关于新东北GIS设备SF6气体泄漏的分析与探讨

崔辰晨，王春伟，闫 佳，刘小红，张志平

(国网长治供电公司，山西 长治 046011)

1 概况

气体绝缘全封闭组合电器(GIS)具有占用空间小，运行可靠性高，维护工作量少，不受外界环境条件影响，无静电感应和电晕干扰，噪声水平低，抗震性能好等优点，在变电站中大量应用。但在实际运行中，特别是对暴露在户外的GIS设备，长期经受风霜雨雪等恶劣天气的影响，设备密封性会逐渐降低，严重时可能引起漏气事故，且事故后的平均恢复时间比常规设备更长，甚至可能影响电网的安全稳定运行[1]。

长治供电公司目前共有110 kV及220 kV 10座GIS变电站，其中4座110 kV变电站为室内布置，6座220 kV变电站全部为室外布置。室内GIS变电站自投产以来均未发生设备漏气事故，6座220 kV室外变电站中，有4座为新东北电气高压开关有限公司(简称新东北电气)生产的GIS设备。在实际运行中发现，对于暴露在室外的GIS设备，由新东北电气生产并已投运的户外GIS设备已发生多起严重的漏气事故，特别是在冬季。

2 原因分析

常见的GIS设备漏气原因有：盆式绝缘子裂纹漏气、气室连接铜管破裂漏气、气室外壁焊缝砂眼漏气、铸件上金属部件与瓷件连接处松动漏气等[2]。对长治供电公司近10年的新东北GIS设备漏气事故进行统计发现，所有事故中，盆式绝缘子裂纹漏气占92%，为新东北GIS设备漏气事故的主要原因。

2.1 盆式绝缘子的密封原理

盆式绝缘子一般有三相和单相之分。长治供电公司220 kV设备以及线路TV使用的是单相绝缘盆，110 kV设备使用的是三相绝缘盆，其主要作用有：固定母线及母线的插接式触头；母线对地或相间的绝缘作用；密封作用如图1、图2所示。2种密封方式对比见表1。

2.2 典型漏气案例分析

据统计，新东北所有绝缘盆漏气故障均发生在每年11月至次年2月，以下是典型案例的解体分析。

表1 盆式绝缘子的2种密封方式对比

图1 第1种密封方式(单相)

图2 第2种密封方式(三相)

a.220 kV平顺站160东母电流互感器与断路器之间绝缘盆漏气。

2017年2月6日，平顺站110 kV母联160断路器气室压力降低并报警，该设备为新东北电气2009年生产的GIS组合电器，于2010年1月投产。检修人员现场采用红外检漏技术仔细检查所有可能存在的漏气部位，最后发现母联160东母电流互感器与断路器之间绝缘盆漏气较严重。在解体过程中发现，螺栓本体锈蚀严重，绝缘盆下侧紧固螺栓孔部位存在积水，且螺孔处有一条较长裂痕，裂痕均已越过密封槽，如图3所示。初步判断为雨水通过螺栓螺纹处渗入绝缘盆下侧形成水珠，而相关断路器、电流互感器等主设备高压试验全部合格，故认为绝缘盆裂纹为导致该事故的直接原因。

b.220 kV西庄站110 kV南母第1、2气室之间绝缘盆漏气。

2017年10月8日，西庄站110 kV南母第1气室压力降低并报警，该设备为新东北电气2007年生产的GIS组合电器，于2007年10月投产。检修人员红外检漏后发现第1、2气室之间绝缘盆存在较严重的漏气现象，解体拆下绝缘盆后发现两侧母线无法对接于一条直线，初步判断安装时强行母线对接导致中间的绝缘盆受力，在长时间电动力作用下发生破裂。

c.220 kV东鸣站201、202、277、278间隔6处漏气。

2015年11月，长治供电公司对未参加GIS设备带电检测竞赛的变电站开展自检工作，发现东鸣站220 kV设备存在5处漏气，主要存在于202南隔离开关A相、277南隔离开关C相、277北隔离开关C相、278南隔离开关B相、278北隔离开关C相。2016年4月，又发现201 A相南、北隔离开关之间也存在漏气。该设备均是新东北户外GIS设备。2016年9月，220 kV东鸣站综合检修，历时7天，消除存在的6处漏气缺陷。解体后发现6个绝缘盆螺孔内侧均有长3～12 cm裂纹，有的裂纹已穿越密封槽，且所有绝缘盆与法兰连接面均未填注密封胶，201南、北隔离开关间的竖盆下方螺栓孔已严重锈蚀，上方螺栓孔轻度锈蚀。初步判断为雨水沿螺栓螺纹渗入，并积蓄在竖式绝缘盆注胶浅槽下方，所以导致下方的螺孔锈蚀严重，气室漏气则是由于密封槽上贯穿的裂纹所致。

2.3 漏气分析

2.3.1 设计的特殊性

通过案例可以发现，绝缘盆漏气均是由于产生了穿越密封槽的裂纹导致密封圈失效所致。这是因为绝缘盆采用第2种密封方式下(河南平高、山东泰开、西安西开GIS设备)，水分无法在法兰与绝缘盆之间积蓄，而第1种密封方式下(新东北GIS设备)，在户外长期运行过程中，注胶部位易发生老化，雨水很容易沿着螺栓浸入，使螺栓锈蚀、积水结冰，引发漏气。

2.3.2 安装工艺不良

通过案例及近年漏气事故分析，发现安装工艺不良是导致漏气的又一原因。在长时间电动力作用下，由于受力、支撑件承力不均导致绝缘件易发生破裂；在雨雪天气，由于没有涂抹密封胶或密封胶工艺不良，削弱其防水功能，雨水沿着螺栓浸入浅槽形成积水。由于北方昼夜温差较大，特别是冬季温差高达10 ℃以上，盆内积水可能反复结冰、融化，降低绝缘盆的承受应力，极易产生裂纹，严重时裂纹穿越密封槽时，内部气室与大气连通，发生漏气[4]。

2.3.3 设备质量不过关

通过近年漏气事故分析统计，发现极个别漏气是因为新东北设备存在砂眼，且设备出厂及验收过程中未及时发现，导致不合格设备投运，发生漏气，降低设备可靠性。

3 防控措施

为了避免由于GIS设备漏气引起的设备紧急停运事故，不影响设备供电可靠性，积极采用各种措施来解决GIS设备漏气问题。目前，主要采用3种措施，如图4所示。

3.1 加装密封卡具临时处理措施

对已出现漏气故障且无法立即停电设备的盆式绝缘子加装密封卡具。对整个绝缘盆进行包封后，从注胶孔注胶填满绝缘盆与密封卡具间的间隙，达到堵漏目的，但此方法只可作为避免停电的临时处理措施。

3.2 对盆式绝缘子进行注胶处理

通过反复和新东北电气技术人员研究，决定对注胶不合格的盆式绝缘子开展重新注胶，并对法兰密封面和盆式绝缘子对接面涂抹防水胶。注胶工艺确保所有的胶槽部位都应注满胶，以法兰面上每一个固定螺丝中能刚刚挤出胶为止。但由于此方法受到人员、天气的影响较大，不能从根本上解决GIS绝缘盆进水问题。

3.3 注入金属胶并加装防雨罩带电治理

带电对GIS设备(含母线)法兰缝隙处注入专用金属胶并加装防雨罩，目的是彻底阻止雨水浸入法兰密封面，避免法兰对接面的锈蚀，可有效防止组合电器气体泄漏，现已大量采用，效果良好。

(a)加装密封卡具

(b)注胶处理

(c)加装防雨罩图4 解决GIS设备漏气的3种措施

4 建议

a.从源头出发，杜绝漏气事故。

在GIS设备在生产过程中，不仅要了解设备的密封方式、工艺要求，还要利用设备监造的机会，

严格把关出厂设备的生产工艺，监督设备生产的关键部位、关键工艺，防止不合格设备出厂。另外在变电站初涉可研阶段，按照设备所在区域长期发展规划，综合考虑雾霾天气增多、区域发展规划变化所带来的新增污染源等因素，合理选型。

b.从施工工艺出发，杜绝漏气事故。

GIS设备到达现场安装过程中，设备对接面需按工艺流程、工艺标准认真施工，必要时应派专人全过程跟踪监督。

c.从维护环节出发，加强带电检测及红外检漏工作，发现问题及时处理。

对于长治地区5座在运的新东北电气220 kV GIS输变电设备，应借鉴山东公司制定的《室外组合电器环境治理方案》，加装防护棚，彻底改善运行环境，从而有效地杜绝GIS绝缘盆因进水导致的漏气问题。