110kV GIS微水超标原因分析及其处理

王 建  赵恩军

（四川泸天化股份有限公司  四川  646300）

摘 要：

结合泸天化公司110kV变电站GIS微水超标处理情况，对GIS微水超标的原因和危害进行了分析，并对GIS微水超标处理的关键过程和质量控制环节进行了介绍。在保证安全供电的前提下，通过对GIS设备进行相关维护检修，达到消除电气设备隐患、保证核心供电设备运行安全的目的。

关键词： 110kV GIS     微水超标    分析   处理   

1  前言

泸天化股份有限公司110kV GIS设备（EXK-01型）由厦门ABB高压开关有限公司（下称“厦门ABB公司”）于2004年组装制造，投运至今已15年。2016年和2018年我们在对GIS气室SF₆微水检测过程中发现个别气室微水含水量超标，最终确认为4组套管和7组隔离/接地开关气室。根据《DL/T603-2017 气体绝缘金属封闭开关设备运行维护规程》相关规定^[1]和厦门ABB公司产品使用要求，须进行维护检修以消除设备隐患，确保泸天化公司核心供电设备运行安全。经过精心组织，厦门ABB公司于2019年12月至2020年1月间完成了上述套管和气室检修工作。本文结合泸天化公司110kV变电站GIS微水超标处理情况，对微水超标的原因和危害进行了分析，并对微水超标处理的过程和质量控制情况进行了介绍。

2  微水超标原因、危害及处理

2.1 微水超标原因

a) SF₆ 气体新气的水分不合格。

b) 气室充气操作时带入水分。充气操作时，未按有关规程和工艺要求进行操作，管路、接口未进行干燥，气室暴露在空气中时间过长等。

c) 绝缘件带入水分。

d) 吸附剂带入水分。

e) 缺失吸附剂或失效。

f) 在运行环境恶劣的场所，如肮污、高湿度、高盐分、化学污染等场所，GIS硅橡胶套管部分外露零部件会加速老化、破损、硅裂等情况，水气长期作用在易受潮材料处缓慢渗透至气室。

g) 充气口、管路接头、法兰、铝铸件、防爆膜等密封泄漏点处渗入水分^[2]。

2.2 微水超标危害

SF₆在常温、常压下为气态，无毒、无色、无味，化学性能很稳定，在101.3kPa、20℃时的密度为6.16g/L，具有优异的电气绝缘灭弧性能。一旦大气中的水分浸入，则电气强度将会显著下降。同时，SF₆气体在电气设备中经电晕、火花及电弧放电作用，还会产生多种有毒、腐蚀性气体及固体分解产物。这些气体主要有氟化亚硫酰(SOF₂)、氟化硫酰(SO₂F₂)、四氟化硫(SF₄)、四氟化硫酰(SOF₄)、二氧化硫(SO₂)、十氟化二硫(S₂F₁₀)、一氧十氟化二硫(S₂F₁₀O)等。当气体中含有水分时，氟硫化合物会与水反应生成腐蚀性很强的氢氟酸、硫酸和其他毒性很强的化学物质等，一旦泄漏，将严重危及运行和维护人员的人身安全，同时会对绝缘材料或金属材料造成腐蚀，使绝缘劣化，甚至发生设备爆炸。根据《DL/T603-2017 气体绝缘金属封闭开关设备运行维护规程》规定，对于运行的设备有灭弧的气室微水含量不应大于500ul/L，无灭弧的气室微水含量不应大于800ul/L^[1]。

2.3 微水超标处理

如上所述，套管气室微水超标主要是由于套管硅橡胶裙边与金属支撑面存在硅裂的原因引起，彻底解决该问题需要对该套管进行整体更换。针对设备安装不当的初期受潮或电力设备中绝缘材料的水份释放，采用抽真空+氮气置换方法能够高效地使气室内元件吸收的微水析出并排出气室。同步更换干燥剂及防爆膜组合，见图1元件2、3、4、6。气室连续抽真空4小时后充入纯净氮气至1.5Bar，停顿12小时后将氮气排出，再重复1次如上抽真空充氮操作，继续抽真空2小时充额定压力SF₆气体。

图1 干燥剂及防爆膜组合结构图

3  GIS状态评价

3.1 GIS系统概况

如图2所示，泸天化110kV变电站采用双回110kV安化线和杨化线引入，2台主变压器分别接入其中的110kVⅠ、Ⅱ段母线上。

图2 110kV GIS装置接线示意图

3.2 GIS状态检测数据

  2016年3月4日，重庆盟泰电力工程有限公司对GIS微水进行了测试，测试仪器为日立微水仪RA601FD。2018年9月5日，四川蜀源茂林电气安装工程有限公司对GIS微水进行了测试，测试仪器为DMT-242P。上述两次测试数据见表1。

表1 GIS微水测试表

   通过两次测试，发现安化线、杨化线和1#、2#主变进线4组套管微水超标，另外7个隔离开关气室也存在不同程度的微水超标现象。GIS气室超标分布情况见图3。

图3 GIS微水超标分布情况

3.3 状态评价结论

 110kV变电站GIS装置投运至今已经运行15年，2018年11月公司我们按照《DL/T 1688-2017 气体绝缘金属封闭开关设备状态评价导则》表B.1^[3]之要求，对GIS进行了专项状态评价，从2016年和2018年两次微水分析结果看，4组GIS套管微水超标呈明显加速恶化趋势，光靠换气体只能维持1～2年时间，不能从根本上解决问题，一致认为4组套管使用年限已到，作为变电站核心设备之一，已经不能满足公司供电系统安全稳定运行的要求，将其评价结果确定为“严重状态”，须更换4组共12根套管。同时，7个隔离开关气室设备状态异常主要是由密封老化引起，采取B类检修策略适当，计划安排一次B类检修，对已经超标的7个气室SF₆气体进行更换，并更换相应的密封件和干燥剂等，对23个气室的密度继电器同步进行校验。

4 GIS微水超标处理情况

按照检修方案，GIS设备状态检修采取安化线-1#主变和杨化线-2#主变两个施工单元分别实施，每个单元施工时间约8～9天，计划总施工时间为17天，拟于泸天化公司2019年12月新系统大修期间实施。

4.1 施工前的准备

a) 检修主材料主要包括SF₆气体、硅橡胶套管、氮气、“O”型圈、干燥剂、防爆膜片等。设备及工器具主要包括SF₆气体回收装置、SF₆气体充气装置、检漏仪、密度继电器校验仪、微水测试仪等，均由厦门ABB公司提供。

b) 按照ABB公司施工方案，我们编制了详细的施工网络进度图，同时按照《DL/T 603-2017 气体绝缘金属封闭开关设备运行维护规程》相关技术要求，编制过程质量验收表单。

c) 根据公司装置生产情况和电网运行情况，确定具体开工时间和开工顺序，做好电负荷的总体平衡，同时做好停电前安化线和杨化线的单线路运行考核和线路检查、消缺工作。

d) 编制单线路单主变运行管控方案，单线路单主变运行期间，110kV变电站运行人员加大在运设备的巡检频率，做好施工期间电网晃电及全站停电等事故预案培训和应急演练，确保公司供电系统安全稳定运行。

4.2 安化线-1#主变检修情况

2019年12月19日6时30分，顺利停安化线和1#主变交付检修，厦门ABB公司于12月24日24时前完成所有检修项目。25日完成安化线和1#主变套管回路试验，恢复套管架空线，26日上午，安化线和1#主变验收合格。26日16时，安化线和1#主变恢复送电。

4.3 杨化线-2#主变检修情况

2019年12月26日、27日，2#主变和杨化线先后交付检修，厦门ABB公司于2020年1月1日24时前完成所有检修项目。1月2日上午完成杨化线和2#主变套管回路试验，恢复套管架空线，1月2日下午，杨化线和2#主变验收合格。1月3日15时，杨化线和2#主变恢复送电。

4.4 微水处理后的试验

a) SF₆气体微水含量测量：测量必须在充气至额定气体压力下24h小时后进行。测量时，环境相对湿度一般不大于85%，采用露点法测量，测试数据见表2。经过处理，各气室微水指标均符合要求。

表2 GIS微水处理后的测试数据

b) SF₆气体密封性试验：检漏须在充气24h小时后进行，采用检漏仪检漏法进行定性检漏。对外壳焊缝、接头结合面，法兰密封、转动密封、滑动密封面，表计接口等部位进行测试。通过测试，未发现泄漏情况。

c) 主回路电阻测量：采用直流电阻测试仪，利用引线套管注入电流，通过回路上的两组接地开关导电杆测量回路进行测量，测试数据见表3。经测量，各项数据符合要求。

表3  GIS套管更换后的直流电阻测试数据

d) 交流耐压试验：GIS套管更换之后进行交流耐压试验，采用串联谐振耐压方法，试验电压从110kV GIS的出线套管上施加，试验分成三次完成，每次试验一相，其余两相接地。试验时，GIS上所有电流互感器二次绕组应短路并且接地，由于母线PT无法隔离，试验频率需大于50Hz，为了避免PT铁芯饱和和损坏PT，最高试验电压选运行电压，实际加压65kV，时间1min，经过试验，耐压合格。

5  结束语

110kV变电站GIS套管更换及气室微水超标处理工作，在泸天化公司历史上为首次，无现成的经验可循。检修时间长达15天，持续时间长，对所有参战人员的耐力、体力、意志力都是一种考验。处理工序复杂，需要诸多单位和工种密切配合，确保环环相扣。整个处理过程的时间节点必须严格受控，稍有不慎将影响化工装置如期开车。作业条件十分苛刻，对空气湿度、环境质量、安装精度要求很高。部分GIS设备运行，部分检修，轮流倒换，整个检修期间必须确保严格的安全隔离措施，不能有一丝一毫的错漏。供电系统长时间处于单线路单主变运行，对在运电气设备安全管控的要求很高。在上述困难和挑战面前，泸天化公司始终把安全环保和检修质量放在第一位，周密部署，精心安排，及时优化调整施工计划，全力抓好各工序之间的协同配合，对关键工序和质量控制点严格把关，积极推进GIS气室气体微水处理进度。经过所有参战单位连续15天的艰苦奋战和共同努力，110kV变电站GIS套管更换和气室微水处理工作全部顺利结束，一次投运成功，110kV变电站核心设备GIS组合电器系统重新焕发了新的活力，为化工装置安稳长满优运行提供了更加可靠的电力保障。

[参考文献]

[1] 刘兆林等，DL/T603-2017 气体绝缘金属封闭开关设备运行维护规程[S]，北京，中国电力出版社，2018.11

[2] 徐晟、杨伟刚，电气设备中SF6气体微水超标原因分析及控制处理措施探讨[J]，电气时代，2017 (10)：101-103

[3] 阎春雨等，DL/T 1688-2017 气体绝缘金属封闭开关设备状态评价导则[S]，北京，中国电力出版社，2017.11