特高壓直流工程GIS、開關類設備制造過程的質量問題及改進措施

阮 芹

(國網電力科學研究院武漢南瑞有限責任公司，湖北 武漢 430074)

從20世紀80年代至今，我國特高壓直流輸電工程建設迅猛發展，直流輸電技術已達到世界先進水平，工程電壓等級、輸送容量、輸送距離、低損耗屢次刷新記錄。而特高壓直流電網的安全穩定運行，離不開安全可靠、技術先進的設備。其中，GIS、開關類設備使用頻次高，且發揮著轉換運行方式、隔離、故障檢修等作用[1]，也在特高壓直流關鍵設備之列。

消除GIS、開關類設備制造過程中頻發、常見的質量問題，提高出廠試驗一次通過率，是確使其達到協議要求質量水平、入網運行的重要保證。根據酒泉—湖南、昌吉—古泉、渝鄂背靠背、錫盟—泰州等多個特高壓直流工程的設備監理實踐，發現該類設備在制造過程中由原材料引起問題占比46%，生產工藝引起問題占比35%，試驗問題占比19%。本文總結了一些典型的質量問題案例，提出了相應的改進措施，供有關人員參考。

1 原材料類問題

原材料類問題主要是供應商供貨不符合技術協議要求及重要組部件的質量缺陷，前者常見有GIS的密封件，斷路器的滅弧室瓷套、并聯電容器、絕緣拉桿、裝配用密封件、合閘電阻等供貨廠家與技術協議要求不符等；后者常見有隔離開關密封墊塊、斷路器合閘電阻值、控制柜銘牌內容、滅弧室罐體顏色不符合技術協議要求、操動機構箱及主控箱外表漆色錯誤、輔助開關質量缺陷導致無法滿足觸點提前主觸頭閉合的時間要求；罐式斷路器套管未噴閃爆膜(如圖1所示)、瓷柱式斷路器瓷瓶水泥破損(如圖2所示)等。上述問題主要由于設備制造廠未對設計仔細確認和校核、未嚴格按合同要求執行采購、對關鍵原材料組部件的進廠檢驗力度不夠、廠內用料管理不嚴格等原因造成。

圖1 未噴閃爆膜的套管

圖2 斷口瓷瓶水泥有破損

改進措施：督促制造廠嚴格按照協議及設計凍結會要求進行采購，在入廠、領料、使用環節加大檢查力度，避免錯用、混用。例如，GIS內絕緣件逐支進行X射線探傷[2]，抽檢絕緣隔板進行電性能試驗及水壓破壞試驗；斷路器本體內部的絕緣件必須經過局部放電試驗方可裝配，要求在試驗電壓下單個絕緣件的局部放電量不大于3 pC。監造方應對部分關鍵原材料組部件的文件見證(R點)升級為現場見證(W點)，對問題頻繁的供應商延伸監造并抽查出廠試驗[4]。例如，針對隔離開關主觸頭鍍銀層厚度、硬度以及鍍層結合力進行檢測，如圖3所示。

圖3 某型號隔離開關的觸頭檢測報告

2 生產工藝類問題

工藝類問題主要包括生產過程中清理不徹底及裝配失誤，前者常見有GIS的盆式絕緣子未清理干凈[3](如圖4所示)，隔離開關靜觸座內壁鍍銀層有斑點，斷路器屏蔽罩、導體、均壓環、套管、導電桿等部件未清理干凈導致多次出廠試驗時放電(如圖5、圖6所示)；后者有絕緣子螺釘未緊固、裝配疏忽致開關底座與下導電桿間的導電帶受損、行車轉運時操動機構箱底部撞至損壞變形等。上述問題主要由于廠內生產環境、流程細節管控工作不到位，缺乏自檢、互檢機制，及車間人員未嚴格按照工藝文件執行操作引起。

圖4 盆式絕緣子未清洗干凈導致樹枝狀放電擊穿

圖5 中心導體對套管放電

圖6 滅弧室外屏蔽對大罐放電

改進措施：督促廠家加強對一線裝配人員、行車人員的工藝流程培訓，完善作業指導書，制定異物專項管控措施；監造方督促廠家加強工藝現場管理，重點見證裝配過程中毛刺及異物的處理(毛刺一般采用百潔布、砂紙打磨、擦洗，套管內金屬屑采用屏蔽電極法排出)，清理完的殼體經質檢人員、監造工程師聯合檢查確認合格后方可進入下一工序。例如，廠家對GIS及罐式斷路器罐體焊縫進行無損探傷檢測，保證罐體焊縫合格；GIS法蘭密封采用密封圈加法蘭注膠雙密封方式；隔離開關采用外壓式或自力式觸頭時，確保觸頭彈簧進行防腐、防銹處理；斷路器絕緣拉桿應控制露空時間且進行機械性能試驗(例行拉力、壓力，抽樣破壞試驗)，以防機械操作時絕緣拉桿與金屬接頭間斷裂。

3 出廠試驗類問題

單向的出廠試驗問題主要是試驗項目不滿足國標及協議要求及異物清理不到位[5]導致試驗失敗。前者有隔離接地開關未按照國標開展試驗(例如輔助和控制回路工頻耐壓試驗時間達不到1 min，回路電阻低于標準規定值)，斷路器未按照國網十八項反措要求進行200次機械磨合試驗；斷路器SF6氣體壓力不達標、絕緣試驗前未進行微水測量；后者有試驗前開關套管內部絕緣件或試驗均壓環、導電管等未清理干凈或耐壓工裝端部插裝接地端子產生金屬粉塵等情況導致放電，斷路器某相滅弧單元的運輸支架未完整拆除導致耐壓試驗無法通過等。上述問題主要由于廠家相關人員不熟悉標準、不重視試驗方案編制，試驗人員操作不規范、試驗前檢查不仔細等造成。

改進措施：廠家應提前提供符合國標、技術協議要求的試驗方案，監造方審核方案及試驗環境、試驗設備通過后嚴格見證廠家按照技術標準及業主要求進行試驗(如圖7、圖8所示)；督促廠家加強環境清潔管控及工裝維護，提高工裝對接面點檢頻次；加強人員插接接地裝置培訓，提高試驗人員技術能力,必要時進行第三方抽檢確保產品質量。例如，斷路器出廠試驗及例行檢修中，應檢查絕緣子金屬法蘭與瓷件膠裝部位防水密封膠的完好性，必要時復涂防水密封膠；針對斷路器SF6氣體進行專項檢測(如圖9所示)；采用帶金屬法蘭的盆式絕緣子的GIS，應預留窗口用于特高頻局部放電檢測。

圖7 斷路器支柱進行工頻耐壓試驗

圖8 直流隔離開關合閘試驗

圖9 某型號斷路器的SF6新氣檢測報告

4 結語

GIS、開關類設備在特高壓直流工程中主要用于關合及開斷正常線路及從電力系統中退出故障設備及故障線段，對保證整體系統安全、運行起著至關重要的作用。設備制造廠及監造方應加強對以往直流工程開關類設備故障的梳理分析，提取質量控制風險點并制定預控措施，保證后續工程設備質量使其長期穩定運行。