一起220 kV 开关主变侧接地闸刀气室漏气分析及处理

戚中译，张 晗，赵旭州

（国网浙江省电力有限公司嘉兴供电公司，浙江 嘉兴 314000）

GIS（Gas Insulated Substation，气体绝缘全封闭组合电器）是将断路器、母线、开关、避雷器、互感器、出线终端及连接组件等全部密封于充满SF6气体的金属接地的外壳中的高压电气设备[1]。

SF6气体泄露故障是GIS 设备的使用中常见的问题，制造工艺不精、设计问题、检修后组装不当及材料老化是SF6气体泄露常见原因[2]。SF6气体泄露会造成GIS 设备绝缘灭弧能力下降、产生腐蚀性物质，因此在电力生产实践中，要对SF6气体泄露事件认真查找原因，保障电网安全稳定运行[3]。

1 事件概况

1.1 缺陷概况

监控发现某220 kV 主变开关其他气室SF6压力低告警，现场检查发现该主变开关主变侧接地闸刀气室接地法兰处存在裂纹，漏气严重。

1.2 设备信息

现场检查发现接地闸刀气室压力值偏低。具体参数为：型号为ZF9-252，生产日期为2015 年8 月14 日，投运时间为2016 年3 月30 日，上次检修时间为2017 年1 月3 日。

2 检查分析与处理情况

2.1 初步检查

2021 年1 月9 日上午，该主变“220 kV 开关其他气室SF6气压低告警”光字牌动作，变电运维中心随即进行现场检查。

运维人员现场检查发现：该主变“220 kV 主变闸刀、开关主变侧接地闸刀、主变接地闸刀气室压力表”压力值为0.33 MPa（额定压力0.4 MPa，告警0.35 MPa），指针位于黄色区域。

表1 压力值对比 MPa

2.2 补气处理

检修人员到达现场检查后确认该主变闸刀气室压力明显低于报警值，随后对该气室进行补气，但补气过程中发现该气室压力增长非常缓慢，初步怀疑该气室存在明显漏气情况。随即用红外检漏仪，卤素法，结合泡沫法发现该主变220 kV 主变闸刀A 相气室存在较为严重漏气现象（靠近漏气点甚至可以轻微听到漏气声音）。

2.3 缺陷检查

检修人员发现该主变开关主变侧接地闸刀接地绝缘法兰处存在裂纹，经专业判断该气室存在漏气点扩大导致压力急剧降低而引起的击穿风险，现场运维人员申请将该主变及其220 kV 开关改检修状态。

1 月10 日，现场检修人员与厂家技术人员对故障部位进行开盖检查及更换处理，发现接地法兰有内外贯通性裂纹，如图1、图2 所示。

图1 检修发现内外贯通性裂纹

图2 内外贯通性裂纹详情

3 原因分析

3.1 零件外观表面分析

对故障绝缘法兰进行仔细观察，可见嵌件与绝缘接触部位（大气侧）原涂覆导电橡胶处、嵌件表面氧化、锈蚀严重。

3.2 图纸检查

核对厂家图纸发现绝缘端子中心嵌件材料使用的是2 系铝材料。2 系铝为铝铜合金，耐腐蚀性差，暴露在大气中的部分容易发生腐蚀[4]。

3.3 零件研究试验

经确认厂家在此之前已对此型号绝缘法兰开展研究实验，如图3 所示。实验方案及结果如下。

图3 参与试验的绝缘法兰结构

针对绝缘端子锈蚀问题，投入了6 个绝缘端子按照产品装配结构组装，分成3 组进行工艺研究性试验，具体试验内容如表2 所示。

表2 工艺研究性试验 h

1000 h 盐雾试验后，6 个样品都有不同程度的腐蚀，但都未出现开裂现象，但是未涂敷防水胶的样品与涂敷防水胶样品相比靠外力破坏绝缘材料较易剥落。

外力破坏样品，使绝缘浇注材料和金属嵌件分离，破坏过程中发现，第二组（涂敷防水胶）样品比第一、三组（未涂敷防水胶）样品更难将浇注材料与金属嵌件完全剥离，如图4 所示。

图4 三组样品的外力破坏情况

观察金属嵌件内部腐蚀情况，以及金属嵌件与绝缘浇注材料结合情况。可以看出，第一、三组（未涂敷防水胶）样品锈蚀已经进入内部较深处，第二组（涂敷防水胶）样品锈蚀较浅。

经过试验验证，可得出以下结论：盐雾环境对绝缘端子金属嵌件的腐蚀效果明显，而涂敷防水胶能很好地防止腐蚀。可以在装配接地线完毕后，在绝缘端子金属嵌件外漏部分完整涂敷防水密封胶进行保护，可根本上防止绝缘法兰金属嵌件被腐蚀开裂，如图5 所示。

图5 涂敷防水密封胶

3.4 检修现场情况

2021 年1 月10 日停电开展漏气绝缘法兰更换工作，厂家提供的新的配件与原法兰存在差别，主要是中心嵌件比原法兰高出1 cm 左右，如图6 所示。经核查厂家已对绝缘法兰中心嵌件图纸进行了升版，中心嵌件材料改为6 系铝材料，且中心嵌件与绝缘端子高差增加至10 mm，从工艺上保证更好的涂覆防水胶，保护绝缘法兰与嵌件导体接缝处，避免中心嵌件铝金属腐蚀膨胀的产生。

图6 新旧绝缘法兰对比

3.5 技术分析结论

根据试验结果，并结合现场运行、检修经验分析，开裂的原因为：由于中心嵌件使用的是2 系铝材料，加之绝缘端子中心嵌件与绝缘件连接部位（大气侧）未涂覆防水胶，绝缘端子在运行多年后，金属嵌件被大气中水分和雨水长期浸蚀，中心腐蚀会引起腐蚀产物分层并向外膨胀，绝缘端子受到中心嵌件铝金属腐蚀膨胀产生的压力作用，使得绝缘端子外侧孔口位置受应力产生裂纹，裂纹向内部扩展，最后引起漏气事件发生。

4 后续措施

对于现有不能及时更换的绝缘法兰，在天气持续晴好情况下，使用热风枪对绝缘法兰进行驱潮、干燥，确保绝缘法兰与嵌件导体接缝处干燥情况下涂覆防水胶。

根据试验结果，结合现场设备运行经验分析，使用这种结构的三工位隔离开关的接地绝缘端子大概在户外运行5 年后，绝缘端子会出现开裂的风险。使用此类结构三工位隔离开关的户外变电站，结合停电计划对绝缘法兰进行更换，并在绝缘法兰与嵌件导体接缝处涂覆防水胶，防水胶可有效防止水分对接缝处的侵蚀，确保不再出现绝缘法兰开裂事件。此次更换只涉及三工位隔离开关的接地绝缘法兰，快速接地开关的接地绝缘子结构不同，不须要进行更换。