面積約200 cm2，最大深度8 mm，已出現漏氣) 1處、腐蝕點(最大深度5 mm) 4處。北方恒福科技發展有限公司對其處理的保用期為5年，并建議在5年內對遭受腐蝕的母線筒體進行更換。處理后效果如圖3、圖4所示。

圖3 封堵后的管母筒壁漏氣點

圖4 處理后的管母筒壁腐蝕部位

4.2 防范對策

為有效防止此類事故的發生，提出以下防范對策和改進建議。

(1) 管母筒壁封堵部位刷耐腐蝕的防護漆。

(2) 用化學性能穩定的耐磨橡皮包裹母線穿墻部位，避免封堵防火板與管母筒壁直接接觸。

(3) 對管母其他存在此類隱患的部位進行排查和處理。

(4) 保證日常巡檢質量，對各氣室壓力進行加密觀察和記錄，保證其處于最佳工況。

(5) 對現有技術規程標準進行修訂。

(6) 加強與設備制造廠家溝通，對設備制造、安裝、設計優化提出意見和建議。建議設備制造廠對管母孔洞封堵提出明確的技術要求。

(7) GIS組合電器SF6氣體母線筒安裝位置應避開潮濕封閉的空間，盡量防止筒壁與化學性質不明的物質接觸。

5 結束語

通過對另外2條線路管母相同部位的檢查，也發現管母筒壁有不同程度的腐蝕，但腐蝕程度相對較輕。對腐蝕部位及管母筒體孔洞封堵也按上述方法進行了處理。

從產品運行總體情況看，GIS的故障率要比敞開式設備低得多。但在日常設備運行中，要加強對GIS設備的管理，按期監測SF6水分含量及內部放電情況，及時消除漏氣缺陷，保證GIS穩定運行。