右江水电厂GIS室穿层套筒气体泄漏的分析与处理

卢寅伟（广西右江水利开发有限责任公司，广西 南宁 530028）

右江水电厂GIS室穿层套筒气体泄漏的分析与处理

卢寅伟
（广西右江水利开发有限责任公司，广西 南宁 530028）

摘要：右江水电厂发生了由于防火封堵用材的不正确而导致GIS室穿层套筒气体泄漏的严重设备损坏事件，本文对事件的起因进行了详细分析，提出了临时处理措施，希望对其他工程有借鉴意义。

关键词：穿层套筒；泄漏与分析；处理与建议

0　引言

百色水利枢纽位于郁江上游干流右江，坝址布置于百色市上游22km处，是国家计委批准的《珠江流域西江水系郁江综合利用规划报告》中的第二梯级，为治理和开发郁江的关键性工程，同时也是西部大开发的标志性工程，水利枢纽以防洪为主，兼有发电、灌溉、航运、供水等综合效益。右江水电厂为枢纽的主要部分之一，安装4台135MW的混流式水轮发电机组，2006年7月第1台机组投产，同年，4台机组全部投入运行。电厂GIS为西安开关厂2005年生产的产品，2006年投运，2013年10月发现GIS室内穿层套筒存在气体泄漏缺陷。

1　右江水电厂GIS室穿层套筒气体泄漏原因分析

1.1设备检查情况

GIS室穿层套筒发生气体泄漏后，电厂联系桂能科技有限公司有关人员对设备进行检查，情况如下：

（1）在220kV侧夹层与GIS穿层套管内侧防火泥连接处发现2处明显的气体泄漏点，拆除所有穿层套筒防火材料后，发现穿层套管局部表面鼓包，严重腐蚀，呈现点状、孔状的局部腐蚀形态（图1），腐蚀严重的部位已穿透壳体。

（2）GIS室内15根穿层套筒有12根发生腐蚀，其中，220kV侧12根有11根发生不同程度腐蚀，110kV侧3根均存在腐蚀现象，且220kV侧比110 kV侧腐蚀严重，2号主变C相、4号主变A相穿层套筒腐蚀最严重，SF6气体压力已报警；其余13根穿层套筒SF6气体压力仍保持正常。

图1穿层套筒表面腐蚀情况

（3）在套筒上的腐蚀部位均为筒体与防火泥、防火石棉挡板等防火材料直接接触的部位，均分布在接触面的中、下部，如图2所示。

图2筒体与防火泥接触部位的腐蚀情况

（4）GIS壳体外层涂漆表观正常，未发现异常损伤痕迹。

根据现场设备故障情况，此次GIS穿层套筒腐蚀涉及的设备材料主要有GIS壳体（220kV侧为铝合金、110kV侧为铁）、防火石棉挡板、防火泥、防火包等材料。

1.2设备泄漏原因分析

铝合金的抗腐蚀性能主要源自其表面致密的氧化铝膜，能有效的隔离氧气，当氧化铝薄膜受到破坏后，腐蚀反应将可以继续向纵深方向发展。氧化铝是二性氧化物，跟酸碱都能起反应，在酸性和强碱性溶液中都会腐蚀。铝在中性水溶液中，一般比较稳定，但当水中含卤素离子时，Al3+与卤素离子发生络合反应，不利于氧化铝保护膜的形成，碱性水溶液中含卤素元素的离子时，会大大加速铝合金的腐蚀。

从右江水电厂GIS穿层套筒所接触到的材料分析，石棉挡板、防火泥、防火包这3种材料的浸出液均呈碱性，即这些材料在潮湿的空气中会发生水解反应，生成OH-并促使氧化铝发生腐蚀反应：

Al2O3+2OH-→2AlO2-+H2O

经查，金属铝在pH值为4.3～8.5范围内，可形成氧化铝膜，因此，此pH范围可称为钝化区，当pH值超出钝化区范围，铝与H+或OH-即可发生进一步的腐蚀反应（如图3），另一方面，当与铝接触的溶液中含Cl-、F-等卤素离子时，腐蚀速度加快，图4反映了铝在纯水和人造海水中的腐蚀极化曲线。

图3铝在水溶液中的电极电位图

图4铝在纯水、人造海水中的腐蚀极化曲线

而长时间处于潮湿空气中的铁会缓慢氧化，发生吸氧腐蚀，2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2，这也是铁生锈的原因。

正常情况下，GIS筒体外壳应涂敷耐腐蚀的防锈漆用于隔离氧气、酸、碱等腐蚀组分，从现场检查的情况看，右江水电厂筒体外壳涂敷防锈漆无刮痕等外力破坏痕迹，在发生腐蚀反应的部位，几乎看不到涂漆层，据此判断，筒体外壳涂敷的是普通的防锈漆，可与碱液发生腐蚀反应。

桂能科技公司化环所对从现场取回的石棉挡板、防火泥等材料及腐蚀产物进行试验检测，实验室检测过程如下：

（1）分别将石棉挡板、防火泥、防火包样品用研钵捣成粉末状备用。

（2）各取粉末约20g加入50mL除盐水，静置20min测pH值。

（3）测量（2）所制成的水溶液的Cl-含量。

（4）测量铝合金侧腐蚀产物含量。

检测结果如表1：

表1

表2铝合金腐蚀产物（%）

以上试验情况表明：与GIS穿层套筒接触的材料中，防火包、防火泥、防火板的水溶液pH值在铝的腐蚀区域，而氯离子的存在则加快了腐蚀速度。

通过以上调查分析及试验室试验，从技术层面分析，造成右江水电厂GIS穿层套筒气体泄漏的原因主要有：

（1）安装单位购置、安装的石棉挡板等防火材料，在水分及Cl-存在的情况下，可对外壳铝合金、钢铁材料发生腐蚀反应，并导致穿层套筒穿孔漏气；

（2）GIS外壳涂敷的防锈漆不具备抗酸碱腐蚀功能，在碱性条件下，防护漆发生化学反应，没有起到保护铝合金或钢铁的作用。

2　穿层套筒的处理

穿层套筒发生泄漏后，电厂立即组织人员将与套筒紧密接触的石棉挡板、防火泥等材料隔离。对于已经泄漏且腐蚀严重的套筒，按厂家要求，穿层套筒发生腐蚀泄漏后必须更换，但由于套筒必须临时定货，供货周期长达2个月，再加上施工工期，必将影响电厂发电任务的完成。经联合西开公司技术人员现场检查确认，对现已腐蚀穿孔的套管先采取临时封堵措施，待套管备品到货后再更换。临时封堵处理方案如下：

（1）停电，回收漏气套管内SF6气体，保持管内压力对外微正压，约0.12MPa。

（2）打磨干净套管腐蚀面，清理干净腐蚀面外圈，外圈径向尺寸约20mm，用液态金属封堵漏气孔洞，并补平腐蚀面。液态金属为伍尔特液态金属。

（3）用厚5mm的耐油橡胶垫覆盖腐蚀面，橡胶垫稍大于腐蚀面外圈尺寸。橡胶垫外再用抱箍抱紧，用螺栓在腐蚀面对侧紧固抱箍，压紧橡胶垫，使橡胶垫与腐蚀面外圈形成密封面。（抱箍用不锈钢板制作，用螺栓抱紧在钢板上，厚度约2.5mm，高度稍大于橡胶垫尺寸）。

（4）套管充气至正常压力，检测套管有无泄漏，检查管内气体是否合格。

临时处理后，运行近一年，设备运行情况良好。

3　结论与建议

该设备损坏事故是因为石棉挡板、防火泥等防火材料使用不当引起，但在设计和施工过程中，防火材料的使用确无明确规定，而且厂家、业主也未对其进行监测，因此希望该事件能对其他工程具有借鉴意义。为保证电厂GIS长期稳定运行，对套筒采取以下措施：

（1）加强GIS穿层套筒腐蚀防护工作。严禁套筒外壳与可导致腐蚀反应的材料（如石棉板、防火泥等）直接接触，建议穿层套筒封堵挡板选用非导磁金属板、带气隙钢板或环氧树脂板，填充材料应选用橡胶。如需选用其余材料，使用前须对该材料的适用性作试验检查（用纯净水将板材湿润，20min后用简易pH试纸检测，pH值超出4～9范围时，应考虑使用其合格的板材，必要时可送样至桂能公司检测）；严禁在橡胶板外表面涂敷碱性涂料及含卤素离子的粘合剂。

（2）加强对GIS外壳及外层涂漆的质量检查工作，涂漆应能满足对管道防酸碱腐蚀要求。

（3）已发生泄漏及严重腐蚀的套筒进行更换，轻微腐蚀的套筒其腐蚀产物应去除彻底后再按防护漆涂刷要求进行。

（4）在天气潮湿的季节，应保证抽风机正常工作。

（5）加强对现运行的GIS穿层套筒的运行监督，如发现穿层套筒气体压力异常下降、气室SF6气体泄漏问题，应更换。

中图分类号：TM595

文献标识码：B

文章编号：1672-5387（2015）03-0044-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.03.013

收稿日期：2014-11-19

作者简介：卢寅伟（1981-），男，工程师，从事水电厂技术管理工作。