張 鴻

（廣州市電力工程有限公司，廣東廣州 510260）

0 引言

隨著電網(wǎng)建設與城市用電的深入，為配合城市規(guī)劃的發(fā)展，近年來110 kV 變電站已廣泛地采用GIS 設備供電運行，規(guī)劃占地面積大大縮小。GIS 設備多采用電纜線路連接，但由于在產(chǎn)生、保管、安裝、運行各環(huán)節(jié)上存在的種種問題，GIS 終端、接頭可能發(fā)生故障，影響電網(wǎng)運行。對廣東某變電站110 kV GIS終端漏氣造成電網(wǎng)故障進行分析，根據(jù)故障原因提出了處理對策和改進方法，供以后進行參考。

1 110 kV GIS 故障情況分析

1.1 故障設備外觀情況

2019 年6 月，某變電站正在運行的110 kV GIS A 相電纜終端氣室出現(xiàn)SF6氣體泄漏現(xiàn)象，氣壓迅速下降，造成設備無法正常運行。施工單位、運行單位及GIS 開關廠家工程師一起在現(xiàn)場對GIS 終端環(huán)氧套管與氣室的配合情況進行了詳細檢查，發(fā)現(xiàn)在電纜終端尾部包封的絕緣膠帶鼓大，有明顯的氣孔出氣現(xiàn)象。

1.2 故障設備解剖

為了判斷設備故障情況，將電纜終端拆出GIS 氣室，分別進行GIS 氣室和電纜終端進行檢查。

（1）拔出環(huán)氧套管，拔出后發(fā)現(xiàn)環(huán)氧套管有明顯的裂縫。裂縫位置位于與GIS 開關倉配合的法蘭平面根部位置，根部裂紋長度約為整個圓周的三分之一。

（2）進一步拆開GIS 終端，對GIS 終端各項安裝尺寸進行復核，發(fā)現(xiàn)接線柱安裝尺寸符合工藝要求。

（3）GIS 開關與終端頂部采用多級硬性連接，存在多個剛性連接界面（圖1）。

圖1 110 kV GIS 終端設備連接情況

1.3 相關標準對連接界面的配合要求

GIS 終端環(huán)氧套管和GIS 開關柜存在兩個配合平面，一個為環(huán)氧套管法蘭與GIS 開關柜法蘭的連接配合平面，另一個為環(huán)氧套管頂部與GIS 開關柜導桿的連接配合平面，根據(jù)目前市場上普遍采用的國際標準IEC 62271—209：2007 和國家標準GB/T 22381—2008 要求可知，這兩個配合平面的平行度要求為0.2 mm。核對廠家資料GIS 終端環(huán)氧套管的尺寸嚴格按標準執(zhí)行，其他尺寸也嚴格按標準執(zhí)行。

1.4 漏氣原因分析

從上述檢查情況來看，認為本次GIS 終端出現(xiàn)漏氣的原因可能是環(huán)氧套管下法蘭部位受到某種非正常因素影響，導致法蘭根部出現(xiàn)異常裂紋，最終引起GIS 終端漏氣故障。根據(jù)施工經(jīng)驗，分析導致本次環(huán)氧套管根部出現(xiàn)異常裂紋的可能原因。

1.4.1 產(chǎn)品結構引起裂紋的可能性分析

根據(jù)GB/T 22381—2017，對于三級連接，開關設備橫向施加于連接界面的以及由主回路末端直接傳遞過來的最大附加力應不超過5 kN；對于單極連接，連接界面也應能夠承受橫向施加于其上的2 kN 的總的機械力。經(jīng)過廠家試驗，環(huán)氧套管頂部承受水平推力達5.6 kN 時，產(chǎn)品無損傷，且環(huán)氧套管頂部的抗彎破壞力矩最大可達29.14 kN·m。從上述相關試驗檢測數(shù)據(jù)可知，氧套管的機械性能可滿足正常使用要求。因此，不存在由于產(chǎn)品結構問題導致環(huán)氧套管出現(xiàn)異常裂紋的可能性。

1.4.2 產(chǎn)品質量引起裂紋的可能性分析

經(jīng)過核查檢驗報告及竣工資料，本次出現(xiàn)裂紋的環(huán)氧套管按要求進行出廠了試驗，局放試驗檢測，施加114 kV 工頻試驗電壓，檢測結果合格；工頻耐壓190 kV，歷時30 min，檢測結果合格。對環(huán)氧套管原材料的進廠檢驗、生產(chǎn)及出廠試驗環(huán)節(jié)等相關過程記錄文件，環(huán)氧套管的機械、電氣等各方面性能均達到要求，GIS 終端安裝各安裝尺寸均符合工藝要求。

從對環(huán)氧套管的原材料進廠檢測及出廠試驗環(huán)節(jié)的相關過程記錄文件核查的結果看，相關控制環(huán)節(jié)均嚴格按照ISO 9001—2015、IEC 60840—2011、GB/T 11017—2002、GB/T 22381—2017 等要求執(zhí)行，產(chǎn)品合格，排除不合格產(chǎn)品流入市場的可能性。同時與本次故障環(huán)氧套管同一批次材料、同一時間段生產(chǎn)的其他產(chǎn)品未有任何不良反饋，產(chǎn)品質量不存在由環(huán)氧套管質量引起本次環(huán)氧套管出現(xiàn)裂紋的可能性。

1.4.3 GIS 倉體與環(huán)氧套管配合問題引起裂紋的可能性分析

GIS 倉體與環(huán)氧套管的連接如圖2 所示，其多級剛性連接結構與國內其他開關柜廠家常見的采用彈簧觸指和較少的配合界面的結構有較大不同。國內其他GIS 開關廠家，一方面彈簧觸指結構有著更大的間隙補償量，另一方面導電桿組件自身配合界面較少時，受裝配誤差影響更小，裝配精度更高。

圖2 GIS 倉體與環(huán)氧套管連接

根據(jù)以上配合關系可知，GIS 倉內導電連接部件由多個零部件組成，裝配連接界面多達4 個，存在4 處裝配公差，主要由GIS 倉廠家進行控制和保證。在對上述零部件進行組裝時，要求各零部件具有極高的加工精度和裝配精度。一旦某個零部件出現(xiàn)加工誤差較大或多個零部件出現(xiàn)裝配公差較大時，可能造成最后連接的兩個部件出現(xiàn)不同心或連接界面存在單邊間隙的現(xiàn)象。一般情況下，GIS 廠家會將配合界面設計成彈簧觸指連接界面，該連接界面可在一定程度上彌補上述各步驟中所產(chǎn)生的累積公差，確保最終的裝配尺寸合理。如果采用硬連接，當在上述步驟操作過程中出現(xiàn)由于GIS 開關安裝人員裝配精度較低、裝配公差將累積較大，將導致終端接頭和開關插座中心出現(xiàn)不同心、甚至偏差較大的現(xiàn)象，從而引起多個裝配界面上某一側出現(xiàn)異常的機械拉應力，該拉應力有可能達到比較大的數(shù)量級。由于現(xiàn)有技術手段及測量條件有限，該機械拉應力目前尚無法進行有效測量。根據(jù)GIS 倉體結構可知，除環(huán)氧套管外所有連接部件均為金屬材料，僅環(huán)氧套管為環(huán)氧樹脂材料，因此，在這種異常大的機械應力長期作用下，容易導致環(huán)氧套管根部位置出現(xiàn)裂紋。

通過電纜附件廠家對產(chǎn)品進行了仿真分析，當施加橫向應力作用在環(huán)氧套管頂部時，最大應力出現(xiàn)于環(huán)氧套管法蘭平面根部位置，與本次出現(xiàn)異常裂紋的情況十分吻合。

2 應對措施

按照現(xiàn)場的判斷分析和仿真試驗，可以判斷開裂原因主要是由于環(huán)氧套管頂部承受了異常的外力所導致。由于設備進場安裝時間已經(jīng)近5 年，受時間及環(huán)境條件限制，并不能對當時現(xiàn)場導電桿組件與環(huán)氧套管的配合情況進行有效檢測，得到安裝偏差值。只能重新對GIS 電纜終端頭進行更換，滿足安裝要求，恢復設備運行。為了避免在未來的工程實施過程中出現(xiàn)類似故障，安裝單位提出以下應對措施。

（1）在工程實施前建設單位需協(xié)調，設計、GIS 設備及電電纜附件廠家、安裝、運行單位進行設計交底，核對設備及附件的尺寸是否能相互配套，及安裝后能否滿足規(guī)程規(guī)范及運行要求。

（2）附件安裝前，附件安裝單位需對產(chǎn)品進行交底，明確產(chǎn)品的要求是否滿足設計要求，達到設計說明書的技術參數(shù)要求。

（3）現(xiàn)場進行配套的組件模擬安裝，進一步確認各配件是否能夠可靠的配套。

（4）附件安裝技術指導工程師，要配合復核好附件的尺寸要求。

3 建議

隨著城市規(guī)劃的發(fā)展，變電站采用GIS 設備越來越普及。通過分析事故認為，應采取以下預防措施來保證電網(wǎng)安全運行。

（1）加強設備質量檢驗工作，同時生產(chǎn)廠家也應加強質量管理，提高質量意識，嚴格出廠前的試驗和檢驗工作，杜絕不合格產(chǎn)品流入市場。

（2）提高安裝質量。采用經(jīng)驗豐富、專業(yè)的施工隊伍和加強接頭安裝人員的技術水平和質量意識，嚴格按照安裝工藝施工是減少事故的重要途徑。

（3）提高設計圖紙深度，加強交流和學習，充分考慮在長期安全運行環(huán)境中可能遇到的情況。

（4）加大運行監(jiān)測力度。運行部門可以考慮在GIS 設備和電纜附件通過電氣交接試驗后，進行局部放電試驗，檢驗產(chǎn)品是否存在缺陷。