浅谈252kV的SF6绝缘金属封闭式开关设备安装技巧

黄银宙

摘要：252kVSF6绝缘金属封闭式开关设备是利用具有优异绝缘性能的SF6气体作为绝缘和灭弧介质的组合电器，其对现场的安装有着严格的要求。文章通过分析GIS安装期间容易发生的主要缺陷，并针对这些易发的缺陷，在三门核电一期252kV GIS的安装过程制定了相应的控制措施，确保了252kV GIS最终的安装质量，也为二期252kV GIS的安装提供了指导。

关键词：252kV；SF6绝缘金属封闭式开关设备；GIS；设备安装要点；组合电器 文献标识码：A

中图分类号：TM564 文章编号：1009-2374（2015）36-0063-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.36.030

1 概述

252kV六氟化硫绝缘金属封闭式开关设备（简称252kV GIS）作为220kV系统的配电中心，起着连接厂外220kV电源并为厂内辅变提供电源的作用。对整个220kV电源系统的稳定运行起着重要的作用。它是利用具有绝缘性能优异的SF6气体作为绝缘和灭弧介质的组合电器，电器元件由断路器、隔离开关、接地开关、CT、PT、避雷器、母线、套管、电缆终端等，采用积木式结构组合在一起，并全部封闭在金属外壳内。

由于其具有结构小型化、可靠性高、安全性好、维护方便、检修周期长等特点而被大量电厂采用。虽然，GIS设备的故障发生率较分离式敞开设备少，但是一旦出现故障，其后果比分离式敞开设备要严重得多，故障修复比较复杂，修复时间长，经济损失大。GIS设备由于安装工艺不满足规范要求而造成的故障率约占GIS总故障的40%。在这些故障案例中，归纳起来主要有三个方面的缺陷是引起设备故障的主要诱因，分别是内部放电、密封性能欠佳、法兰面受盐雾腐蚀而发生气体泄漏。而这些缺陷的发生与安装工艺有着直接的联系。因此，分析以上缺陷发生机理并加强安装工艺控制消除以上几个方面的安全隐患显得非常重要，也是有效控制GIS设备整体质量的重要手段之一。

2 三门核电一期工程252kV GIS的特点

三门核电一期工程252kV GIS为3相，50Hz，母线额定电流、进出线回路的额定电流以及母联回路额定电流3150A，短路开断电流50kA。断路器气室SF6额定压力为0.5MPa，母线气室及其他气室SF6额定压力为0.4MPa。设备布置在室内，为双母线形式。主母线采用三相共箱式结构，分支母线为单相式结构，并预留扩建接口。设备由西安西电开关电气有限公司成套提供。本期252kV GIS共有5个间隔组成，其中2回路辅助变压器间隔、1回220kV出线间隔、1回母联间隔、1回母线设备间隔，每个间隔都配有一个LCP柜。GIS出线通过充气套管与架空线连接，两路进线通过电缆终端与220kV干式电缆连接。共分为大小气室24个。各气室间通过气体分隔绝缘子进行隔离，任何一个气室都配有单独的充放气组合阀门并带自封接头，可以实现任意一个气室内设备的单独检修而不影响其他气室设备。5个间隔之间通过法兰连接并达到内部气室与外部空气隔离的目的。

3 安装易发缺陷引发的后果及诱因

3.1 内部放电

GIS设备内部放电也指局放，是指当外加电压在电气设备中产生的场强，足以使绝缘部分区域发生放电，但是在放电区域未形成固定放电通道的放电现象。虽然局放能量很小，在短时间内不会影响电气设备的绝缘强度，但是随着时间的累积效应，会使缺陷不断扩大，最后造成绝缘击穿而发生设备故障。因此，必须将局部放电量控制在规范允许值之内（小于3pC），相关资料表明，GIS设备造成局部放电的原因主要有：（1）支撑绝缘子制造工艺不良，内部有气泡或是在运输过程中发生碰撞而产生裂纹；（2）内部有自由导电微粒或灰尘；（3）电极表面有毛刺、刮伤；（4）导电部分接触不良。

3.2 法兰面受盐雾腐蚀而发生气体泄漏

由于三门核电地处海边，年平均湿度达81%，盐雾水平较高，若法兰面处理不当，在若干年后将会发生法兰面因盐雾而腐蚀的情况，严重的会使法兰密封面破损而导致气体泄漏的情况发生。但是，由于新安装的设备根本不会发生类似的情况，而在安装期间容易被忽视，因此为避免法兰面受盐雾腐蚀的情况发生，需要在安装期间加以重视，而发生此类故障的主要原因是法兰密封面的防水处理不到位。

4 安装过程中的主要控制措施

为消除以上提到的三类故障在运行期间发生，本工程安装期间针对这三类缺陷的诱因，制定了相应的控制措施。

4.1 内部放电量的控制

4.1.1 现场设备接收控制。确保所有交付安装的设备性能良好，无受损，满足安装的要求。因此在安装对设备进行相应的检查，检查内容包括：（1）物理检查，包括检查设备的外观、规格、型号等；（2）文件检查，质保文件、产品性能试验等文件进行检查。

4.1.2 安装环境清洁度控制。保证现场安装环境的清洁度，是控制GIS设备内部灰尘量的关键，也是确保GIS设备安装质量的首要任务。为确保安装环境的清洁度，在现场设备临时就位完成后，首先用吸尘器清理地面后再用湿布拖地彻底清除灰尘，待地面彻底干燥后再铺上临时的塑料地毯。之后整个GIS安装区域进行封闭式管理，所有进入GIS房间的人员必须经过授权，并要求穿鞋套进入。最后才允许现场安装工作开始实施。

4.1.3 设备的清洁度控制。为有效避免灰尘或是金属粉尘残留在气室内，在设备安装前需对设备、零部件、连接面等进行彻底的清理。现场主要采取以下措施来进行控制：（1）所有擦拭所用的材料颜色必须为白色，且不会对擦拭表面造成损坏的材料；（2）清理流程控制，首先用吸尘器对需清理的表面进行初步清理，然后采用干擦拭布进行清理，最后再采用擦拭布浸乙醇或丙酮至手感到潮湿后对需清理面进行清洗，并且根据脏污程度更换擦拭布，直到擦拭布上看不到污秽为止；（3）清洗顺序，对母线筒内部，按照牛头导体、梅花触头座、绝缘支持台、壳体内部的顺序进行逐步清理。对梅花触头座内的清理给予特别关注，以防内部残留金属导电颗粒；（4）对电极表面有毛刺或刮伤的地方，采用500号的砂皮纸对这些部位进行打磨来清除毛刺及修复刮伤部位，以保证整个电极表面的圆滑度。

4.1.4 主回路电阻测量。为了更加有效地检查各段主回路的安装质量，便于及时发现问题，本工程主回路电阻采用分段的方式进行测量。总共划分了33段，第一、二间隔各4段，第三间隔3段，第四间隔6段，第五间隔6段，母线1M、2M各5段。

4.1.5 主回路工频耐压试验。作为检查GIS本体内是否含有导电介质、是否存在异常的电场结构等内在质量的重要手段，试验包括老练试验（净化试验）和耐压试验两个阶段，其中第一阶段的老练试验是在耐压试验前进行，其主要目的有两个：（1）将设备中可能存在的活动微粒迁移到低电场区域；（2）通过放电烧掉细小的微粒或电极上的毛刺、附着的尘埃等，试验电压值为额定相对地电压（146kV），试验时间5min。第二阶段为耐压试验，首先升压至1.73倍的额定相对地电压（252kV），并保持3min，无异常后上升到现场交流耐压额定值（368kV），并保持1min。无击穿现象，即表明试验通过。

4.1.6 局部放电测量。作为对耐压试验的一个补充试验内容，有助于检查GIS内部多种绝缘缺陷。此测量工作安排在工频耐压试验之后进行。要求放电量不超过3pC。

4.2 密封性控制

根据以上分析，引起密封性能欠佳的主要原因是静密封面的密封处理不到位，包括：（1）密封面光洁度不够，存在毛刺；（2）O型圈破损或采用了已经老化了的O型圈；（3）密封胶涂敷不满足工艺要求；（4）密封法兰面对接错位；（5）螺栓紧固力矩不满足要求。为达到密封的要求，现场主要采用以下措施：

4.2.1 对接面清洁度控制，根据4.1.3的流程完成对接面的清洗工作。

4.2.2 O型圈质量控制。O型圈作为GIS密封面的重要辅件，其质量的好坏直接影响密封的效果，因此必须对O型圈的质量进行严格控制。首先，所有已经使用过的O型圈严禁再次使用；其次，有破损的或是已经过质保期的O型圈严禁再次使用。

4.3 法兰面防盐雾腐蚀控制

为保证法兰面的防盐雾腐蚀，本期工程对室外部分GIS设备的法兰面在密封性处理的基础上，增加了法兰面加注密封脂与涂敷防水密封胶的工序。

5 结语

GIS设备安装质量的好坏直接关系到GIS设备今后的运行可靠性。从三门核电一期252kV GIS安装工程实施情况及目前的运行情况来说，通过对以下方面的要点进行有效的控制，可以很好地保证GIS设备最终的安装质量：（1）针对内部放电问题，通过确保安装环境的清洁度，保证安装过程中设备的清洁度，控制设备的安装精度，并采用老练试验来进一步净化GIS内部微小颗粒或灰尘。最后通过主回路电阻测试、主回路工频耐压试验以及局放试验进行验证，从而可以在设备投用前很好地解决GIS内部放电的问题；（2）针对密封问题，首先控制环境及法兰面的清洁度，其次确保根据不同尺寸的法兰面选择相应规格的全新的密封圈，然后根据不同的法兰面结构来确定采用不同的密封脂完成对接法兰面的密封脂涂敷，接着采用定位销对法兰面进行精准对接，随后采用力矩扳手按照一定的螺栓紧固顺序完成法兰面螺栓的紧固工作，最后通过气体密封性试验与SF6气体含水量的测量进行验证，从而保证GIS各个气室的密封性，保证GIS长期稳定地运行；（3）针对法兰面防盐雾腐蚀问题，在保证法兰面密封的基础上，通过对法兰面进行注脂，最后将法兰合缝面用防水胶进行密封的方式完成整个法兰面的防盐雾腐蚀处理。

参考文献

[1]詹英军.GIS母线现场安装的关键控制分析[J].南方电网技术研究，2006，2（6）.

[2]电气装置安装工程高压电器施工及验收规范（GB 50147-2010）[S].

（责任编辑：陈 洁）