GIS設(shè)備外殼法蘭密封與通流能力研究

汪全虎 范志遠 陳欣

【摘?要】為了明確SF氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（簡稱GIS設(shè)備）外殼流通能力對于法蘭結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求，本文分析了影響外殼法蘭結(jié)構(gòu)的因素，主要研究了GIS設(shè)備的法蘭密封性能和通流能力。對于GIS設(shè)備的外殼法蘭結(jié)構(gòu)進行了合理的要求。謹以此文拋磚引玉，共相關(guān)從業(yè)者研究。

【關(guān)鍵詞】GIS設(shè)備;密封結(jié)構(gòu);法蘭結(jié)構(gòu)

GIS設(shè)備對于連接法蘭的要求較高，不僅應(yīng)具有良好的密封性能，還要保障設(shè)備外殼與外殼之間的流通性，對于這種要求，《電網(wǎng)設(shè)備技術(shù)標準差異條款統(tǒng)一意見》中提出“關(guān)于GIS外殼法蘭跨界要求”意見：“全封閉組合電器的外殼法蘭片間應(yīng)采用跨接線連接，并應(yīng)保證良好通路”我們可以將該建議解釋為，GIS的金屬法蘭片與GIS設(shè)備殼體之間的連接處應(yīng)該安裝絕緣橡膠圈并且注膠。否則可能出現(xiàn)鏈接不牢靠的情況，也不能保障接地通路的完整性和安全性。企業(yè)對于設(shè)備使用的擔心不無道理，如果GIS金屬法蘭片與殼體之間發(fā)生接觸不良的情況，會對電站運行起到嚴重的影響，例如：殼體感應(yīng)電流發(fā)熱會引起漏氣事故的出現(xiàn)。

要保證GIS設(shè)備外殼擁有良好的密封性能以及流通性能，可以采取使用大量金屬環(huán)絕緣盆子的方式，這樣法蘭片與殼體設(shè)備的鏈接面不僅能做到緊牢固，也能保證其電阻需求，不需要另外使用跨接接地線，使設(shè)備設(shè)計更加簡潔，也更為美觀。

1保障GIS設(shè)備通流能力

GIS設(shè)備要求外殼接地通路完備，因此，必須保障GIS設(shè)備外殼之間的流通性能的良好。

1.1接觸電阻

殼體法蘭包括了靜接觸和面接觸兩種連接形式的接觸，相對于其他形式的電接觸形式穩(wěn)固且可靠。

接觸電阻分成收縮電阻和表面膜電阻兩個種類，無論什么形式的接觸，最終的接觸只發(fā)生在在某些突出的點上。收縮電阻就是電流收縮集中通過這些點時產(chǎn)生的附加電阻。

法蘭接觸面的材質(zhì)通常為鋁，其表面氧化膜的電阻率極高。然而法蘭連接由于螺栓固定，螺栓與設(shè)備的接觸面積較大，造成鋁材質(zhì)表面氧化膜斷裂，起不到表面膜電阻應(yīng)有作用，法蘭起到作用為金屬連接。

以接觸電阻式為例，直徑為0.5m、用24只螺栓擰緊固定的殼體法蘭，估算出的電阻在1μΩ以內(nèi)，擁有著良好的溝通能力。

1.2實驗要求

GIS設(shè)備流通能力必須需要進行溫升試驗、短時耐受電流實驗以及峰值耐受電實驗進行驗證。

在GB 7674——2008《額定電壓72.5kV及以上氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備》標準中規(guī)定，單向GIS設(shè)備溫升試驗中通過電流應(yīng)為額定電流，而短時間耐受與峰值耐受實驗中，實驗回路的布置要求實驗外殼中應(yīng)有全部的返還電流。

為了達到這一標準，在實驗過程中，需要用金屬法蘭將GIS設(shè)備的外殼與內(nèi)導在一段進行連接，實驗電流應(yīng)該加載在另一端的導體設(shè)備外殼上，以達到形成回路的目的。在實驗過程中設(shè)備外殼應(yīng)耐受與內(nèi)導相同的額定電流，并且保證溫升不大于30K。只有實驗條件標準嚴格，才能減少誤差，驗證GIS設(shè)備的通流能力。

1.3跨接線設(shè)置

為了滿足GIS設(shè)備的通流要求，實驗設(shè)備中對于導流能力較差的零件，必須使用跨接線進行設(shè)計，為保障設(shè)備的流通性，需要采用純銅材質(zhì)的跨接線，進行軟連接或者硬連接，跨接線的導流截面積能夠通過來進行表述。

在GIS在設(shè)備運行過程中會產(chǎn)生與運行相當?shù)母袘?yīng)電流，在外殼設(shè)備電阻較大的位置，尤其波紋管、可拆單元、無金屬圈的盆式絕緣子等零件位置，溫升較高，甚至會出現(xiàn)過溫升大于100K的現(xiàn)象，因此，跨接線的安裝要格外注意。

安裝跨接線一般采用多條對稱的形式，根據(jù)不同零件的不同性質(zhì)，可以適當?shù)脑黾踊驕p少跨界線的用量，例如波紋管的材質(zhì)為不銹鋼，金屬材質(zhì)本身具有一定的通流性質(zhì)，因此，在計算安裝跨接線時，可以取用0.5左右的系數(shù)。

2保障設(shè)備外殼的密封結(jié)構(gòu)

GIS設(shè)備外殼的密封性能對于設(shè)備的使用有著至關(guān)重要的影響，GIS設(shè)備外殼的密封能出現(xiàn)問題，很大程度上會造成氣體泄漏等事故，而根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計表示：歷年來，由于氣體泄漏導致的設(shè)備故障能夠達到總故障量的22%左右。

因此，在進GIS設(shè)備設(shè)計時，合理的密封結(jié)構(gòu)是設(shè)計核心要素之一。GIS設(shè)計結(jié)構(gòu)為靜密封，材料選擇上一般選用壓縮率為25%的密封圈，密封槽形狀一般為矩形。

目前在市面上，GIS設(shè)備有兩種典型密封結(jié)構(gòu)被廣泛運用。一種特點在密封面與連接界面安插過渡臺階，讓密封面與法蘭連接面形成不同的區(qū)域。擰緊螺栓壓緊外殼法蘭接面，能夠形成一種電接觸面，再利用過渡臺階高度與尺寸的差異，讓密封面留有0.2mm的分離間隙。

另一種密封結(jié)構(gòu)相對簡單，在密封面與法蘭連接中不設(shè)過渡臺階，不分割區(qū)域，但相對加寬法蘭連接的寬度大致1倍左右，形成較深的密封環(huán)面，在螺栓擰緊后，密封環(huán)面和外連接面能夠壓實壓緊也形成電接觸面。這樣的密封結(jié)構(gòu)，也保證在密封區(qū)域存在法蘭分離間隙。

通過上述兩種密封結(jié)構(gòu)的分析，我們能總結(jié)出：在設(shè)計密封結(jié)構(gòu)時，除去選用合理的密封槽與密封圈外，也應(yīng)該注意密封區(qū)域和連接區(qū)的合理設(shè)計，既要保證在螺栓擰緊后，密封圈能夠壓緊，也要保證外殼的通流性能。

3安裝

在靜密封結(jié)構(gòu)中，密封膠的使用大量存在。密封膠的功能是協(xié)助密封圈改善密封環(huán)境，另外還能夠隔絕空氣，防止金屬密封面或者法蘭生銹的現(xiàn)象出現(xiàn)。但由于密封膠的絕緣性，為保障GIS設(shè)備外殼的通流性質(zhì)，針對法蘭密封面設(shè)計了導膠槽。在螺栓擰緊后，密封膠通過特殊的注膠螺栓注入，由于在螺栓擰緊后，法蘭面已經(jīng)形成了電接觸回路，密封膠能夠如預期一樣進入導膠槽，接面電阻不會受到影響。

在安裝過程中，要注意一下幾點：法蘭面以及密封零件的完好、法蘭面及密封零件的表面干凈、密封圈與密封槽尺寸吻合、在密封時進行精準定位、在法蘭面和密封圈接觸后，法蘭面不能有滑動現(xiàn)象、以及固定螺栓時必須對稱使法蘭面受壓均勻。只有做到安裝時注重細節(jié)、定位精準，才能就能夠使法蘭密封面穩(wěn)固。

4結(jié)束語

GIS設(shè)備外殼數(shù)量多，施工難度大，要求所有的設(shè)備均使用跨接線連接是不現(xiàn)實的。在連接法蘭結(jié)構(gòu)時，要注重密封性質(zhì)和通流性質(zhì)，因此，關(guān)于GIS設(shè)備外殼的法蘭結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)該更加合理。

參考文獻：

[1]南方.GIS設(shè)備外殼法蘭密封與通流能力研究[J].高壓電器，2015，51（02）：112-115.

基金項目：

項目來源：國網(wǎng)浙江省電力有限公司群創(chuàng)項目5211MR190002

（作者單位：123國網(wǎng)浙江省電力公司檢修分公司）