5组220kV GIS设备微水含量超标原因分析与处理

刘天宇，赵磊，刘涛玮，冯汝明

(内蒙古电力科学研究院，内蒙古 呼和浩特 010020)

1 引言

GIS是气体绝缘金属封闭开关设备的简称，由断路器、隔离开关、接地开关、避雷器、互感器等组成，具有故障率低、使用寿命长、占地面积小等优点，自20世纪60年代问世以来，得到了国内外电力行业的广泛应用。

SF6分子极易吸收自由电子，具有较强的电负性，因此具有良好的绝缘性能和灭弧性能，0.3MPa压力下其绝缘强度就超过变压器油[1]。SF6气体作为GIS的绝缘介质，是决定GIS能否正常工作的重要因素，其中水分是影响SF6气体绝缘强度的最主要因素。电弧高温、火花放电和电晕会使SF6气体分解，但电弧熄灭后绝大部分的分解物又重新结合成稳定的SF6分子；如果水分含量超标的情况下，会生成SOF2、SO2F2、SO2等有毒物质及氢氟酸、亚硫酸等强酸性物质，腐蚀设备金属外壳，对设备造成极大的安全隐患[2]。Q/ND 10501 06-2018《输变电设备状态检修试》[3]规定，GIS中SF6气体湿度检测周期为三年。

2 情况概述及微水测试结果

2.1 情况概述

2019年5月8日，对MT变电站进行预防性试验，发现5组220kV GIS断路器气室微水超出注意值，5月20日及6月21日对其进行复测，测试结果均超出注意值，其余气室微水值正常。

5组220kV GIS断路器型号NGCB2-III，由国内某企业生产，SF6气体额定压力0.6MPa，出厂日期为2011年12月，投运日期为2013年3月，投运6年以来未出现任何故障情况。

2.2 微水测试结果

根据DL/T 596-1996《电力设备预防性试验规程》[4]以及内蒙古电力公司Q/ND 10501 06-2018《输变电设备状态检修试验规程》对GIS中SF6气体微水含量检测的规定，运行中每3年需做一次预防性试验，且GIS中断路器气室SF6气体微水含量应小于等于300μL/L。5组GIS断路器气室微水历次测试结果见表1。

表1 GIS断路器气室微水历次测试结果

从表1可以看出，5组断路器气室2013年、2016年SF6气体微水含量均符合规程要求，2019年5月8日超出规程要求的300μL/L，251断路器气室6月21日甚至增长至734μL/L，增长速度异常之快，因此需要进行处理。

3 缺陷原因分析

GIS设备SF6气体中水分的来源可能由以下几个原因：

(1)GIS设备充气前未对SF6气体进行检测，导致充入不合格SF6气体，造成水分超标；

(2)GIS设备充气时充气装置中含有水分；

(3)外壳制造工艺不良，或通过密封间隙渗入水分；

(4)密封件老化，导致存在泄漏点，水分通过泄漏点进入设备内部；

(5)GIS设备内绝缘件极易吸收水分，设备出厂前绝缘件未干燥充分或在运输过程中受潮，多年运行后，水分逐步释放，导致水分含量超标；

(6)GIS设备内的干燥剂可以吸收水分和杂质，安装前未充分干燥或者已经饱和，在多年运行后，干燥剂不仅不能吸收水分，反而向设备中释放水分。

首先，根据2013年及2016年微水测试结果，水分含量均符合规程要求，因此排除充入不合格SF6气体及充气装置带入水分的可能；其次，根据近6年巡检记录，5组断路器气室均未出现泄漏的情况，密度继电器未发生报警及闭锁记录，压力值稳定在0.62～0.63MPa，且从未进行过补气操作，因此排除设备外壳制造不良及密封老化渗入水分的可能。

同型号同批次5组断路器气室出现相同的问题，可能存在普遍性缺陷，因此推测可能的原因有：①GIS中绝缘件及零部件出厂前未进行充分干燥即进行装配或干燥处理工艺不合格，在运输、现场安装过程中质量把控不严格而导致设备进一步受潮，在多年运行后水分逐步释放出来，向SF6气体中扩散，造成水分含量超标；②现场安装GIS设备后，应对吸附剂进行更换。现场安装人员可能未对吸附剂进行更换，或者由于吸附剂暴露在空气中时间过长，导致吸附剂受潮。多年运行后吸附剂已经饱和，不仅不能够吸收GIS设备中的水分和杂质，而且会逐步释放水分，导致水分含量超标。

4 缺陷处理

根据上述对缺陷原因的分析，责成厂家技术服务人员对5组断路器气室进行处理，应做到以下三点：①更换断路器SF6气室吸附剂、密封圈；②利用高纯氮气进行循环操作，排出气室中多余的水分；③充入合格的SF6气体，完成处理。

以251断路器气室为例，介绍本次处理过程：

(1)断路器气室水分含量超标处理应在晴朗的天气进行，空气湿度低于80%，应做好防雨及防潮的措施，准备充足的高纯氮气和合格的SF6气体；

(2)7月15日14:00，采用型号为LH-13Y-15的气体回收装置对251断路器气室中的SF6气体进行回收处理，回收至密度继电器0.05MPa以下，拆开法兰对吸附剂进行更换，拆开处用塑料薄膜封口，避免设备受潮；

(3)7月15日19:00完成吸附剂更换后，继续对251断路器气室进行抽真空，真空度小于133Pa后，保持4个小时；

(4)7月15日22:00，结束抽真空，充入高纯氮气至0.4MPa，进行第一次充氮干燥；

(5)7月16日04:00，抽出氮气，抽真空至真空度小于133Pa，保持4个小时；

(6)7月16日09:00，结束抽真空，继续充入高纯氮气至0.4MPa，进行第二次充氮干燥；

(7)7月16日15:00，抽出氮气，抽真空至真空度小于133Pa，保持4个小时；

(8)7月16日20:00，结束抽真空，充入合格的SF6气体至额定压力0.6MPa，静置24小时；

(9)7月17日20:00，对251断路器气室进行微水测试，测试结果合格。

根据251断路器气室处理合格后的经验，对其余气室进行处理，5组断路器气室处理后微水测试结果见表2。

表2 断路器气室处理后微水测试结果

由表2可以看出，5组断路器气室处理后均满足内蒙古电力公司Q/ND 10501 06-2018《输变电设备状态检修试验规程》要求，新充入SF6气体微水含量小于等于150μL/L。

5 预防措施

针对本次5组断路器气室同时出现微水超标问题，为避免再次出现相同的案例，特提出以下预防措施和建议：

(1)加强对GIS设备的全过程技术监督，严把产品质量关，加强对绝缘件干燥等关键工艺的监造，严格控制产品的质量；

(2)加强对充入GIS设备SF6气体的验收和管理，避免设备中充入不合格的SF6气体；

(3)加强对GIS设备现场安装质量的把控，现场安装人员要严格执行作业指导书的相关规定，避免设备在安装过程中受潮，吸附剂在空气暴露时间不宜超过30分钟；

(4)现场注入新SF6气体前，务必将气室真空度降至133Pa以下，并保持4～6小时，避免因抽真空时间不足导致微水超标；

(5)加强对运行中SF6气体湿度的检测，严格按照规程要求，新充气后24小时测量微水，投运1年内进行复测，正常运行中每3年进行一次检测；

6 结语

SF6气体是GIS设备中的绝缘介质，其中水分是影响其绝缘强度的最主要因素，今后应加强对GIS设备监造、现场安装等全程监督。通过本次对微水超标的5组GIS断路器气室进行处理后，至今已运行近11个月，微水含量在正常范围内，表明对微水超标原因分析及处理方案的正确性，为今后处理此类故障积累了宝贵的经验。