组合电器法兰灌胶质量超声波检测

郭果+郭凯+李茹勤

摘 要：组合电器具有免维护，可靠性好的特点，但其密封面失效导致的停运故障时有发生，其中灌胶区域质量问题是重要原因之一。利用超声在不同界面上的反射规律，区别灌胶区域质量，方法简单，结果直观。通过工程应用，可以在基建阶段完成对灌胶施工质量的筛查。

关键词：组合电器；法兰；灌胶；超声波检测

中图分类号：TG115 文献标识码：A

某变电站220kV GIS的3处泄漏点解体并对绝缘盆进行更换处理，发现密封面有雨水浸入，定位螺栓处外部涂抹的防水胶有开裂、脱落现象，密封面局部发生腐蚀。现场解体显示，防水胶注入存在不充分的情况，且密封面局部存在明显水分腐蚀痕迹，密封圈表面存在白色腐蚀生成物，腐蚀生成物与O型圈接触部位发生气体泄漏。经过国网公司2014～2016年统计，组合电器故障发生率较高，其中发生故障台次的37%为法兰漏气，其中主要原因是灌胶区施工质量问题。

高压组合电器是筒状结构，由多节连接而成，在节与节之间或端部位置设置有法兰，法兰的主密封为O型圈，O型圈外侧设置环形灌胶密封区域。当水或有机液体渗入O型圈位置时，会导致密封面腐蚀和O型圈老化，而灌胶密封区域主要作用是防止外部水和污染物渗入密封圈位置。灌胶部位是环状槽，每隔一定距离设置一处灌胶孔与外部联通，胶体材料在一定外力推动下压入通过灌胶孔压入槽内。由于施工工艺、操作过程和现场环境的差异，会导致部分灌胶区域存在未填充、脱胶等缺陷，影响设备密封性能。

为了实现灌胶区的测试，设计制作灌胶区域检测对比试块。通过不同厚度，来模拟不同电压等级的组合电器尺寸。通过在试块槽内填充胶体或者不填充胶体来模拟灌装质量。

三阶梯试块材质为6061系列铝合金，由三阶梯块和底板构成，底板和三阶梯块通过M10螺栓连接。三阶梯块是三阶梯块状结构，每个台阶宽度40mm，长200mm，3个阶梯厚度分别为20±5mm、40±5mm、60±5mm。每個台阶面横向中心线上，距离两侧台阶边沿10mm位置各设置一个直径11mm通孔。底板是20mm厚度铝合金板，宽度为120mm，长度200mm，底板对应三阶梯通孔位置设置11mm通孔。底板对应于三阶梯块每个阶梯位置加工3个平底槽，槽对应台阶面横向中心线上，距离台阶边沿5mm，相互间距20mm，槽尺寸为30mm×30mm×4mm。对应每个阶梯上3个槽分别设置成不灌胶、灌胶后脱离、灌胶后保持3种状态。灌胶后脱离是将三阶梯块底面覆盖塑料薄膜，浇筑灌胶后脱离区域，通过M10螺栓加压保持，在胶体凝固24h后，分离底板和三阶梯块，去除薄膜。将灌胶后保持区域浇筑胶体，通过M10螺栓加压保持，完成试块制作。

灌胶区域属于胶体和铝合金法兰体的交界面，确定两者的反射规律可以反映出胶体和铝合金界面的结合状况，一般在均匀的材料中，缺陷的存在将造成材料的不连续，这种不连续往往又造成声阻抗的不一致，超声波在两种不同声阻抗的介质的交界面上将会发生反射，反射回来的能量的大小与交界面两边介质声阻抗的差异和交界面的取向、大小有关。当超声波垂直入射到光滑平界面时，将在第一介质中产生一个与入射波方向相反的反射波，在第二介质中产生一个与入射波方向相同的透射波。胶装结合状态良好时，界面的声压反射率为61%，透射率为39%，胶体内部可以发生3次及以上反射；当发生脱层时，声压反射率为高于61%，低于100%，胶体内部发生反射次数降低为1次；当发生未填充时，声压反射率为100%，胶体内部发生反射次数降低为0次。当黏结状态改变时，界面的对超声波的声压反射率也随之变化，采用专用的超声波检测仪器，通过测定声压反射率的幅度和波形实现灌胶质量的检测。

采用数字化超声波检测仪，探头采用2.5 P20纵波传感器。显示方式采用声程调节模式，将探头依次通过不同厚度的台阶上不同区域。检测时，对应不同电压等级，选择不同台阶厚度进行检测灵敏度调整，将灌胶回波调整到第3次波占屏幕高度的20%，开始进行检测。当发现灌胶第二次回波消失时可以判定为脱胶，当灌胶回波全部消失时可以判定为未填充或者填充不完整，如图1所示。

完成试验验证后，国网河南省电力公司检修公司开展了白沙站和南阳站的组合电器密封法兰灌胶区域质量测试，共检测16个密封圈，发现灌胶区域=质量不良区域6处，已经进行更换处理，如图2、图3所示。

结语

灌胶质量不良是组合电器密封面失效的重要原因。通过超声波检测技术，可以区分灌胶良好区域和灌胶不良区域，可以实现现场组装的组合电器密封面灌胶质量检测。通过南阳站和白沙站现场应用，该方法操作较为简单，可以直观发现灌胶区域缺胶、脱胶等缺陷，提高设备安全水平。

参考文献

[1]黄兴泉，王栋. 220kV白沙变电站组合电器漏气分析[J].河南电力，2016（3）：36-37.

[2]艾新法，郝曙光.变电设备异常运行及故障分析图册[M].北京：中国电力出版社，2011.

[3]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，1998.

[4]李伟，焦冠男.对SF6 组合电器联锁逻辑的探讨[J].科技创新导报，2015（23）：101-102.

[5]毛维俭.全封闭组合电器电缆终端支架紧固螺栓发热分析与处理[J].机电信息，2015（7）：120-121.

[6]关永刚，刘卫东，周远翔，等.高压真空绝缘组合电器的技术可行性[J].清华大学学报（自然科学版），2010（5）：99-100.