一起GIS设备SF6气体泄漏故障的分析与处理

张 浩，吴 凯，管敏渊，王 炜，朱家立

（国网浙江省电力公司湖州供电公司，浙江 湖州 313000）

一起GIS设备SF6气体泄漏故障的分析与处理

张 浩，吴 凯，管敏渊，王 炜，朱家立

（国网浙江省电力公司湖州供电公司，浙江 湖州 313000）

针对GIS设备SF6泄漏故障，介绍了基于红外成像和定量检测的联合检漏方法的技术优势。结合某220kV变电站GIS设备漏气故障，首先应用联合检漏方法进行泄漏点定位，之后开仓检修，查找漏气部位、分析漏气原因，给出GIS设备漏气消缺具体过程，最后总结了防止GIS设备漏气的具体措施，对电网的安全运行、GIS设备制造和环境保护具有现实意义。

GIS；SF6泄露；红外成像；联合检漏

0 引言

随着我国工业快速发展，用电需求进一步加大，新建、扩建变电站也越来越多。GIS（气体绝缘组合电器）设备因其所占空间小、受环境影响小、运行安全可靠，越来越广泛地应用于各电压等级电网中。GIS设备内部绝缘介质采用SF6气体，这种人造惰性气体具有良好的绝缘性能和灭弧性能。从使用情况来看，SF6气体泄漏是目前GIS设备最常见的故障类型之一[1]。在正常运行情况下，必须保持GIS设备内 SF6的气压在正常范围内（一般0.4～0.6MPa），若GIS设备发生漏气引起SF6气体压力减小，将导致设备绝缘强度下降，危及其安全运行。因此必须保证GIS设备内SF6气体压力达到相关规程的技术要求，确保设备安全运行。

1 GIS设备SF6泄漏故障概况

1.1 SF6泄漏的危害

SF6气体泄漏会造成GIS气室内SF6气体压力下降，导致气体压力报警，甚至会导致闭锁断路器动作，在发生紧急事故情况下，可能造成故障停电范围的扩大。同时，GIS漏气会引起外界水分子进入气室内，导致微水含量增大，降低设备绝缘，影响灭弧性能。另外，SF6为有毒气体[2]，会影响环境，危害人体健康。

1.2 SF6气体泄漏原因分析

GIS设备漏气点较分散，包括气室与仪表的接头、焊缝处、本体砂眼等，其中漏气最多的是GIS罐体连接部位的密封圈与紧固固定螺栓处。

密封面发生漏气的主要原因有：由于密封皮条紧固不当，端面受力不均；安装时工艺控制不严，安装带有缺陷的密封圈；密封圈未能完全就位，或是紧固法兰时挤压损伤密封胶圈；密封圈老化，弹性减弱，引起密封性降低。

本体有砂眼，盆式绝缘子或本体有裂纹等[3]，此类产品质量问题也会引起阀门、管道漏气，应使用质量较好的部件。现场GIS设备SF6泄漏问题可归纳如表1所示。

表1 GIS设备SF6气体泄漏情况分类

2 SF6气体检漏技术

2.1 红外成像检漏技术

SF6是性状比较稳定的绝缘气体，有着相对于空气超强的红外吸收特性，与空气在相同环境内会产生一定的温差，从而导致有明显差异的红外图像。利用特定波段范围的红外成像仪，可使泄漏的SF6气体显示为烟尘状的可见成像。根据透过率曲线原理，SF6气体在波长10.4～10.6 μm，显现出红外吸收特性先逐渐增强而后开始逐步衰减的特性，至10.9 μm红外吸收特性消失。因此，如果使用红外波段为10.3～10.7 μm的红外成像仪就可看到状如烟尘的SF6泄漏气体（见图1）。

图1 红外成像仪检漏

使用红外成像仪检漏时，可从不同角度进行多次检测。由于GIS设备可能存在多个泄漏点，对可能漏气的部位如螺栓、法兰及GIS设备气室连接都需要仔细观察。一般情况下采用红外成像仪检漏需1 h，即由检测人员观察红外成像中的静态图像判别泄漏，同时利用红外视频中红外图像的动态特征，完成红外视频下SF6泄漏的检测。

2.2 SF6定量检漏技术

定性检漏是进一步定位GIS漏气点的简单办法，它对周围环境要求较高，需要周围无风并不得有残留的SF6气体，使用灵敏度不低于1×10-8的气体检漏仪。首先应对准备检漏的GIS设备表面进行清理，用检漏仪探枪在离被测点1～2mm处缓慢移动，通过报警或观看指针进行判断。对经定性检漏认为疑似漏气的部位，可使用肥皂水对泄漏点进行涂抹，如出现大量泡沫，则可确认该处为泄漏点。肥皂水检漏对发现密封胶圈密封不严、焊缝裂纹等故障非常有效，该方法在现场检测时操作方便，可以定量测出漏点气体的速度、浓度，但不够实时、检测距离短、精度一般。

2.3基于红外成像和定量检测的联合检漏法

2.3.1 联合检漏技术原理

红外成像检漏的方法可以远距离探测到GIS设备的SF6气体泄漏，定位准确，实时记录。但红外成像容易受到天气情况的影响，如：在室外GIS检漏遇到雨雪天气时，红外成像仪镜头可能由于水气起雾而对SF6红外成像画面造成较大干扰；风速和风向也有可能导致红外检测背景温度不明显，使得漏气点不容易发现，而当有微风才会把气体吹出来，使得检漏仪可以观测到泄漏气体。

因此，当GIS气室发生漏气时，根据现场气象情况，首先用红外成像仪进行观察，在通过红外定位泄漏点后，再采用定量检测方法对漏气位置进行精准定位，对SF6检漏仪确定的疑似漏气部位，辅以肥皂水对泄漏点进行涂抹，最终完成对泄漏点的确认。

2.3.2 联合检漏技术特点

（1）实现了远距离检漏。采用红外成像仪能对现场任何以SF6气体作为绝缘介质的运行设备进行30 m之内泄漏点的准确检测，实现远距离、非接触检测，确保检测人员更安全。

（2）GIS设备无需断电，通过实时捕捉气体泄漏情况，大大减少停电检修期。采用整体检漏，不同于原始的点检方式，可一次性直观显示观测范围内设备的全部泄漏点，对于多漏点的GIS设备尤为方便。

（3）采用2种不同原理的检漏方法实现GIS设备漏气位置的确定，远近检漏方法优势互补，满足现场检漏的实际需求。

（4）灵敏度高，受外界环境影响小，在风力低于4级、小雨天气、狭小空间均能进行检测。

3 案例分析

3.1 故障概况

某220kV变电站采用上海西门子公司的GIS设备，该设备的SF6气体充气压力值如表2所示。该站于2014年5月投运，2014年10月运维人员发现220kV兴雀2446线副母闸刀气室有漏气现象。密封继电器由额定压力0.58MPa降低至报警压力0.46MPa，发出低气压告警。

表2 现场GIS设备SF6气体充气压力值

为确定故障位置，检修人员采用定量检漏及红外成像检漏相结合的方法对漏气间隔进行综合检漏分析。由于该站GIS设备为室内布置，红外成像检漏仪受天气干扰较小，很快确定出泄漏点位于母线气室盆式绝缘子的螺栓处；同时配合使用SF6检漏仪，发现螺栓处SF6气体浓度超标，并辅以肥皂水对螺栓处进行涂抹，出现大量泡沫，最终完成对副母闸刀气室SF6泄漏点的确认。

经检修人员和厂家技术人员多次综合检测，最终确定漏气部位为兴雀2446线副母闸刀气室的绝缘盆靠近副母气室侧拼接面，漏气主要原因是盆式绝缘子密封不严。

技术人员初步分析认为，引起故障的原因可能是：GIS设备在现场安装过程中，由于没有严格执行操作标准，在密封圈安装时因操作不当造成密封圈不能很好地压紧法兰面；在注入硅胶过程中，由于注入压力调整偏大，导致密封圈发生位移造成GIS设备漏气；密封面在未注入防水胶前，发生水分渗入到注胶槽内而未处理。

最后开仓检查，确认了漏气原因为盆式绝缘子注胶槽内表面处理不当，粗糙缺口造成密封圈不能很好地压紧而发生漏气（如图2所示）。

图2 盆式绝缘子注胶槽表面

3.3 现场消缺处理

确定GIS设备泄漏点后，工作人员进行了消缺处理，处理部位参见图3，具体过程如下：

（1）对SF6气体进行回收。

（2）拆卸兴雀2446线副母闸刀气室的机构电缆及连通气管。

（3）拆卸兴雀2446线副母闸刀气室与兴雀2446线正母闸刀气室盆式绝缘子间的连接螺栓，保护好密封面后妥善放置。

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（4）松开兴雀2446线副母闸刀气室与220kV正母气室盆式绝缘子间的连接螺栓，保护好密封面后妥善放置。

（5）松开兴雀2446线副母闸刀气室与220kV副母气室盆式绝缘子的连接螺栓，同时吊起兴雀2446线副母闸刀气室，保护好密封面，并检查漏气部位情况。

（6）若密封圈存在表面缺陷，则更换新的密封圈；若绝缘盆有表面缺陷，则更换新的绝缘盆。

（7）安装新的密封胶圈和盆式绝缘子。

（8）恢复模块安装及机构电缆。

（9）检查各气室，安装防爆膜及吸附剂。

（10）进行气体试验及检漏。

（11）进行本体调试及电气试验。

（12）进行GIS耐压试验。

4 结语

基于红外成像和定量检测的联合检漏方法可以在非接触、远距离、不停电的情况下实现对SF6气体泄漏点的快速、准确定位，适用于查找GIS设备SF6气体的泄漏点，其最小探测泄漏率可达到0.001 mL/s，是目前一种较先进、可靠的联合检测技术。通过某220kV变电站GIS副母闸刀气室漏气点确定和处理，表明应用联合检漏方法进行GIS设备SF6气体检漏是高效且经济的，尤其是对不容易停电检修的GIS设备效果良好，通过联合检漏可以确定泄漏点位置，判断危害程度，进而确定检修方案，缩短了停电时间，提高了检修效率。

图3 故障处理部位

分析GIS设备SF6泄漏故障时，需注意密封件是GIS设备最容易发生泄漏的部位，SF6气室对密封环节的要求非常高，密封件质量的优劣以及密封安装工艺对气室是否存在漏点有着直接的影响。因此，在GIS设备安装或日常维护过程中，应注意做好以下各项工作：仔细检查各类密封件完好与否；GIS设备现场安装与检修应该严格执行相关作业指导书的工艺要求，包括GIS设备安装时的现场温/湿度条件、各种元件的安装步骤、各种零件的选取以及调试检查等均应符合规范；建议GIS设备安装时应控制好工作环境，室外尽量选择晴天；空气中含尘量一般不能超过0.1 mg/m3，空气湿度不超过80%；打开GIS气室时应使用塑料薄膜套盖住气室及法兰孔，避免引起设备内部进灰尘、碰伤及微水含量超标。通过多项措施确保GIS设备气室密封性良好，保证设备的良好运行状态。

[1]杨振宇，晋陵变.220kV GIS的漏气检修及其相关问题[J].高压电气，2010，46（6）:93-97.

[2]罗学琛.SF6气体绝缘全封闭组合电器（GIS）[M].北京：中国电力出版社，1999.

[3]孙强，朱岸明，吴经锋.750kV GIS现场主回路绝缘试验及瓷柱探伤试验分析[J].电网与清洁能源，2008，24（7）:16-18.

（本文编辑：方明霞）

Analysis and Treatment on a SF6Gas Leakage Fault of GIS Device

ZHANG Hao，WU Kai，GUAN Minyuan，WANG Wei，ZHU Jiali
（State Grid Huzhou Power Supply Company，Huzhou Zhejiang313000，China）

This paper introduces the technical advantages of a leakage detection method that combines infrared imaging with quantified detection in accordance with SF6leakage fault of GIS device.In combination with leakage fault of GIS device in a220kV substation，the combined leakage detection method is used to locate the leakage point，open the cabinet for maintenance，detect gas leakage position，analyze gas leakage reasons and introduce the specific process of gas leakage elimination of GIS device.In the final，the paper summarizes some countermeasures against gas leakage of GIS device，which is meaningful to operation safety of power grid，GIS device manufacturing and environmental protection.

GIS；SF6gas leakage；infrared imaging；combined leakage detection

TM853

：B

：1007-1881（2016）09-0035-04

2016-07-05

张 浩（1970），男，高级工程师，主要从事电网运行与管理工作。