盆式绝缘子SF6气体泄漏分析及治理

何杰，李栋

（国网长治供电公司，山西长治046011）

盆式绝缘子SF6气体泄漏分析及治理

何杰，李栋

（国网长治供电公司，山西长治046011）

针对目前封闭式气体绝缘组合电器运行过程中出现的盆式绝缘子SF6气体泄漏现象，分析了其漏气原因，深入解体研究了典型的漏气案例，结果表明，多数的封闭式气体绝缘组合电器设备SF6气体泄漏现象发生在冬季，由于盆式绝缘子缝隙注胶不到位引起进水，在气温低于0℃时发生结冰；由于区域昼夜温差较大，盆内积水反复结冰、融化，使得盆式绝缘子反复受力造成裂纹，从而引起漏气。提出对漏气故障的盆式绝缘子采用密封卡具临时处理以及进行带电填注密封胶等措施，明显降低了设备的漏气率，实际应用取得了良好效果。

气体绝缘组合电器；盆式绝缘子；SF6气体；密封卡具；填注密封胶

0 引言

封闭式气体绝缘组合电器GIS（Gas Insulated Switchgear）具有占地面积小、受气候条件的影响较小、可靠性高、检修周期长、维护工作少、装置结构紧凑、便于安装等优点，广泛应用于电力系统中[1-3]。GIS设备内部的绝缘性能主要取决于SF6气体的压力和质量，限于目前设备的制造工艺，一般要求设备内部气体压力不高于0.8MPa，但是气体压力过低时，设备的绝缘性能就会大大降低，甚至导致放电等事故的发生。GIS设备对材料、加工工艺、装配等要求较高[4]，尤其是对气体密封性的要求更严，年漏气率一般要求小于1%。

在实际的运行中，GIS设备暴露在室外，长期经受风霜雨雪等恶劣天气的影响，设备的密封性能会逐渐降低，严重时可能引起漏气事故的发生。常见的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[5-6]。在众多漏气故障中，盆式绝缘子裂纹漏气占所有漏气故障的80%以上。

1 盆式绝缘子的密封原理

盆式绝缘子一般有三相盆式绝缘子和单相盆式绝缘子之分，其工作原理是一样的。为分析方便，绘制了三相盆式绝缘子和单相盆式绝缘子的示意图，如图1所示，盆式绝缘子的中部是绝缘隔板，其主要作用是隔离GIS设备相邻两气室的SF6气体；母线均以铸件形式穿过绝缘隔板，固定在绝缘隔板上；盆式绝缘子母线外侧有密封槽，设备安装时，密封槽内放入橡胶密封圈，密封圈是盆式绝缘子密封的核心部件，其主要作用是密封气室内部的SF6气体，同时起到防止密封槽外部水分进入气室内部和SF6气体向外泄漏的作用；密封槽外部有一圈贯通式螺孔，用于连接相邻两气室的GIS气室外壁。设备安装时，应通过GIS气室外壁的注胶孔向盆式绝缘子与气室外壁的结合面填注密封胶，密封胶应注满整个对接面以及螺栓孔，防止雨雪天气时水分进入盆式绝缘子。

图1 盆式绝缘子示意图

2 盆式绝缘子漏气案例

国网长治供电公司目前共有110 kV及220 kV GIS变电站10座，2007年至今，共发生15起较严重的GIS设备漏气案例。其中，因为盆式绝缘子裂纹引起的漏气案例共有12起，且所有该类漏气案例均发生在冬季天气寒冷的时候。其中有6起案例为GIS设备线路电压互感器PT（Phase Voltage Transformers）气室与出线管母气室连接处的横向盆式绝缘子裂纹引起的SF6漏气，4起案例为GIS设备中隔离开关气室与母线气室连接处的横向盆式绝缘子裂纹引起的SF6漏气，2起案例为隔离开关气室之间的竖向盆式绝缘子裂纹引起的SF6漏气。发生漏气的变电站均为户外GIS变电站，所有盆式绝缘子漏气故障均发生在每年冬季11月到次年2月之间。

2.1 西庄站243间隔线路PT解体

2011年2月14日，西庄站漳西243间隔线路PT发出低气压告警信号，检修人员迅速到现场进行补气并仔细展开了漏气检查，发现线路PT气室与出线管母气室连接处的横向盆式绝缘子缝隙有漏气发生，补气到额定气压后48 h发现PT气室气压又接近报警气压值，采用了涂抹密封胶的方式进行临时处理延长了补气周期，等设备停电时将其拆下返厂，对其进行了解体分析。

在解体过程中，过渡法兰、盆式绝缘子分解拆卸时，发现紧固螺栓孔部位大量进水，螺栓本体有较严重的锈蚀；盆式绝缘子下方与PT本体法兰盘对接面有大量水珠，盆式绝缘子上方接触面有一处螺孔已经产生裂痕，下方接触面有4处螺孔有较长裂痕，且裂痕均已越过密封槽；过渡法兰上部及螺纹孔、螺栓孔未发现填充密封胶，可推测现场安装时未从注胶处填充密封胶，在雨雪季节，雨水极易从螺栓螺纹处进入盆式绝缘子，所以盆式绝缘子解体后存在大量水珠。除盆式绝缘子有裂纹外，PT本体无任何不良，所以，该盆式绝缘子漏气即为盆式绝缘子上裂纹所致。

2.2 东鸣站279间隔B相和C相南北隔离开关解体

2011年12月，220 kV东鸣站279间隔南刀闸气室发出低压告警信号，检修人员到现场进行了补气并仔细检查所有可能存在的漏气部位，最后发现B、C相南北隔离开关之间盆式绝缘子缝隙存在较严重的漏气现象，怀疑是因为竖向盆式绝缘子裂纹引起的漏气，及时采取了对盆式绝缘子临时加装密封卡具的堵漏方式，大大降低了GIS气室的漏气率。

2012年4月19日，检修人员与厂家工程师一同对东鸣站279间隔B、C相南北隔离开关之间竖式盆式绝缘子漏气缺陷进行了解体更换处理。盆式绝缘子拆下后，发现B相竖盆北隔离开关侧6点钟方向螺孔内侧有长约12 cm的裂纹，见图2；C相竖盆南刀闸侧6点钟方向螺孔内侧有长约6 cm的裂纹，见图3；两条裂纹均已穿越密封槽，并且现场发现，所有螺栓孔均未填注密封胶，竖盆下方螺栓孔均已严重锈蚀，上方螺栓孔轻度锈蚀。可以判定，该间隔盆式绝缘子由于没有填充密封胶，在雨雪天气，雨水沿螺栓螺纹进入盆式绝缘子，水分由于积蓄在竖式盆式绝缘子的下方，所以导致了下方的螺孔锈蚀严重，由于裂纹已经穿越了密封槽，导致了气室漏气发生。

3 盆式绝缘子漏气原因分析

两个案例分析结果盆式绝缘子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，所有的裂纹均发生在螺孔处。这是因为GIS设备在安装时，没有按照程序进行注胶处理或者注胶不到位，而注胶的主要作用就是为了防止水分或潮气沿螺栓螺纹等缝隙浸入盆式绝缘子。在雨雪天气，由于没有密封胶的防水作用，雨水很容易沿着螺栓浸入盆式绝缘子内部，在螺纹以及盆式绝缘子的缝隙形成积水。进入冬季后，长治地区昼夜温差大，夜间最低气温能达到-10℃以下，而白天最高气温却在0℃以上，盆内的积水在气温的骤变下，反复结冰、融化，使得盆式绝缘子反复承受应力，以至螺孔处产生裂纹，当裂纹穿越密封槽时，与内部气室联通，密封圈作用丧失，从而引起盆式绝缘子漏气，如图4所示。

图2 B相竖盆裂纹

图3 C相竖盆裂纹

4 盆式绝缘子漏气处理措施

国网长治供电公司为了避免由于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。目前主要采用了对已经出现漏气故障的盆式绝缘子采用密封卡具临时处理措施，对全部GIS设备盆式绝缘子进行注胶处理两种措施。

图4 盆式绝缘子漏气示意图

4.1 密封卡具对漏气盆式绝缘子进行临时处理

2011年12月，发现东鸣279间隔B、C相南、北隔离开关之间盆式绝缘子漏气率过高，需要每天对其进行补气，如果进行盆式绝缘子的更换工作，需要将南、北母同时停电，考虑到南、北母同时非正常停电，对电网供电可靠性影响很大，经过讨论研究，决定采用密封卡具对两个盆式绝缘子进行临时堵漏处理。密封卡具对整个盆式绝缘子进行包封后，通过注胶孔对密封卡具与盆式绝缘子之间的空隙进行注胶处理，处理后，盆式绝缘子的漏气被密封卡具密封，大大降低了漏气率，南、北隔离开关气室压力变化率明显降低，补气周期由原来的1 d延长为1周，如图5所示。避免了由于设备漏气引起的重大停电事故，但是，这种方法只可作为不影响大面积停电的临时处理措施，不能从根本上解决漏气问题。

图5 漏气盆式绝缘子临时安装密封卡具

4.2 GIS设备所有盆式绝缘子进行注胶处理

盆式绝缘子漏气的根本原因是由于安装施工时，没有对盆式绝缘子螺栓孔填充密封胶或者密封胶填注不到位所致。国网长治供电公司多次组织专家讨论，反复与厂家沟通，决定带电对在运的全部GIS组合电器进行全面检查，对于注胶不到位的盆式绝缘子进行注胶处理，对所有的法兰密封面和盆式绝缘子对接面涂抹防水胶。2012年夏季，历经3个月的时间，对4座220 kV户外GIS变电站全部设备进行了检查处理，通过这种方法从根本上解决了盆式绝缘子注胶不到位引起的盆式绝缘子进水问题，如图6所示。2012年冬季，没有发生类似盆式绝缘子裂纹引起的漏气缺陷。

图6 盆式绝缘子注胶处理

5 结束语

针对目前GIS运行过程中出现的盆式绝缘子SF6气体泄漏现象，对典型的漏气案例进行了解体分析，提出以下两种解决措施。

对出现漏气缺陷的盆式绝缘子安装密封卡具的处理方式可以大大降低设备的漏气率，延长故障设备的补气周期，避免不必要的大面积停电事故，但是其不能从根本上解决漏气问题。

对全部GIS盆式绝缘子进行带电注胶处理，对所有的法兰密封面和盆式绝缘子对接面涂抹防水胶，该方法从根本上解决了由于注胶不到位引起的漏气缺陷，对于解决GIS设备SF6气体泄露问题有重要的意义。

［1］李秀卫，王庆玉，毛惠卿，等.一起组合电器内部绝缘故障综合分析［J］.高压电器，2012（8）：99-102.

［2］成永红，谢小军，陈玉，等.气体绝缘系统中典型缺陷的超宽频带放电信号的分形分析［J］.中国电机工程学报，2004，24（8）：99-102.

［3］肖燕，胡浩，郁惟镛.基于Artnn的GIS绝缘故障识别新方法［J］.高电压技术，2007，33（12）：75-79.

［4］邱毓昌.GIS装置及其绝缘技术［M］.西安：西安交通大学出版社，2007：8-45.

［5］唐炬，朱伟，孙才新，等.GIS局部放电的超高频检测［J］.高电压技术，2003，29（12）：22-23.

［6］周云锋，杨景刚，张子阳.组合电器盆式绝缘子内部气隙缺陷的带电检测与分析［J］.高压电器，2012（9）：99-102.

Analysis and Treatment for SF6Gas Leakage of Basin-type Insulators

HE Jie，LIDong
（State Grid Changzhi Power Supply Com pany of SEPC，Changzhi，Shanxi 046011，China）

SF6gas leakage occurred at the basin-type insulator ofenclosed GISduring operation.The reasons have been analyzed，and the typical cases have been studied，the results ofwhich show thatmajority of the leakage occurred in winter.To be specific，water came into the insulatorgap where therewas no filling sealant，and freezing occurred when the air temperature is below 0°C.Due to large difference between day and night temperature，freezing and melting occurred repeatedly so that the basin-type insulator cracked due to stress and retraction,thereby leakage occurred.Two solutions have been proposed as followed:firstly，sealing fixtures are suggested to be installed for the troubled basin-type insulators for temporary treatment；secondly，for live line working，the troubled insulators are suggested to be filled with sealant.Themethodsare ofsignificance forsolving the SF6gas leakage problem ofGISbasin-type insulators.

gas insulated switchgear（GIS）；basin-type insulator；SF6gas；sealing fixtures；filled with sealant

TM561.1

B

1671-0320（2014）03-0027-04

2014-01-07，

2014-04-03

何杰（1983-），男，山西长治人，2009年毕业于天津理工大学电力系统及其自动化专业，硕士，从事高电压技术及高压试验工作；

李栋（1987-），女，山西长治人，2010年毕业于西安理工大学测控技术与仪器专业，从事变电设备继电保护工作。