一起GIS 設備氣室漏氣原因分析及不停電處理措施

藍曉丹，陳 濤，李佳齊，程俊才

（廣西大藤峽水利樞紐開發有限責任公司，廣西 桂平 537226）

0 引言

由開關、刀閘、快速接地刀、電流互感器、電壓互感器、避雷器、母線、伸縮節和出線套管等組成，將這些設備部件封閉在金屬接地的管路中，并將額定壓力的SF6絕緣氣體充入管路內部，作為設備部件的絕緣滅弧介質，此類設備稱為氣體絕緣金屬封閉開關設備（GIS），故也稱SF6絕緣全封閉組合電器，此類設備具有運行可靠性高、維護工作量少等優點。但也有其固有的缺點，管路內部SF6氣體泄露、導電雜質的存在、絕緣子老化等原因，都可能導致設備的故障，又由于其全封閉結構使得故障的查找定位比較困難，檢修工作復雜，故障后平均停電檢修時間比較長，停電范圍大，常涉及到非故障的設備元件。

GIS 設備在正常運行情況下，要求SF6氣體壓力要在一定范圍，若由于設備各類原因使得SF6氣體泄露，氣室壓力降低則會導致絕緣降低。伴隨著內部SF6氣體壓力過低，在外部空氣較為潮濕的情況下，可能會引起氣室內進水，導致氣室濕度增大，影響滅弧效果，設備受潮降低絕緣等后果，危及GIS設備的安全運行。

1 工程概述

某電廠主接線方式采用雙母線雙分段接線方式，分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 4 段母線，通過4 個母聯斷路器，Ⅰ母可以與Ⅱ母相連、Ⅱ母與Ⅳ母相連、Ⅲ母可與Ⅳ母相連、Ⅰ母可以與Ⅲ母相連，共有6 回220 kV出線，其中預留出線2回，另外4回出線為一期工程。每回出線包括3 個氧化鋅避雷器、1 個隔離開關、2個接地開關和3 臺電容式電壓互感器等設備。

該電廠GIS 共設有24 個間隔，9 個單元進線間隔、3 個聯合進線間隔、6 個出線間隔、2 個母聯間隔、2 個分段間隔、2 個母設間隔，它們承擔著各種倒閘操作的重要任務。GIS 室內15 個斷路器每相都布置有局放傳感器，共45 個；每組母線PT 間隔布置有3 個，共12 個；母線分段位置布置6 個；合計63 個。且每個斷路器氣室都配置微水在線監測接口，一期工程共45 個。每一個氣室均裝設有獨立的SF6氣體密度繼電器，用于在線監測內部氣體壓力及運行維護人員巡檢查看。該工程采用分箱結構的斷路器，每相設計成獨立的氣室，所以三相分別安裝有獨立的SF6密度繼電器，斷路器B0 氣室額定壓力為0.68 MPa，母設間隔的B6 氣室額定壓力為0.65 MPa，每個氣室一級報警壓力值為0.62 MPa，二級報警壓力值為0.60 MPa。當壓力降低到報警值時，SF6氣體密度繼電器會發出相應報警信號至上位機及現地匯控柜上的報警裝置，運行維護人員根據監控報文到現場查看相關設備運行情況。

該套組合電氣設備于2020 年首次投運，經廠家技術人員介紹，首次投運20 年內免維護。實際投運未滿一年發現漏氣。

2 故障現象

2020 年10 月5 日，監控上位機報“220 kV Ⅲ母/Ⅳ母母線電壓互感器聯合單元氣室壓力報警動作”，開關站現地控制柜報警窗彈出“220 kV Ⅲ母/Ⅳ母母線電壓互感器聯合單元氣室壓力報警動作”，220 kV Ⅲ母/Ⅳ母PT 匯控柜上報警裝置“220 kV Ⅳ母PT 間隔B6 氣室壓力一級報警”指示燈閃爍，220 kV Ⅳ母PT 間隔B6 氣室SF6密度繼電器機械壓力指示在0.62 MPa，壓力達到一級報警值，其他氣室未見異常。

3 現場檢查情況

220 kV Ⅲ母/IV 母設間隔現地PT 匯控柜報警裝置“B6 氣室壓力一級報警”指示燈閃爍，按下復歸按鈕后報警紅燈保持，無法復歸；查看其它氣室壓力均在0.65 MPa 以上，檢查IV 母PT 間隔B6 氣室SF6密度繼電器壓力檢測繼電器K510 無異常，開關站LCU A5 柜內接線無異常，排除誤報警。

現地使用SF6檢漏儀對220 kV Ⅳ母PT 間隔B6 氣室進行檢漏，將檢漏儀的探頭緩慢沿該氣室各連接口密封處和鑄件表面移動，在對PT 與隔離連接法蘭絕緣子處對接密封面進行檢測時，檢漏儀發出報警聲。對該區域進行局部通風10 min 后再次檢測，檢漏儀依舊發出報警聲，檢查該連接面螺栓連接牢固，未見有松動跡象。

經現場檢查確定在220 kV Ⅳ母PT 與隔離連接法蘭絕緣子處對接密封面存在泄漏現象，泄漏部位如圖1 所示。本次220 kV Ⅲ母/Ⅳ母母線電壓互感器聯合單元氣室壓力報警動作是由于Ⅳ母PT 間隔B6 氣室SF6氣體泄露引起的報警信號，將排查情況及結果整理反饋廠家，并由廠家制定處理方案。

圖1 漏氣位置示意圖

4 原因分析

GIS 設備是將所有電氣設備部件安裝在以SF6氣體作為絕緣和滅弧介質的封閉金屬管路中，使得設備在運行過程中不會受到灰塵、潮濕以及污染等外界因素的影響，所以GIS 的運行具有非常高的可靠性，安裝完成后無需拆卸維護，結合現場環境因素對本次SF6氣體泄露的原因推測是由于設備的制造工藝、安裝工藝問題等造成的。

4.1 制造工藝問題

設備廠家在生產法蘭連接件、盆式絕緣子和鑄件過程中未嚴格按照相關的標準要求執行，使得構件在生產中出現了沙眼、裂紋等問題，與密封圈規格不匹配，使得設備之間的連接無法得到有效密封，極易導致SF6氣體泄漏。

通過組織業主、監理、施工單位三方在GIS 設備到貨時進行驗收可以有效減少此類問題，按照技術規范書、裝箱單等資料進行驗收，重點檢查絕緣件如絕緣盆子、絕緣拉桿、套管是否存在裂紋、沙眼，檢查預充干燥氣體的運輸單元或構件是否存在失壓、漏氣情況。

4.2 安裝問題

（1）安裝質量低

在設備安裝時，現場廠家技術人員較少，安裝工作基本由施工單位人員進行，廠家技術人員負責現場指導及質量檢查，由于工作人員技術不過關，導致現場安裝質量未達到要求，可能造成密封墊圈位置偏移或者螺栓緊固力矩不恰當等現象。

為減少此類情況，對現場技術人員提出以下要求，對于220 kV 及以下工程至少有1 名參與過同型號工廠內組裝的人員，220 kV 以上工程則至少要有2 名。并且在設備安裝前，設備廠家提供設備結構對接圖、安裝作業指導書等資料，并向現場施工、監理等有關人員進行技術交底，由施工單位編制安裝施工方案，經監理、廠家審查通過后，方可進行安裝。同時，設備安裝過程中設備廠家人員全程指導，并對安裝質量進行驗收，重點關注法蘭對接安裝過程，對接前要先對法蘭面、密封槽以及密封圈進行檢查、清潔，法蘭即將對接時，采用定位銷對稱插入法蘭孔中，組件間沒有卡阻現象，對接的過程測量法蘭間隙均勻，對稱地擰緊螺栓并用力矩扳手緊固，防止出現法蘭對接不正擠壓密封圈等現象。

（2）安裝環境差

設備組裝在雷雨天進行或現場防塵措施不到位使得設備受潮、污染，接觸面存在縫隙而導致漏氣。

相關防范措施有保持安裝場地清潔、通風良好，門窗、孔洞封堵嚴實，搭設防塵室，室內空氣相對濕度小于80%，裝設空調及除塵設備，工作人員進入安裝工作區必須更換工作鞋或帶鞋套，穿著防塵服。安裝現場劃分專門的清理打磨區，不得在裝配作業區內進行產生粉塵和金屬微粒的打磨作業，對作業現場施行6S 管理，安裝設備、工位器具、輔消材料均施行定置管理，擺放整齊有序。

4.3 自然原因

GIS 設備多是采用O 形圈作為密封件，外涂密封膠，運行過程密封膠/件老化、O 型圈進水受潮,再加上熱脹冷縮影響,都會使密封件產生變形，導致SF6氣體與空氣中氧和水分反應后得到的二氧化硫酰和氟化氫，再次對密封圈腐蝕老化，導致O 型圈永久失去彈性致使漏氣。另外，GIS 設備在運行期間所產生的振動問題也會損傷設備。

對于此類現象的有效防范措施是根據設計密封圈用于安裝的位置，例如安裝在凹槽中、止口上、壓縮在兩個或多個零件之間，再結合GIS 設備運行狀態、運行環境等特點，進行密封圈橫截面形狀、硬度材料的選擇。

5 處理對策

該電廠220 kV GIS 設備正在運行，本次現場檢查發現漏氣點漏氣量微小，間隔不停電補氣可滿足對應電壓等級的安全距離，定期對220 kV IV 母PT間隔B6 氣室補充SF6氣體即可滿足安全運行。綜合考慮后決定定期補氣至正常壓力0.65 MPa 以上,并加強該氣室壓力巡查，待設備停電檢修時再徹底解決該氣室SF6氣體泄露問題。

（1）補氣前準備好10 寸和15 寸活動扳手、檢查充氣管道及充氣接頭密封良好，所有充氣管路上閥門能正常開關。

（2）在做好相關安全措施后，把SF6氣瓶直立放置在SF6移動式充氣小車上推至充氣間隔。

（3）將SF6氣瓶、減壓閥、充氣管道、充氣接口、充氣氣室補氣口依次緊密連接，各連接處擰緊，防止漏氣。

（4）將管路排氣口遠離充氣地點的下風口，用適合銅棒將排氣口逆止閥頂開，開啟氣瓶閥門，緩慢開啟減壓閥，用SF6氣體沖洗減壓閥及充氣管路內的空氣及水分，約5～10 s。

（5）取下需補氣氣室充氣閥口封蓋，將充氣管路與充氣閥嘴對接，緊固充氣管道和充氣閥嘴連接，確保密封良好，防止漏氣泄壓。

（6）充氣管路連接好后，緩慢操作開啟減壓閥，當聽到充氣管中有氣體流過聲音時，停止操作減壓閥并觀察減壓閥低壓側壓力與氣室壓力相差不大于0.05 MPa，控制好充氣量與充氣速度，緩慢對氣室充氣，觀察減壓閥壓力表及補氣氣室壓力表，以避免對氣室充入壓力過高。

（7）補氣至氣室額定壓力后，先關閉氣瓶閥門再關閉減壓閥，再將充氣接頭從氣室充氣口卸下，充氣裝置放到干燥的室內存放。

（8）完成充氣后，選擇合適接頭附件，將露點儀測量氣管上螺紋端與附件接頭連接好，用扳手擰緊，將測試氣管的快速接頭一端插入露點儀的采樣口，排氣管道連接至出氣口，將附件接頭與補氣氣室充氣口連接好，用扳手擰緊。

（9）打開露點儀電源開關，將露點儀保護按鈕調至“測量”，進入測試界面，緩慢調節流量閥，直到氣流流量達到測試儀LED 燈至綠燈位置，此時正式進行微水值測量，無需再進行任何操作。

（10）觀察露點儀面板狀態指示燈，若在閃爍，表示儀器正在進行自校準，在常亮狀態則表示自校準結束，觀察屏幕上動態測量曲線變成一條直線后，讀取氣室微水值，按相關規定要求，PT 氣室濕度應≤250 μL/L，斷路器氣室濕度應≤150 μL/L。

表1 是該電廠兩年內220 kV Ⅳ母PT 間隔B6氣室補氣的相關數據。

表1 2 年內220 kV Ⅳ母PT 間隔B6 氣室補氣情況統計

目前，該電廠已安全運行一千余天，通過表格統計的數據可以看出，當漏氣量較小，采用定期補氣的方法可保證GIS 設備安全運行，補氣后要對氣室的微水含量等參數進行監測，防止因補氣對設備造成二次影響。在日常定期的設備巡檢過程中，運行維護人員要加強對GIS 各氣室壓力的巡視檢查工作，留意各氣室內SF6壓力的變化，是否有異常漏氣的聲音、特殊的氣體味道等現象，及時發現及時排查處理。

6 結語

SF6是當前常用的絕緣、滅弧介質，隨著GIS 設備在電力系統中的廣泛使用，因設備制造工藝、自然老化等因素導致SF6氣體泄露也將在所難免，該電廠在漏氣量較小的情況下采用定期補氣的處理方法，設備保持安全穩定運行。經實踐證明，此措施處理得當，保證了投運設備的安全穩定運行，可為同類設備運行維護提供借鑒經驗。

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