气体绝缘金属封闭开关设备制造环节典型缺陷与关键点管控

王宇，杨楚明，林博楚

(1.广东电网有限责任公司电力科学研究院，广东 广州 510080；2.广州粤能电力科技开发有限公司，广东 广州 510080)



气体绝缘金属封闭开关设备制造环节典型缺陷与关键点管控

王宇1，杨楚明1，林博楚2

(1.广东电网有限责任公司电力科学研究院，广东 广州 510080；2.广州粤能电力科技开发有限公司，广东 广州 510080)

近年来，因工艺、材料、机械等方面原因导致的气体绝缘金属封闭开关设备的缺陷比例逐步增大，针对此，阐述了高压组合电器制造过程中导体焊接、涂敷作业、紧固作业的典型缺陷。结合事故实例，通过过程描述及原因分析，指出在制造各环节可能出现的安全隐患并提出管控办法。

气体绝缘金属封闭开关设备；导体焊接；涂覆作业；紧固作业；缺陷防治

在众多开关类设备中，高压组合电器气体绝缘金属封闭开关设备(gasinsulatedmetalenclosedswitchgear，GIS)在简化运维、节约土地、免受外界干扰、安装方便等方面具有绝对优势，得到了广泛应用[1-2]。广东电网早在1983年便首次引进日本三菱公司生产的110kVGIS设备。随着工业的飞速发展以及用电需求量每年高速增长，近年来，广东电网尤其是珠三角城市中变电站的建设大量选用GIS设备。截止至2015年，GIS设备总量已占开关设备总量的三分之一以上。

然而，GIS设备使用数量的高速增长导致了逐年增长的事故和缺陷率。相比其他开关设备，GIS一旦故障，其维修复杂,检修周期长，影响面积大。统计发现，超过80%GIS故障均发生在设备生命周期的初期，即制造、出厂、安装阶段。因此，加强设备的全生命周期管理，完善设备生产环节的质量把控，越来越受到供电企业的重视[3-12]。

GIS设备的生产制造过程中，零部件、组部件的进场检验，焊接、紧固、涂敷作业以及设备装配是关乎其整体质量的关键环节。本文结合实例进一步说明各环节典型缺陷及防控措施。

1　导体焊接缺陷实例

某供电局对500kV混合式全式绝缘金属封闭开关设备(hybridgasinsalatedmetalenclosedswitchgear,HGIS)进行回路电阻的测试过程中，发现其中一串联络回路电阻无数据。解体检查后，发现其套管内导体根部断裂、脱落。对导体断口进行宏观观察(如图1所示)，发现断口较平整，未见明显的塑性变形，上、下断口吻合良好，根部存在整圈未焊透情况，可见明显的铜锈。

对该导体其他焊接位置进行剖面取样，磨抛后采用盐酸氯化高铁酒精溶液腐蚀，进行进一步的金相分析，发现其存在根部未焊透，穿晶裂纹缺陷(如图2所示)。

图1　导体断口外观

图2　焊接位置金相图

从断裂导体其他焊接位置取样4处进行抗拉强度测试，结果见表1。

表1焊接位置抗拉强度

编号试样厚度/mm试样宽度/mm最大拉力/kN抗拉强度/(N·mm-2)111.319.89.2341.25211.119.719.7290.20312.019.917.3672.70411.219.97.9335.58

由此可见，4处试样抗拉强度大小差别非常大，且都是从焊缝处断裂，先从未焊透开始向外逐步断开。综合上述分析结果，该导体断裂为焊接工艺管控不当所致。

2　涂覆作业缺陷实例

某电厂对一220kVGIS断路器进行分闸操作后约1s发生短路事故，母差及主变压器差动保护动作，故障录波显示该断路器U相发生对地短路事故，短路电流约为25kA。后经气体组分分析确认该开关间隔U相断路器气室SO2气体超标，达到25μL/L，其他气室气体组分正常。由此确定故障位置位于该开关间隔U相断路器气室。

对该气室进行开盖检查，发现故障部位位于动触头侧主回路导体与灭弧室的连接部位，导体表面受到严重灼伤，对应位置的外壳内壁有明显烧蚀痕迹及炭化变形(如图3所示)。由于观察角度和位置欠佳，无法看到外壳内壁灼烧点的准确位置和情况，因此对该间隔进行进一步解体分析。

图3　故障部位烧蚀及灼伤情况

在拆除故障断路器动触头侧电流互感器(currenttransformer，CT)后发现，主回路导体及腔体内部存在放电产生的大量粉末。从动触头侧CT部分导体到断路器动触头部分，存在多处对壳体的放电痕迹(如图4所示)。

图4　拆除CT部分后导体外观

检查解体后的CT内壁，发现在放电部分上方，一处约为20mm×30mm的漆膜已经脱落(如图5所示)，仔细检查解体后的断路器各个位置，并未发现脱落的漆膜。由于该漆膜脱落位置与多处放电位置均在壳体内侧，且位于放电位置的正上方，因此可以推断，该漆膜由于断路器的操作振动脱落，下降过程中导致导体与壳体间绝缘性能降低，从而造成对壳体放电。

图5　CT内壁漆皮脱落情况

造成漆膜脱落的原因为该壳体在涂装前局部脱脂清洗不良，致使该部位漆膜附着力差。由于漆膜位于壳体中上部，检查时也未发现，经过一段时间后由于电磁振动或热胀冷缩作用造成该部位漆膜暴起。断路器分闸操作1s后，由于断路器动作产生的振动致使漆膜脱落造成放电。

3　紧固作业典型缺陷

某供电局试验研究所在对一110kVGIS设备进行红外测温巡视中，发现某间隔断路器气室上部温度明显高于同间隔相邻气室，较相邻间隔断路器气室温度高2～3 ℃。随后对该间隔进行了超高频局部放电检测及气体分解产物检测，试验结果均未发现异常。但以手触摸发现该断路器气室上部仍存在明显发热，罐体伴有轻微振动，而相邻间隔均无前述现象。

经开盖检查，发现断路器上端三相连接铜管与CT侧盆式绝缘子导体嵌件连接螺丝均有不同程度松动，甚至部分位置可直接用手拧动。经分段回路电阻测试发现V相端头与连接铜管接触面电阻数值远大于其余两相，且金属法兰面有高温烧灼痕迹。拆下V相连接铜管的过渡板，发现其接触面已过热烧黑，过渡板的4个固定螺丝孔有明显烧损，螺杆和垫片均存在烧熔现象(如图6所示)。

图6　连接过渡板及其固定螺丝存在过热烧损

该设备断路器额定电流为1 250A，一般运行电流为100A左右。尽管导体连接存在多处松动，但在导体连接面镀银、负荷轻微的情况下，一直未发现异常。随着酷热天气下的负荷上升，导体连接松动的缺陷进一步恶化，导致接触不良处开始发热，并伴随有气室壳体振动现象。若任其发展，可能因高温导体烧融，导致GIS相对地或相间故障，酿成重大设备事故。

4　关键点管控

为及早发现上述类型缺陷，电网企业应加强设备制造关节各关键点的监造力度，明确检查内容和验证试验方法。针对以上3个环节的监造关键点要求见表2。

表2制造环节关键点见证要求

关键点设置监造内容相关验证试验导体焊接检查焊接部件尺寸;预热温度保证;焊缝外观检查:焊缝饱满,与母材过渡圆滑,无咬边、凹坑等缺陷X射线、超生波探伤,着色探伤;力学性能测试涂覆作业导电滑动、机械滑动、轴密封、解体部分等涂敷润滑脂;SF6气体中的密封面(绝缘盆子面、金属法兰面)涂敷硅化合物密封胶;箱体(操作机构箱体、仪表箱、控制柜等)和机架接合部须涂敷防水密封胶(仅针对户外设备)剥离试验;镀银层厚度检测;镀银层硬度检测,如研磨试验等紧固作业所有紧固件如螺栓、螺钉、销子等无漏装;各紧固点力矩值应达到技术标准的要求;产品装配过程中M6以上螺栓类(包括M6),以及其他螺纹紧固后须作紧固标记力矩检测

5　结束语

近年来，高压组合电器设备缺陷分析与防治受到了越来越多的关注。同时，由机械传动、设备材料等原因引发的缺陷逐步增多，因此，电网企业应逐步转变原有的重电气、轻机械、重设备、轻材料的固有观念，充分重视和借鉴该类事故的原因分析及后续处理措施，将设备质量隐患消除在生产制造阶段。

[1]罗学琛.SF6气体绝缘全封闭组合电器(GIS)[M]. 北京：中国电力出版社，1999.

[2]肖登明，董越，黄东海.我国特高压输电工程的GIS技术[J]. 高电压技术，2006，32(12)：115-117.

XIAODengming,DONGYue,HUANGDonghai.GISTechnologyofUHVTransmissionEngineeringinChina[J].HighVoltageEngineering, 2006, 32(12):115-117.

[3]卢启付，李兴旺，徐小刚，等.基于ANSYS的GIS隔离开关短路事故分析[J]. 高压电器，2012，48(8)：76-79.

LUQifu,LIXingwang,XUXiaogang,etal.AnalysisofShortCircuitAccidentforGISIsolatingSwitchDisconnectingSwitchBasedonANSYS[J].HighVoltageApparatus, 2012,48(8):76-79.

[4]卢启付，李兴旺，程养春，等.一起装配清洁度不够导致的GIS隔离开关短路事故分析[J]. 广东电力，2011，24(11)：106-108.

LUQifu,LIXingwang,CHENGYangchun,etal.AnalysisonShortCircuitAccidentofEarthingSwitchofGasInsulatedMetal-enclosedSwitchgear[J].GuangdongElectricPower,2011,24(11):106-108.

[5]季严松，王承玉，杨韧，等.SF6气体分解产物检测技术及其在GIS设备故障诊断中的应用[J]. 高压电器，2011，47(2)：100-103.

JIYansong,WANGChengyu,YANGRen,etal.MeasuringTechniqueofSF6DecompositionProductsandItsApplicationinFaultDiagnosisofGIS[J].HighVoltageApparatus,2011,47(2):100-103.

[6]MARTINDJ,FARISHO,HAMPTONBF.BroadbandCouplersforUHFDetectionofPartialDischargeinGas-insulatedSubstation[J].IEEEProc-SCI.MEAS.Technol.,1995,142(3):237-243.

[7]MARTINDJ,LIYang,IANBBH.PartialDischargeMornitoringforPowerTransformersUsingUHFSensorsPart1:SensorsandSignalInterpertation[J].IEEEElectricalInsulationMagazine,2005,21(2):5-14.

[8]KAWADAM,TUNGKANAWANICHA,KAWASAKIZ,etal.DetectionofWidebandEMSignalsEmittedfromPartialDischargeOccurringinGISUsingWaveletTransform[J].IEEETrans.onPWRD, 2000, 15(2):467-471.

[9]REIDA,JUDDM,JOHNSJONEC.DevelopmentofUHFTransformerProbeSensorsforOn-linePartialDischargeMeasurement[C]//UniversitiesPowerEngineeringConference(UPEC),[S.l.]:IEEE,2009:1-4.

[10]于建辉，李海德.GIS绝缘问题研究综述[J]. 陕西电力，2013，41(5)：27-33.

YUJianhui,LIHaide.SummaryofGISInsulationStudy[J].ShaanxiElectricPower,2013,41(5):27-33.

[11]李信，李成榕，丁立健，等. 基于超高频信号检测GIS局放模式识别[J].高电压技术，2003，29(11)：26-30.

LIXin，LIChengrong，DINGLijian,etal.IdentificationofPDPatternsinGasInsulatedSwitchgear(GIS)BasedonUHFSignals[J].HighVoltageEngineering，2003，29(11)：26-30.

[12]王建生，邱毓昌，吴向华，等. 用于GIS局部放电检测的超高频传感器频率响应特性[J].中国电机工程学报，2000，20(8)：43-46．

WANGJiansheng，QIUYuchang，WUXianghua，etal.FrequencyResponseCharacteristicsoftheUHFSensorsforPartialDischargeDetectioninGis[J].ProceedingsofthetheCSEE，2000，20(8)：43-46．

(编辑查黎)

Typical Defects and Key Points Management for Manufacturing Chain ofGasInsulatedMetalEnclosedSwitchgear

WANG Yu1, YANG Chuming1, LIN Bochu2

(1.ElectricPowerResearchInstituteofGuangdongPowerGridCo.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong510080,China; 2.GuangzhouYuenengPowerTechnologyDevelopmentCo.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong510080,China)

Inrecentyears,defectratioofgasinsulatedmetalenclosedswitchgear(GIS)causedforreasonsofprocess,materials,machineriesandsoonisgraduallyincreasing.Therefore,thispaperstatestypicaldefectsofconductorwelding,coatingoperationandfasteningoperationinthecourseofmanufacturingofhighvoltageGIS.Combiningwithaccidentalexamples,itdescribesandanalyzesreasonsfordefects,pointsoutprobablesecurityhiddendangersinalllinksandpresentsmanagementmeasures.

gasinsulatedmetalenclosedswitchgear(GIS);conductorwelding;coatingoperation;fasteningoperation;defectprevention

2016-03-04

10.3969/j.issn.1007-290X.2016.08.020

TM216

B

1007-290X(2016)08-0107-04

王宇(1984)，男，河北保定人。工程师，工学硕士，从事电网主设备物资品控工作。

杨楚明(1962)，男，广东揭阳人。高级工程师，工程硕士，从事电网设备器材检验与质量控制工作。

林博楚(1987)，女，广东阳江人。经济学学士，从事电网主设备物资品控工作。