關于新東北GIS設備SF6氣體泄漏的分析與探討

崔辰晨，王春偉，閆 佳，劉小紅，張志平

(國網長治供電公司，山西 長治 046011)

1 概況

氣體絕緣全封閉組合電器(GIS)具有占用空間小，運行可靠性高，維護工作量少，不受外界環境條件影響，無靜電感應和電暈干擾，噪聲水平低，抗震性能好等優點，在變電站中大量應用。但在實際運行中，特別是對暴露在戶外的GIS設備，長期經受風霜雨雪等惡劣天氣的影響，設備密封性會逐漸降低，嚴重時可能引起漏氣事故，且事故后的平均恢復時間比常規設備更長，甚至可能影響電網的安全穩定運行[1]。

長治供電公司目前共有110 kV及220 kV 10座GIS變電站，其中4座110 kV變電站為室內布置，6座220 kV變電站全部為室外布置。室內GIS變電站自投產以來均未發生設備漏氣事故，6座220 kV室外變電站中，有4座為新東北電氣高壓開關有限公司(簡稱新東北電氣)生產的GIS設備。在實際運行中發現，對于暴露在室外的GIS設備，由新東北電氣生產并已投運的戶外GIS設備已發生多起嚴重的漏氣事故，特別是在冬季。

2 原因分析

常見的GIS設備漏氣原因有：盆式絕緣子裂紋漏氣、氣室連接銅管破裂漏氣、氣室外壁焊縫砂眼漏氣、鑄件上金屬部件與瓷件連接處松動漏氣等[2]。對長治供電公司近10年的新東北GIS設備漏氣事故進行統計發現，所有事故中，盆式絕緣子裂紋漏氣占92%，為新東北GIS設備漏氣事故的主要原因。

2.1 盆式絕緣子的密封原理

盆式絕緣子一般有三相和單相之分。長治供電公司220 kV設備以及線路TV使用的是單相絕緣盆，110 kV設備使用的是三相絕緣盆，其主要作用有：固定母線及母線的插接式觸頭；母線對地或相間的絕緣作用；密封作用如圖1、圖2所示。2種密封方式對比見表1。

2.2 典型漏氣案例分析

據統計，新東北所有絕緣盆漏氣故障均發生在每年11月至次年2月，以下是典型案例的解體分析。

表1 盆式絕緣子的2種密封方式對比

圖1 第1種密封方式(單相)

圖2 第2種密封方式(三相)

a.220 kV平順站160東母電流互感器與斷路器之間絕緣盆漏氣。

2017年2月6日，平順站110 kV母聯160斷路器氣室壓力降低并報警，該設備為新東北電氣2009年生產的GIS組合電器，于2010年1月投產。檢修人員現場采用紅外檢漏技術仔細檢查所有可能存在的漏氣部位，最后發現母聯160東母電流互感器與斷路器之間絕緣盆漏氣較嚴重。在解體過程中發現，螺栓本體銹蝕嚴重，絕緣盆下側緊固螺栓孔部位存在積水，且螺孔處有一條較長裂痕，裂痕均已越過密封槽，如圖3所示。初步判斷為雨水通過螺栓螺紋處滲入絕緣盆下側形成水珠，而相關斷路器、電流互感器等主設備高壓試驗全部合格，故認為絕緣盆裂紋為導致該事故的直接原因。

b.220 kV西莊站110 kV南母第1、2氣室之間絕緣盆漏氣。

2017年10月8日，西莊站110 kV南母第1氣室壓力降低并報警，該設備為新東北電氣2007年生產的GIS組合電器，于2007年10月投產。檢修人員紅外檢漏后發現第1、2氣室之間絕緣盆存在較嚴重的漏氣現象，解體拆下絕緣盆后發現兩側母線無法對接于一條直線，初步判斷安裝時強行母線對接導致中間的絕緣盆受力，在長時間電動力作用下發生破裂。

c.220 kV東鳴站201、202、277、278間隔6處漏氣。

2015年11月，長治供電公司對未參加GIS設備帶電檢測競賽的變電站開展自檢工作，發現東鳴站220 kV設備存在5處漏氣，主要存在于202南隔離開關A相、277南隔離開關C相、277北隔離開關C相、278南隔離開關B相、278北隔離開關C相。2016年4月，又發現201 A相南、北隔離開關之間也存在漏氣。該設備均是新東北戶外GIS設備。2016年9月，220 kV東鳴站綜合檢修，歷時7天，消除存在的6處漏氣缺陷。解體后發現6個絕緣盆螺孔內側均有長3～12 cm裂紋，有的裂紋已穿越密封槽，且所有絕緣盆與法蘭連接面均未填注密封膠，201南、北隔離開關間的豎盆下方螺栓孔已嚴重銹蝕，上方螺栓孔輕度銹蝕。初步判斷為雨水沿螺栓螺紋滲入，并積蓄在豎式絕緣盆注膠淺槽下方，所以導致下方的螺孔銹蝕嚴重，氣室漏氣則是由于密封槽上貫穿的裂紋所致。

2.3 漏氣分析

2.3.1 設計的特殊性

通過案例可以發現，絕緣盆漏氣均是由于產生了穿越密封槽的裂紋導致密封圈失效所致。這是因為絕緣盆采用第2種密封方式下(河南平高、山東泰開、西安西開GIS設備)，水分無法在法蘭與絕緣盆之間積蓄，而第1種密封方式下(新東北GIS設備)，在戶外長期運行過程中，注膠部位易發生老化，雨水很容易沿著螺栓浸入，使螺栓銹蝕、積水結冰，引發漏氣。

2.3.2 安裝工藝不良

通過案例及近年漏氣事故分析，發現安裝工藝不良是導致漏氣的又一原因。在長時間電動力作用下，由于受力、支撐件承力不均導致絕緣件易發生破裂；在雨雪天氣，由于沒有涂抹密封膠或密封膠工藝不良，削弱其防水功能，雨水沿著螺栓浸入淺槽形成積水。由于北方晝夜溫差較大，特別是冬季溫差高達10 ℃以上，盆內積水可能反復結冰、融化，降低絕緣盆的承受應力，極易產生裂紋，嚴重時裂紋穿越密封槽時，內部氣室與大氣連通，發生漏氣[4]。

2.3.3 設備質量不過關

通過近年漏氣事故分析統計，發現極個別漏氣是因為新東北設備存在砂眼，且設備出廠及驗收過程中未及時發現，導致不合格設備投運，發生漏氣，降低設備可靠性。

3 防控措施

為了避免由于GIS設備漏氣引起的設備緊急停運事故，不影響設備供電可靠性，積極采用各種措施來解決GIS設備漏氣問題。目前，主要采用3種措施，如圖4所示。

3.1 加裝密封卡具臨時處理措施

對已出現漏氣故障且無法立即停電設備的盆式絕緣子加裝密封卡具。對整個絕緣盆進行包封后，從注膠孔注膠填滿絕緣盆與密封卡具間的間隙，達到堵漏目的，但此方法只可作為避免停電的臨時處理措施。

3.2 對盆式絕緣子進行注膠處理

通過反復和新東北電氣技術人員研究，決定對注膠不合格的盆式絕緣子開展重新注膠，并對法蘭密封面和盆式絕緣子對接面涂抹防水膠。注膠工藝確保所有的膠槽部位都應注滿膠，以法蘭面上每一個固定螺絲中能剛剛擠出膠為止。但由于此方法受到人員、天氣的影響較大，不能從根本上解決GIS絕緣盆進水問題。

3.3 注入金屬膠并加裝防雨罩帶電治理

帶電對GIS設備(含母線)法蘭縫隙處注入專用金屬膠并加裝防雨罩，目的是徹底阻止雨水浸入法蘭密封面，避免法蘭對接面的銹蝕，可有效防止組合電器氣體泄漏，現已大量采用，效果良好。

(a)加裝密封卡具

(b)注膠處理

(c)加裝防雨罩圖4 解決GIS設備漏氣的3種措施

4 建議

a.從源頭出發，杜絕漏氣事故。

在GIS設備在生產過程中，不僅要了解設備的密封方式、工藝要求，還要利用設備監造的機會，

嚴格把關出廠設備的生產工藝，監督設備生產的關鍵部位、關鍵工藝，防止不合格設備出廠。另外在變電站初涉可研階段，按照設備所在區域長期發展規劃，綜合考慮霧霾天氣增多、區域發展規劃變化所帶來的新增污染源等因素，合理選型。

b.從施工工藝出發，杜絕漏氣事故。

GIS設備到達現場安裝過程中，設備對接面需按工藝流程、工藝標準認真施工，必要時應派專人全過程跟蹤監督。

c.從維護環節出發，加強帶電檢測及紅外檢漏工作，發現問題及時處理。

對于長治地區5座在運的新東北電氣220 kV GIS輸變電設備，應借鑒山東公司制定的《室外組合電器環境治理方案》，加裝防護棚，徹底改善運行環境，從而有效地杜絕GIS絕緣盆因進水導致的漏氣問題。