某110 kV 变电站GIS 终端漏气原因分析

张 鸿

（广州市电力工程有限公司，广东广州 510260）

0 引言

随着电网建设与城市用电的深入，为配合城市规划的发展，近年来110 kV 变电站已广泛地采用GIS 设备供电运行，规划占地面积大大缩小。GIS 设备多采用电缆线路连接，但由于在产生、保管、安装、运行各环节上存在的种种问题，GIS 终端、接头可能发生故障，影响电网运行。对广东某变电站110 kV GIS终端漏气造成电网故障进行分析，根据故障原因提出了处理对策和改进方法，供以后进行参考。

1 110 kV GIS 故障情况分析

1.1 故障设备外观情况

2019 年6 月，某变电站正在运行的110 kV GIS A 相电缆终端气室出现SF6气体泄漏现象，气压迅速下降，造成设备无法正常运行。施工单位、运行单位及GIS 开关厂家工程师一起在现场对GIS 终端环氧套管与气室的配合情况进行了详细检查，发现在电缆终端尾部包封的绝缘胶带鼓大，有明显的气孔出气现象。

1.2 故障设备解剖

为了判断设备故障情况，将电缆终端拆出GIS 气室，分别进行GIS 气室和电缆终端进行检查。

（1）拔出环氧套管，拔出后发现环氧套管有明显的裂缝。裂缝位置位于与GIS 开关仓配合的法兰平面根部位置，根部裂纹长度约为整个圆周的三分之一。

（2）进一步拆开GIS 终端，对GIS 终端各项安装尺寸进行复核，发现接线柱安装尺寸符合工艺要求。

（3）GIS 开关与终端顶部采用多级硬性连接，存在多个刚性连接界面（图1）。

图1 110 kV GIS 终端设备连接情况

1.3 相关标准对连接界面的配合要求

GIS 终端环氧套管和GIS 开关柜存在两个配合平面，一个为环氧套管法兰与GIS 开关柜法兰的连接配合平面，另一个为环氧套管顶部与GIS 开关柜导杆的连接配合平面，根据目前市场上普遍采用的国际标准IEC 62271—209：2007 和国家标准GB/T 22381—2008 要求可知，这两个配合平面的平行度要求为0.2 mm。核对厂家资料GIS 终端环氧套管的尺寸严格按标准执行，其他尺寸也严格按标准执行。

1.4 漏气原因分析

从上述检查情况来看，认为本次GIS 终端出现漏气的原因可能是环氧套管下法兰部位受到某种非正常因素影响，导致法兰根部出现异常裂纹，最终引起GIS 终端漏气故障。根据施工经验，分析导致本次环氧套管根部出现异常裂纹的可能原因。

1.4.1 产品结构引起裂纹的可能性分析

根据GB/T 22381—2017，对于三级连接，开关设备横向施加于连接界面的以及由主回路末端直接传递过来的最大附加力应不超过5 kN；对于单极连接，连接界面也应能够承受横向施加于其上的2 kN 的总的机械力。经过厂家试验，环氧套管顶部承受水平推力达5.6 kN 时，产品无损伤，且环氧套管顶部的抗弯破坏力矩最大可达29.14 kN·m。从上述相关试验检测数据可知，氧套管的机械性能可满足正常使用要求。因此，不存在由于产品结构问题导致环氧套管出现异常裂纹的可能性。

1.4.2 产品质量引起裂纹的可能性分析

经过核查检验报告及竣工资料，本次出现裂纹的环氧套管按要求进行出厂了试验，局放试验检测，施加114 kV 工频试验电压，检测结果合格；工频耐压190 kV，历时30 min，检测结果合格。对环氧套管原材料的进厂检验、生产及出厂试验环节等相关过程记录文件，环氧套管的机械、电气等各方面性能均达到要求，GIS 终端安装各安装尺寸均符合工艺要求。

从对环氧套管的原材料进厂检测及出厂试验环节的相关过程记录文件核查的结果看，相关控制环节均严格按照ISO 9001—2015、IEC 60840—2011、GB/T 11017—2002、GB/T 22381—2017 等要求执行，产品合格，排除不合格产品流入市场的可能性。同时与本次故障环氧套管同一批次材料、同一时间段生产的其他产品未有任何不良反馈，产品质量不存在由环氧套管质量引起本次环氧套管出现裂纹的可能性。

1.4.3 GIS 仓体与环氧套管配合问题引起裂纹的可能性分析

GIS 仓体与环氧套管的连接如图2 所示，其多级刚性连接结构与国内其他开关柜厂家常见的采用弹簧触指和较少的配合界面的结构有较大不同。国内其他GIS 开关厂家，一方面弹簧触指结构有着更大的间隙补偿量，另一方面导电杆组件自身配合界面较少时，受装配误差影响更小，装配精度更高。

图2 GIS 仓体与环氧套管连接

根据以上配合关系可知，GIS 仓内导电连接部件由多个零部件组成，装配连接界面多达4 个，存在4 处装配公差，主要由GIS 仓厂家进行控制和保证。在对上述零部件进行组装时，要求各零部件具有极高的加工精度和装配精度。一旦某个零部件出现加工误差较大或多个零部件出现装配公差较大时，可能造成最后连接的两个部件出现不同心或连接界面存在单边间隙的现象。一般情况下，GIS 厂家会将配合界面设计成弹簧触指连接界面，该连接界面可在一定程度上弥补上述各步骤中所产生的累积公差，确保最终的装配尺寸合理。如果采用硬连接，当在上述步骤操作过程中出现由于GIS 开关安装人员装配精度较低、装配公差将累积较大，将导致终端接头和开关插座中心出现不同心、甚至偏差较大的现象，从而引起多个装配界面上某一侧出现异常的机械拉应力，该拉应力有可能达到比较大的数量级。由于现有技术手段及测量条件有限，该机械拉应力目前尚无法进行有效测量。根据GIS 仓体结构可知，除环氧套管外所有连接部件均为金属材料，仅环氧套管为环氧树脂材料，因此，在这种异常大的机械应力长期作用下，容易导致环氧套管根部位置出现裂纹。

通过电缆附件厂家对产品进行了仿真分析，当施加横向应力作用在环氧套管顶部时，最大应力出现于环氧套管法兰平面根部位置，与本次出现异常裂纹的情况十分吻合。

2 应对措施

按照现场的判断分析和仿真试验，可以判断开裂原因主要是由于环氧套管顶部承受了异常的外力所导致。由于设备进场安装时间已经近5 年，受时间及环境条件限制，并不能对当时现场导电杆组件与环氧套管的配合情况进行有效检测，得到安装偏差值。只能重新对GIS 电缆终端头进行更换，满足安装要求，恢复设备运行。为了避免在未来的工程实施过程中出现类似故障，安装单位提出以下应对措施。

（1）在工程实施前建设单位需协调，设计、GIS 设备及电电缆附件厂家、安装、运行单位进行设计交底，核对设备及附件的尺寸是否能相互配套，及安装后能否满足规程规范及运行要求。

（2）附件安装前，附件安装单位需对产品进行交底，明确产品的要求是否满足设计要求，达到设计说明书的技术参数要求。

（3）现场进行配套的组件模拟安装，进一步确认各配件是否能够可靠的配套。

（4）附件安装技术指导工程师，要配合复核好附件的尺寸要求。

3 建议

随着城市规划的发展，变电站采用GIS 设备越来越普及。通过分析事故认为，应采取以下预防措施来保证电网安全运行。

（1）加强设备质量检验工作，同时生产厂家也应加强质量管理，提高质量意识，严格出厂前的试验和检验工作，杜绝不合格产品流入市场。

（2）提高安装质量。采用经验丰富、专业的施工队伍和加强接头安装人员的技术水平和质量意识，严格按照安装工艺施工是减少事故的重要途径。

（3）提高设计图纸深度，加强交流和学习，充分考虑在长期安全运行环境中可能遇到的情况。

（4）加大运行监测力度。运行部门可以考虑在GIS 设备和电缆附件通过电气交接试验后，进行局部放电试验，检验产品是否存在缺陷。