电压互感器气室SF6微水超标分析与处理

贺 政，袁晓霞，邱湘琴

(国网甘肃省电力公司庆阳供电公司，甘肃 庆阳 745000)

0 引言

气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated switchgear，GIS)是将变电站中的断路器、隔离开关、互感器、避雷器、母线、进出线套管等一次设备组成一个整体，统一布置安装，并采用SF6气体作为电器设备绝缘、灭弧介质的高压配电装置。其各个电器元件(如断路器、互感器、避雷器等)分别布置在不同的金属容器(气室)中，各气室间采用盆式绝缘子隔开。按各元件属性及气室中SF6气体是否联通，盆式绝缘子分为通盆和隔盆2种，其中采用隔盆绝缘子将GIS装置分隔成各个单独的气室运行。

GIS装置具有设计紧凑、占地面积小、运行稳定可靠性高、安全性能显著、故障率低、检修维护工作量小的优点，在电网系统中得到广泛应用。

1 GIS装置SF6气体微水超标隐患

某供电公司某110 kV变电站采用ZF7A-126型三相共箱式GIS装置，投运于2001年10月，设计为2段母线，分别设置电压互感器。

2002年10月，进行投运1年后的复试，微水含量与交接试验数据近似，未发现异常。随后，纳入状态检修周期管理，每5年复试1次。

2007年10月，试验数据正常，微水含量均小于 60 μL/L。

2012年9月，测试110 kV I段电压互感器气室SF6微水含量为113 μL/L，110 kV II段电压互感器气室SF6微水含量为139 μL/L，在合格范围内，但较上次检测数据有明显上升。鉴于设备微水检测值有上升趋势，随机评价设备状态为“注意”状态，缩短试验周期。

2013年10月，测试110 kV I段电压互感器气室SF6微水含量为192 μL/L，110 kV II段电压互感器气室SF6微水含量为207μL/L，微水含量有明显上升；随后安排每年度进行测试。

2014年4月，再次对GIS装置电压互感器气室进行SF6气体例行检测，发现其微水含量上升趋势较为明显。110 kV I段电压互感器气室SF6微水含量为337 μL/L，110 kV II段电压互感器气室SF6微水含量为330 μL/L，较上次检测数据有明显上升；而其他相邻间隔气室SF6微水含量为40—80 μL/L。

同年7月，在继续跟踪检测中，发现微水含量急速上升，分别为110 kV I段电压互感器气室SF6微水含量为648 μL/L，110 kV II段电压互感器气室SF6微水含量为655 μL/L，均超出运行中500 μL/L 的标准 (参照 Q/GDW 1168—2013《输变电设备状态检修试验规程》中SF6微水含量标准)；其他相邻间隔气室SF6微水含量与投运时检测数据无显明显变化。

10月份再次进行跟踪检测，I，II段电压互感器气室SF6微水有所下降，分别为355 μL/L，335 μL/L，跟踪检测情况如表1所示。

通过表1可以明显看出，除I，II段电压互感器气室外，其他气室SF6气体微水含量均保持稳定水平；而且电压互感器气室SF6微水含量随季节、气温不同变化比较显著，气温最高时微水含量超出500 μL/L的运行标准。

表1 2014—2015年部分测试数据 μL/L

2 SF6气体微水超标原因分析及危害

2.1 微水超标原因分析

2.1.1 新气微水超标

气室中的SF6微水超标可能是充装的SF6新气含水量超标导致。该变电站GIS装置于2001年一次投运，投运前补气时，所有SF6气体均检测合格，其他气室SF6气体微水含量运行中也均在合格范围内，且微水检测数据与电压互感器气室相比显著偏小，所以可排除新气微水超标的原因。

2.1.2 补气微水超标

自2001年投运以来，I，II段电压互感器气室在运行中无渗漏现象，未补充SF6气体，可排除补气带进水分的原因。

2.1.3 外部水蒸气渗透导致微水超标

该变电站GIS装置为户内设备，110 kV高压室两侧均设有通风窗和排气扇，同时变电站所处地区为干燥、少雨气候，其他气室在同等运行条件下均未出现同类现象，所以外部水蒸气渗透导致SF6气体微水超标的原因也不成立。

2.1.4 设备本身水分逸出导致微水超标

当环境度较高时(约高于30℃)，气室内电压互感器线圈的水分挥发至SF6气体中，导致SF6气体微水急剧上升。气温下降时，气室内的水分部分凝结于气室壳体和电压互感器本体外壳，SF6气体中的微水含量出现下降。根据SF6气体的微水检测理论，环境温度升高会使GIS气室中微水含量明显增加，但不呈线性关系，故初步判断该GIS装置SF6气体微水超标原因为电压互感器线圈中水分处理不当。

经过和同类设备运行单位多次确认，并联系GIS整体组装厂家和电压互感器供货厂家后，判断该缺陷为电压互感器线圈前期处理不当，线圈内部未彻底清除的水分随运行时间增长缓慢挥发导致。

2.2 微水超标带来的危害

110 kV三相共箱式GIS装置中各带电导体间距离极近，为50—120 mm，SF6气体微水超标极易造成内部绝缘子或其他绝缘件闪络、放电，甚至造成内部短路的严重事故。现I，II段电压互感器气室SF6气体微水值在夏季高温时超过500 μL/L，严重时达到655 μL/L，超出运行标准较多，必须进行处理。

3 SF6气体微水超标处理方案及实施

3.1 处理方案

现运行的电压互感器为三相一体式，共装于1个气室内部，且出厂前即完成整体封装，现场解体、干燥线圈难度较大，技术条件不足，故不采用解体干燥的办法处理。

通过分析讨论，现场可采用将气室SF6气体回收、充注高纯氮气干燥互感器线圈、加热气室以促进水分逸出、抽真空排出水分的方法进行处理。

3.2 重点技术措施

(1) SF6气体回收过程中使用带电磁截止阀的回收装置，以防止回收气体过程中突然停电，导致真空油返至气室内部。

(2) 回收的SF6气体必须灌装至气瓶中，不得向大气排放。

(3) 该GIS装置为内桥接线，与电压互感器气室相邻的为主变出线分支气室，两气室的SF6压力均为0.5 MPa，正常运行中处于压力平衡状态。抽真空处理时，电压互感器气室真空度要达到133 Pa(1 Toor)，即，而相邻的主变出线分支气室压力为0.5 MPa，两者之间压差较大;且该GIS装置已运行15年以上，相关部件存在老化可能。

为了防止抽真空期间因两气室之间压差过大导致气室间盆式绝缘子损坏，所以需要采用分气室逐步进行回收和主变出线分支气室减压的方法。必须确保两气室间压差不大于0.3 MPa，保证盆式绝缘子两侧承压在控制范围内，以杜绝盆式绝缘子损坏。GIS装置气室布置如图1所示。

图1 GIS装置气室布置示意

(4) 要保证气室内的真空度保持时间，真空达到标准(1 Toor)后，应继续抽3—4 h，以保障水分持续被抽出气室。

(5) 用于干燥的高纯氮气必须保证品质，防止再次带入水分。

(6) 为促进电压互感器线圈内部水分逸出，应采用加热气室的方法。在整个处理过程中，不间断地对气室进行加热处理，使气室温度超出环境温度，以加速水分逸出。

(7) 备用SF6新气必须检测合格，微水含量在30 μL/L以下。

(8) 充入SF6气体时，必须使用减压阀减压后充入；充气应缓慢进行，以防止造成凝露，再次带进水分。

(9) 处理、充气应选择晴好天气进行，避免阴雨天进行上述操作。

3.3 现场处理实施

确定处理方案后，由于受停电时间限制，分别在2016年3月和10月对I段电压互感器和II段电压互感器进行了处理。现场处理流程如下。

(1) 办理工作票，停运设备。由于采用内桥接线，电压互感器隔离开关与主变出线分支为同一气室布置，该气室需做减压处理。在主变出线分支气室内SF6气压降低后，绝缘强度降低，存在事故隐患，故停电范围为该段母线、变压器、电压互感器、避雷器等设备。

(2) 加热气室促进水分逸出。停运设备后立即对需要处理的电压互感器气室加热，现场采用电热伴热带缠绕气室、不间断加热的方式，保证气室温度高于环境温度5—10 ℃，直至处理结束。

(3) SF6气体回收。先将电压互感器气室内SF6气体回收至0.25 MPa后停止，随后将需降压的主变出线分支气内SF6气体回收至0.25 MPa，最后再次回收电压互感器气室内SF6气体直至0。

(4) 设备抽真空。对电压互感器气室抽真空处理，抽至标准值(1 Toor)后，保持4 h。保持期间真空泵不停止工作，并应有专人随时监测真空度。

(5) 充入高纯氮气至0.3 MPa，干燥气室，干燥时间4 h。

(6) 再次对设备抽真空，重复(4)和(5)2个环节。

(7) 干燥结束后，抽空干燥用的氮气，保持真空，不间断抽4 h后，充装SF6新气，静置24 h后试验。

(8) 对减压处理的主变出线分支气室补气至额定值，处理结束。

4 处理结果分析

I，II段电压互感器气室处理结束后，继续跟踪监测SF6气体微水值，测试结果如表2所示。

表2 处理后电压互感器气室SF6气体微水值 μL/L

由表2可看出，I，II段电压互感器气室经真空、干燥处理后，3月的I段电压互感器和4月的II段电压互感器微水检测数据均在运行标准内，但I段气室微水含量较II段偏高。分析原因为受限设备停电时间，I段气室停电2天，故抽真空、干燥处理操作为2个循环；而II段气室停电3天，抽真空、干燥处理操作为3个循环，故处理效果较好。

5 处理经验总结

通过对I，II段电压互感器气室处理结果、处理流程分析对比后，对GIS气室SF6气体微水超标处理经验总结如下。

(1) 处理过程中真空度的保持时间对处理效果有显著影响，真空保持时间越长，处理效果越好。

(2) 温度对处理效果影响较大，温度越高，越有利于设备本身的水分逸出，利于气体处理。

(3) 对气室加热使其温度高于环境温度，促进水分逸出，是一种有效提高处理效果的手段。

(4) 真空-干燥-真空处理循环的次数对处理结果有决定性作用，循环的次数越多，处理效果越好。以表2数据对比估算，如仅循环处理1次，处理结果可能达不到运行标准，所以在同类故障处理时，建议最少需做2次及以上循环。