GIS设备漏气故障常见原因分析及防范措施

张丽娟，张天河，赵 航

（国网山东省电力公司检修公司，山东 济南 250118）

0 引言

GIS设备，即气体绝缘金属封闭开关设备，将变电站中除变压器、电容器等以外的所有一次设备全部密封在接地金属壳体内的金属封闭开关设备［1］，内部采用SF6气体作为绝缘介质［2］。GIS设备在运行中会出现多种异常现象，同时，由于不同厂家在产品设计、安装等技术性能上的差异，其产生异常的原因也各不相同。通过对近几年变电站内GIS设备运行状态情况进行统计，发现GIS设备经常出现SF6气体泄漏、绝缘故障、局部放电等故障［3］。

GIS设备中出现频率最高的故障为SF6气体泄漏。据统计，GIS设备中易出现气体泄漏现象的部位主要有母线伸缩节、法兰密封面、壳体焊接处及注胶孔等部位。

1 伸缩节漏气原因分析及防范措施

对于运行于户外的220 kV及以上电压等级的GIS设备，在受到室外环境温度及太阳直射的影响下，GIS壳体会发生较大的热胀冷缩现象，为适应GIS壳体的这种变化，常常在GIS母线筒中设置伸缩节［4］。

1.1 伸缩节漏气原因分析

GIS设备中，主要应用的伸缩节有4种类型［5］：压力平衡型伸缩节、复式拉杆连接型伸缩节、自由型伸缩节（典型代表为碟簧型，如图1所示）和力平衡型伸缩节。由于不同类型伸缩节的变形范围及调节方式的不同，伸缩节在GIS设备的使用中，受到安装工艺和制造工艺的影响，不能满足及时调节伸缩节以适应GIS壳体变化的要求，因此，在GIS伸缩节安装处容易发生由伸缩节原因引起的GIS设备漏气现象。

如图2所示，由于补偿型伸缩节拉杆的限位螺母紧固不当，使碟簧筒内弹簧压缩尺寸过大，导致伸缩节不能正常拉伸补偿，造成两端的母线法兰受力形成裂缝漏气。

图1 碟簧型伸缩节

图2 伸缩节法兰对接面形成裂缝

1.2 伸缩节漏气防范措施

补偿型波纹管安装调节。按照厂家提供的调整方案，通过调节波纹管拉杆螺母，将波纹管碟簧压缩量减小，调整完毕后，再依次锁紧螺母1、螺母2，松开螺母3至距碟簧套筒间隙，如图3所示。

图3 补偿型伸缩节

在伸缩节的4个方向上加装标尺，如图4所示。结合设备日常巡视，加强伸缩节变形量的监测，记录标尺数据，定期对数据进行比较、分析，及时发现波纹管各方向伸缩量异常情况。

在冬季低温季节，对GIS母线罐体采取保温措施。在GIS母线筒和伸缩节表面包扎保温石棉，如图5所示，利用减少GIS壳体收缩量来避免伸缩节补偿不到位出现的漏气现象。

图4 伸缩节加装标尺

图5 伸缩节加装保温层

1.3 预防伸缩节漏气的在线监测装置

为预防户外GIS设备母线伸缩节在补偿壳体热胀冷缩的变化量时，出现配合不完善现象导致伸缩节处漏气故障，研制一款GIS设备伸缩节弹簧补偿量在线监测装置，如图6所示。

图6 在线监测装置

该装置基于激光测距系统，将测距模块、温度模块测得的伸距离数值和环境温度数值，通过传输系统传送到显示后台，然后利用后台软件自动分析伸缩节四角距离数值之间的数据差，当差值超过10 mm时，即发出报警信号，提醒检修人员对信息做出判断并及时对伸缩节进行调整，避免SF6气体泄漏等事故发生。

该装置在使用中可安装于伸缩节同一侧的四个对角位置，能实时检测补偿量变化的在线监测装置，解决了现有户外GIS设备伸缩节补偿量监测技术的不足，实现了严格意义上的对伸缩节补偿量全方位、立体式、无死角覆盖式监测，从根本上解决伸缩节补偿量变化造成的设备事故。

2 法兰密封面漏气及防范措施

2.1 锈蚀漏气

GIS设备户外法兰密封面防水胶老化、开裂，失去防水作用，雨雪长期侵蚀，易造成密封面锈蚀漏气，如图7所示。环氧树脂盆式绝缘子外圈无金属法兰，基建施工螺栓紧固力矩不均，冬季低温罐体收缩，在内部应力作用下，易导致环氧树脂螺栓孔处产生裂纹，造成密封失效漏气。

设备铸造工艺方面，罐体法兰跨接连片螺栓紧固处采用U型设计，如图8所示，雨水沿螺栓渗入，造成密封面锈蚀引起漏气。

图7 锈蚀法兰对接面

图8 法兰跨接

针对由法兰对接面连接螺栓问题引起的漏气，现场采取的防范措施是在不停电状态下，将原螺栓更换为不锈钢螺栓，碗状防水垫圈更换为两平一弹垫圈，加强法兰刚性连接，更换后用防水胶把螺栓头和螺母密封，避免进水引起法兰锈蚀；对于已经锈蚀或锈蚀严重的法兰面，结合设备停电，对锈蚀法兰面进行打磨，清理已老化开裂的密封胶，用金属封堵胶对法兰面重新密封治理；从设备运行环境方面考虑，可以在法兰处加装防雨罩，将法兰包住，防止雨水侵蚀，如图9所示。

图9 设备加装防雨罩

2.2 密封圈老化、设计不合理

GIS设备法兰对接面所采用的密封圈在使用过程中，受温度变化、机械应力等的影响，会逐渐发生氧化老化、疲劳劣化等现象，造成GIS设备法兰对接面密封不良，导致法兰处漏气。GIS法兰密封圈多采用O型密封圈，当密封圈直径设计不符合要求时，对法兰对接面的连接处不能起到良好的密封作用，造成法兰对接面发生漏气。

针对由密封圈老化引起的漏气，在设备安装阶段要严格把关质量验收，密封圈无老化、裂纹等情况；在设备解体检修时，要更换密封圈，已使用过的密封圈不得使用。

变电检修人员在进行某500 kV变电站GIS设备带电检测过程中，发现隔离开关气室法兰处存在明显的漏气现象。经过对该气室所在间隔进行停电检查，发现法兰对接面绝缘盆子密封圈有明显的损坏现象，如图10所示，O型密封圈表面有两处细微老化现象，密封圈下部有一长43 mm老化，左下部有一长25 mm老化，用手按密封圈有发粘现象。

图10 损坏的密封圈

2.3 法兰安装对接不均衡

GIS设备在安装过程中，由于安装工艺不严谨，使得设备在运行过程中出现漏气故障。若连接GIS母线筒的两个罐体的中心线不在一条直线上，在其对接密封面处会产生较大的不对称扭矩，严重时会导致两密封面产生相对位移，密封度显著降低，最终导致SF6气体泄漏故障的发生。

为防止这种情况的发生，在进行GIS两母线筒对接安装时，应采用多根定位棒进行定位，同事要加强设备安装监督、优化安装工艺，确保对接面完全密封。

3 GIS壳体漏气及防范措施

3.1 设备安装工艺问题

GIS设备组装完成，设备内部进行SF6充气之前，需要对设备各个连接处、对接面进行注胶工作。在注胶过程中，若法兰及盆式绝缘子对接面注胶不规范，会存在漏注、注胶不满的现象，导致法兰密封不严，甚至会发生法兰渗水、受潮等现象，如图11所示。

图11 法兰对接面注胶不规范

3.2 壳体铸造工艺问题

GIS设备壳体在铸造生产时，若铸件存在砂眼，壳体焊接温度或方法不当，会造成焊缝存在质量问题，会在设备壳体内部存有气泡或缝隙。随着设备运行时间的增加，砂眼和焊缝缺陷劣化，造成设备漏气，如图12所示。

图12 设备铸造工艺问题

对于基建安装及设备铸造工艺方面出现的问题，要在基建阶段，要对罐体焊缝进行X射线探伤检测，验收时厂家应出具相关检测报告。当出现设备砂眼和焊缝引起的漏气时，在符合安全规定的情况下，可以采用带电堵漏和补焊的方法治理。

4 结语

针对GIS设备常见漏气部位，如伸缩节、法兰密封面、壳体焊接处等，进行了原因分析，并结合案例提出有效防范措施。GIS设备伸缩节漏气主要与伸缩节的类型及安装、设计等工艺有关，及时监测伸缩节热胀冷缩补偿量的变化可以很好地预防伸缩节漏气现象；GIS设备母线筒连接对接面密封不严，发生进水锈蚀、密封圈老化、法兰安装对接不均衡等，均会造成设备漏气；GIS壳体在铸造、安装工艺中出现的砂眼、注胶不规范等，易引起设备壳体漏气。通过严格把关GIS设备质量，改良设备设计、安装等工艺，可有效降低GIS设备漏气故障率。

［1］王诚良.全封闭 SF6组合电器的应用［J］.宁夏电力，2009（3）：24-25.

［2］高敏.GIS 设备的运行及维护［J］.电工技术，2012（3）：59-60.

［3］陈林东.GIS设备缺陷分析及检测技术研究［D］.广州：华南理工大学，2012.

［4］黄坤鹏.伸缩节在 GIS 中的应用［J］.电气制造，2011（6）：40-41，43.

［5］王兆军，聂二磊，谢田桑.膨胀节在GIS中的使用方法［J］.电气时代，2015（9）：64-68.