750 kV GIS盆式绝缘子开裂导致漏气分析与治理

戴立庆，王巧燕，徐铁胜，林恒青

（1.福建船政交通职业学院 机械与智能制造学院,福建 福州 350007；2.国网福建省电力有限公司福州供电公司，福建 福州 350004；3.国网青海省电力公司 检修公司，青海 西宁 810003）

气体绝缘金属开关设备（Gas Insulated Switchgear，GIS）因具有占地面积小、结构紧凑、技术性能高、安装方便、造型美观、运行可靠性高等一系列优点，已经被越来越广泛地采用，特别是在高电压等级电网中［1-4］。随着GIS的广泛应用，GIS缺陷和故障越来越多，仅2017年国网福建省电力有限公司福州供电公司就发生GIS间隔故障3 218次［5-7］。

GIS设备经盆式绝缘子分成若干间隔，每个间隔装有气体密度计以监测气室压力，盆式绝缘子起着电气绝缘和机械支撑的作用，是GIS中非常重要的部件，同时也是GIS中相对薄弱的环节［8-10］。在众多漏气故障中，盆式绝缘子裂纹漏气占所有漏气故障的80%以上［11］。

本文通过对国网福建省电力有限公司福州供电公司发生的两起导致GIS设备漏气的盆式绝缘子的现场拆解，发现波纹管漏气侧盆式绝缘子边缘有裂纹，然后对开裂盆式绝缘子进行受力分析，并找出引起盆式绝缘子开裂的原因，针对开裂的原因进行改进，即采取在缺陷结构处加装过渡筒体的措施。改进后GIS原开裂处的应力减少，有效消除了导致GIS设备漏气的隐患，保证GIS设备安全可靠运行。

1 故障描述

某750 kV变电站#1主变压器（以下简称主变）于2017年5月3日16时51分试运行结束，正式投入运行。2017年5月至2017年9月750 kV GIS设备#1主变出线分支共发生2起因盆式绝缘子开裂导致的设备漏气事件。

第一次异常情况：2017年5月27日17时15分运行维修人员巡视750 kV GIS设备时，发现#1主变750 kV侧GIS B相分支母线力矩平衡型伸缩节外侧盆式绝缘子侧下方处有明显漏气现象，经过约0.5 h，压力从0.45 MPa降至0.44 MPa，气室中气体压力降低显著，随即申请停电处理。

第二次异常情况：2017年9月7日14时10分运行维修人员巡视抄录750 kV GIS设备SF6气体压力时，发现#1主变750 kV侧GIS分支母线过渡2气室C相压力较上次抄录值有明显下降。2017年9月12日对该气室所有对接面、表头等部位进行包扎检漏，当天未检出漏点。2017年9月17日再次安排专业班组进行检漏，检漏发现#1主变750 kV侧GIS分支母线过渡气室C相力矩平衡型伸缩节外侧盆式绝缘子侧下方处有漏气现象。2017年9月21日下午，由于该气室中气体压力下降趋势明显加快，随即申请停电处理。

2 解体检查

第一次解体检查情况：2017年5月30日对#1主变750 kV侧GIS设备B相分支母线漏气气室进行解体检查，现场发现波纹管漏气侧盆式绝缘子边缘有一处贯穿性裂纹，裂纹情况如图1所示。

图1 第一次解体的盆式绝缘子裂纹情况

第二次解体检查情况：2017年9月22日，对#1主变750 kV侧GIS设备C相分支母线漏气气室进行解体检查，发现漏气部位靠近压力平衡波纹管侧盆式绝缘子沿面有7处裂纹，其中3处裂纹为贯穿性裂纹，4处裂纹为沿边局部开裂，具体裂纹情况如图2所示。

图2 第二次解体的盆式绝缘子裂纹情况

3 缺陷原因分析

因两次开裂的盆式绝缘子均位于同一部位，所以将两次开裂盆子受力情况进行统一分析，故障部位整体结构如图3所示。

图3 故障部位整体结构

通过现场解体发现发生盆子开裂部位的波纹管变形，并导致两端法兰变形，波纹管变形后盆子下部受力，受力情况如图4所示。由图4可知，盆子下部通过盆子外侧铝制法兰的台阶受到一个向左的力，同时，运行过程中母线筒受到阳光照射，上部与下部最大温差可超过40℃，上部筒体膨胀量大于下部筒体，导致波纹管两侧法兰面不平行，在盆子铝制法兰台阶部位向左力的作用下加剧了此处的应力集中。

图4 波纹管变形后盆式绝缘子受力

为进一步分析开裂的原因，本文通过ANSYS有限元分析软件对盆式绝缘子的应力、应变进行计算，计算结果如图5和图6所示。由图5和图6知，容易发生故障的部位为法兰处，法兰处的应力及应变均较大，该应力是导致盆式绝缘子开裂的主要原因。

图5 盆式绝缘子的等效应力分布

图6 盆式绝缘子的等效弹性应变分布

4 结构改进及运行验证

为保证设备安全稳定运行，根据产生裂纹的原因对结构进行了改进，在波纹管与盆式绝缘子中间进行加装过渡筒体（图7），以减小绝缘盆子处的应力，消除设备隐患。

图7 波纹管处加装过渡筒体

2018年3月25日至2018年4月8日，结合#1主变首检工作，对#1主变分支母线5处波纹管与盆式绝缘子直接对接结构更换为加装过渡筒结构，经过运行未出现因盒式绝缘开裂而导致漏气现象，验证了结构改进的正确性。

5 结论

本文通过对两起盆子开裂事故的分析，发现波纹管法兰与绝缘盆子直接对接的结构存在设计不合理的情况，并根据设计不合理情况提出了相关的改进措施，即在波纹管一侧与绝缘盆子对接部位加装一段过渡筒体，此筒体的安装使绝缘盆子避开了应力较大的区域。加装GIS设备间隔过渡筒体减小了绝缘盆子处的应力，保证了GIS设备安全可靠运行。