GIS主母线法兰裂纹分析

王亮

(新东北电气集团高压开关有限公司，辽宁沈阳110025)

1.引言

程家变电站252kV GIS现场4号母线法兰出现裂纹，SF6气体发生泄漏。发现北台一线间隔4号母线与300mm长伸缩节对接的法兰根部出现长约110mm裂纹。

2.工程描述

程家变电站252kV GIS工程为双母双分段结构布置，该工程本期设备为双母线118m，其中1M、2M长度58m，3M、4M长度59m，共有9个断路器间隔，14个非断路器间隔。发生法兰裂纹的4号母线总长约59m。为了消除热胀冷缩对母线造成的不利影响，该母线配置7组伸缩节，其中3组温度补偿伸缩节、4组安装调整伸缩节。GIS现场4号母线与300mm长伸缩节对接的法兰根部出现长约110mm裂纹，SF6气体发生泄漏。对现场支撑进行实地勘测，发现部分滑动支撑产生了不同程度的滑动位移。

3.温度补偿伸缩节的工作原理

温度补偿伸缩节长度可变，母线的热胀冷缩变形量通过伸缩节的变形吸收。母线整体安装完毕后，充入SF6气体，松开锁紧螺母，这时温度补偿伸缩节碟簧筒内的碟簧被释放，预先设置的预压力与SF6气体形成的端盖力互相平衡，使母线处于一种相对比较自由的状态。温度补偿伸缩节属于弹性元件，具有一定的柔性，当温度变化使母线发生热胀冷缩时，母线长度变化量就可以由温度补偿伸缩节吸收。本工程使用的温度补偿伸缩节有效伸缩量为±20mm。由于温度补偿伸缩节属于弹性元件，就像弹簧一样，当长度变化时要产生一定的位移力，这个位移力的大小由伸缩节的刚度决定。其安装前后状态详见下图：

(1)处于锁紧状态的温度补偿型伸缩节

(2)处于正常工作状态的温度补偿型伸缩节

1.法兰 2.弹簧调节器 3.螺母 4.螺杆 5.螺母6.垫圈 7.螺母

关于伸缩节的补偿（设定安装温度为20℃时）：

在环境温度为40℃时（根据技术协议），4号母线由于温度升高而产生的位移量△L=△L(罐)-△L(基础)=56.404-13.806=42.598mm；

在环境温度为-35℃时（根据技术协议），4号母线由于温度降低而产生的位移量△L=△L(罐)-△L(基础)=77.5555-37.9665=39.589mm。

4号母线所设3组温度补偿伸缩节（每组补偿量±20mm）补偿量总计为±60mm，伸缩节的设计补偿量满足4号母线由温度变化而产生的最大位移量42.598mm，且具有一定裕度。（参考日立位移计算法）

4.固定和滑动支撑点设置

4号母线共设置38组支撑点，其中固定支撑点8组，可滑动支撑点30组。固定支撑结构为M30螺杆上下配平垫、弹垫、螺母锁紧，滑动支撑结构为罐体支撑处上下加垫聚四氟垫片后配平垫和双螺母备紧。

5.产生裂纹原因分析

5.1 将出现裂纹的法兰返厂并进行铸造检测（除裂纹处），其Fe含量略高，但检测性能等结果符合标准要求。由于裂纹处是否存在铸造缺陷无法检测，因此不能排除铸造法兰的内部缺陷是导致造

5.2 在装配过程中，安装调整伸缩节应松开螺母，以利调节尺寸，安装完毕后即锁紧。若本间隔双母线现场安装对接时，安装调整伸缩节未完全对法兰间隙进行调整，即安装时法兰间就存在应力（应力值无法准确估算）。在温度变化时，此应力可能造成法兰根部出现裂纹。

6.解决措施：

6.1 对现场裂纹主母线罐体进行整体更换

6.2 母线法兰由原铸造工艺改为锻造工艺，加强零部件性能。

6.3 严格外协零部件进厂检验。

6.4 提高现场安装质量，完善安装工艺守则，对于安装调整伸缩节的使用做进一步规范，尽可能消除人为因素造成的现场运行设备问题；

［1］GB7674-2008《额定电压72.5kV及以上气体绝缘金属封闭开关设备》