一起750kVGIS设备故障原因分析及对策

一起750kVGIS设备故障原因分析及对策

解统彪

（国网青海检修公司青海西宁810000）

摘要：目前电网中SF6全封闭组合电器GIS设备广泛应用，但在高海拔地区由于受环境影响，运维难度较东部沿海地区大，需要不断积累运维经验，提升GIS设备运维管理水平。本文通过一起750kVGIS设备漏气故障，阐述了高海拔地区需要进一步加强GIS长母线运维过程中的应力分析工作，加强GIS波纹管运维工作，确保电网安全可靠运行。

关键词：应力；波纹管

0引言

由于GIS设备运行安全可靠、检修周期长、维护工作量少、安装方便、占地面积小且GIS设备受环境影响小等特点，广泛应用于主电网和城市电网中。GIS设备虽然有诸多优点，但是在运维过程中，GIS设备也暴露出诸多问题，急需探究其问题存在的原因并进行相应的处理。

1故障经过

××年××月××日，××变电站运维人员巡视抄录750kVGIS设备SF6气体压力时，发现#1主变750kV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，公司要求加强监视，每日抄录压力，发现压力有突变情况，及时汇报。同时公司安排专业班组对该气室所有对接面、表头等部位进行包扎检漏（该气室长约30米），发现#1主变750kV侧GIS分支母线过渡2气室C相自平衡压力波纹管（编号为：#1主变750kV侧-LS02C伸缩节）法兰螺栓处（4处）有漏气现象。后期由于该气室压力下降趋势明显加快，现场申请停电对漏气波纹管进行解体检查处理。

2检查情况

2.1解体检查情况

对#1主变750kV侧GIS设备C相分支母线过渡2气室漏气部位进行解体检查发现靠压力自平衡波纹管侧绝缘盆子沿面严重破裂，其中贯穿性裂纹3处，局部开裂4处（图1）。在发生开裂的绝缘盆子处，绝缘盆子密封槽沿面存在不同程度发黑痕迹，为该盆子与对接金属面长时间受应力摩擦而产生的。通过绝缘盆子偏心测量，存在偏心情况，最大偏心尺寸为1.25mm。

图1绝缘盆子裂纹（凹面与波纹管对接面）

3故障原因分析

3.1GIS设备波纹管类型及特点

普通安装型：最为常见的GIS波纹管类型，由一个波纹管和结构件组成，主要用于GIS筒体安装调整，补偿安装误差和地基预埋件误差，边安装边调整，有减缓筒体震动的作用。当GIS设备筒体两端端部支撑强化后，支撑足以抵消筒体端部所受的盲板力，普通安装型波纹管具有温度补偿作用。

横向位移补偿波纹管：由中间管所连接的两个波纹管及拉杆、端板和球面与锥面垫圈等结构件组成，能吸收任一平面内的横向位移并能约束波纹管压力推力的膨胀节，具有补偿量大的特点。

压力自平衡波纹管：由位于两端的两个工作波纹管和位于中间的一个平衡波纹管及拉杆和端板等结构件组成，主要用于吸收轴向位移并能平衡波纹管压力推力的膨胀节。此种波纹管能够通过自身的结构特点将气体盲板力有效化解，筒体支架受纵向力小，但弊端是自重较大。

蝶簧式压力平衡波纹管：由一个波纹管和碟簧等结构件组成，主要用于吸收轴向位移，可承受静态压力推力的膨胀节。

3.2故障原因分析

此处安装的波纹管为压力自平衡波纹管（图2），该波纹管一侧与GIS筒体为金属硬连接，另一侧与GIS筒体通过绝缘盆子直接对接（图3）。图4为盆子绝缘件与铝制法兰安装配合示意图。

图2：故障部位整体结构示意图

图3：波纹管与绝缘盆子连接处结构示

图4：盆子绝缘件与铝制法兰安装配合示意图

（1）该地区海拔高、紫外线强、日照充足、日温差大，夏季环境温度在0℃～30℃之间，长母线筒体在运行过程中受到阳光照射，在最热时，筒体上部温度（金属温度）可达到50℃以上，筒体上下部的温差可达50℃以上，上部筒体膨胀量远远大于下部筒体，使得波纹管两侧法兰面不平行，上小下宽，两侧法兰面下部的应力集中，与波纹管直接相连部位应力最大（上端拉应力，下端压应力），而绝缘材料属于脆性材料，安装在应力较大部位，发生开裂的概率较高。

筒体位移量的计算：ΔL＝ΔL1－ΔL2＝L•a1•(T1＋T2＋T3)－L•a2•T1

ΔL1：壳体的延伸，

ΔL2：基础混凝土的延伸，

L：母线筒长，

a1：壳体材料的线膨胀系数，为23.9×10-6(1／℃)；

a2：基础的线膨胀系数，为11.7×10-6(1／℃)；

T1：环境温度的变化量，

T2：通电时壳体的温度的变化量，

T3：阳光照射时壳体温度的变化量，

基础混凝土的温度变化和伸缩跟不上每日变化快的大气温度变化，基础混凝土伸缩非常小，不进行伸缩动作。

图5：波纹管在自身重力作用下变形趋势

图6：波纹管变形后盆子受力示意图

（2）压力自平衡波纹管自重较大，该故障处波纹管自身重达2100kg，在制造时，压力自平衡波纹管为保持内部压力自平衡，四个法兰面将抵消各自承受的很大的盲板力，在工艺上需要强度较大，因而四个法兰面截面相等，重量较大，同时根据此波纹管的结构特点，波纹管固定螺杆在铜套滑动部位空洞间隙较大，此波纹管中间两个法兰面会有一个下沉的表现。通过现场解体前的波纹管结构尺寸测量，波纹管最外侧法兰面上方较下方小7mm，也证明了此波纹管的变形下沉。波纹管在下沉变形时，会使两端法兰变形，法兰上部变小，下部变宽，变化趋势如图5所示，图6为波纹管变形后盆子受力示意图，从受力图可以看出，盆子下部通过盆子外侧铝制法兰的台阶受到一个向左的弯曲力矩，该力矩作用下的应力大于绝缘件强度时，将导致绝缘件的开裂。

通过上述分析，造成该绝缘盆子开裂的原因为压力自平衡波纹管与盆式绝缘子外法兰直接对接结构不合理，运行中长母线筒体温差大，波纹管伸缩和筒体位移等综合因素造成盆式绝缘子下部局部应力集中并最终开裂。

4预防故障措施

（1）运维单位应结合季节特点，在季节交替、温度变化剧烈时，要加强设备巡视力度，开展GIS设备筒体位移检测和波纹管螺栓间隙调整工作。

对波纹管两侧为金属硬连接，郭隆变波纹管一侧为金属硬连接，另一侧为通过绝缘盆子对接。

（2）对同结构波纹管进行排查，通过技术改造消除隐患。

（3）加强GIS设备全过程技术监督管理，加强运维检修单位波纹管运维技术的培训工作，把好设备验收质量关。

（4）开展高海拔地区GIS长母线结构应力分析工作，制定相关措施标准，优化生产及施工工艺，杜绝非标准产品的使用。

5后记

GIS设备一旦发生故障，后果往往很严重，停电范围要比常规设备大，经济损失也比较大，检修过程较为复杂，检修工作受现场条件限制，修复时间一般都比较长，我们在设备运维过程中需要不断积累运行经验，特别是青海高海拔地区，海拔高、日温差大，电网运行环境恶劣，更需要进行GIS设备运维经验的积累和相关措施标准的不断修订，从规划可研开始，层层把关，全面实行GIS设备全过程精益化管理，在设备采购、生产制造、出厂监造、安装调试、竣工验收、运维检修各环节中重点监督，不断优化GIS设备生产制造工艺，提升GIS设备运维技术。

作者简介：

解统彪（1985.06-），男，青海省西宁市，大学本科，工程师，国网青海省电力公司检修公司变电检修中心，研究方向：电气试验方面。