王宇，楊楚明，林博楚

(1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，廣東 廣州 510080；2.廣州粵能電力科技開發(fā)有限公司，廣東 廣州 510080)

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氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備制造環(huán)節(jié)典型缺陷與關(guān)鍵點(diǎn)管控

王宇1，楊楚明1，林博楚2

(1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，廣東 廣州 510080；2.廣州粵能電力科技開發(fā)有限公司，廣東 廣州 510080)

近年來，因工藝、材料、機(jī)械等方面原因?qū)е碌臍怏w絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的缺陷比例逐步增大，針對(duì)此，闡述了高壓組合電器制造過程中導(dǎo)體焊接、涂敷作業(yè)、緊固作業(yè)的典型缺陷。結(jié)合事故實(shí)例，通過過程描述及原因分析，指出在制造各環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的安全隱患并提出管控辦法。

氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備；導(dǎo)體焊接；涂覆作業(yè)；緊固作業(yè)；缺陷防治

在眾多開關(guān)類設(shè)備中，高壓組合電器氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(gasinsulatedmetalenclosedswitchgear，GIS)在簡化運(yùn)維、節(jié)約土地、免受外界干擾、安裝方便等方面具有絕對(duì)優(yōu)勢，得到了廣泛應(yīng)用[1-2]。廣東電網(wǎng)早在1983年便首次引進(jìn)日本三菱公司生產(chǎn)的110kVGIS設(shè)備。隨著工業(yè)的飛速發(fā)展以及用電需求量每年高速增長，近年來，廣東電網(wǎng)尤其是珠三角城市中變電站的建設(shè)大量選用GIS設(shè)備。截止至2015年，GIS設(shè)備總量已占開關(guān)設(shè)備總量的三分之一以上。

然而，GIS設(shè)備使用數(shù)量的高速增長導(dǎo)致了逐年增長的事故和缺陷率。相比其他開關(guān)設(shè)備，GIS一旦故障，其維修復(fù)雜,檢修周期長，影響面積大。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，超過80%GIS故障均發(fā)生在設(shè)備生命周期的初期，即制造、出廠、安裝階段。因此，加強(qiáng)設(shè)備的全生命周期管理，完善設(shè)備生產(chǎn)環(huán)節(jié)的質(zhì)量把控，越來越受到供電企業(yè)的重視[3-12]。

GIS設(shè)備的生產(chǎn)制造過程中，零部件、組部件的進(jìn)場檢驗(yàn)，焊接、緊固、涂敷作業(yè)以及設(shè)備裝配是關(guān)乎其整體質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步說明各環(huán)節(jié)典型缺陷及防控措施。

1　導(dǎo)體焊接缺陷實(shí)例

某供電局對(duì)500kV混合式全式絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(hybridgasinsalatedmetalenclosedswitchgear,HGIS)進(jìn)行回路電阻的測試過程中，發(fā)現(xiàn)其中一串聯(lián)絡(luò)回路電阻無數(shù)據(jù)。解體檢查后，發(fā)現(xiàn)其套管內(nèi)導(dǎo)體根部斷裂、脫落。對(duì)導(dǎo)體斷口進(jìn)行宏觀觀察(如圖1所示)，發(fā)現(xiàn)斷口較平整，未見明顯的塑性變形，上、下斷口吻合良好，根部存在整圈未焊透情況，可見明顯的銅銹。

對(duì)該導(dǎo)體其他焊接位置進(jìn)行剖面取樣，磨拋后采用鹽酸氯化高鐵酒精溶液腐蝕，進(jìn)行進(jìn)一步的金相分析，發(fā)現(xiàn)其存在根部未焊透，穿晶裂紋缺陷(如圖2所示)。

圖1　導(dǎo)體斷口外觀

圖2　焊接位置金相圖

從斷裂導(dǎo)體其他焊接位置取樣4處進(jìn)行抗拉強(qiáng)度測試，結(jié)果見表1。

表1焊接位置抗拉強(qiáng)度

編號(hào)試樣厚度/mm試樣寬度/mm最大拉力/kN抗拉強(qiáng)度/(N·mm-2)111.319.89.2341.25211.119.719.7290.20312.019.917.3672.70411.219.97.9335.58

由此可見，4處試樣抗拉強(qiáng)度大小差別非常大，且都是從焊縫處斷裂，先從未焊透開始向外逐步斷開。綜合上述分析結(jié)果，該導(dǎo)體斷裂為焊接工藝管控不當(dāng)所致。

2　涂覆作業(yè)缺陷實(shí)例

某電廠對(duì)一220kVGIS斷路器進(jìn)行分閘操作后約1s發(fā)生短路事故，母差及主變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，故障錄波顯示該斷路器U相發(fā)生對(duì)地短路事故，短路電流約為25kA。后經(jīng)氣體組分分析確認(rèn)該開關(guān)間隔U相斷路器氣室SO2氣體超標(biāo)，達(dá)到25μL/L，其他氣室氣體組分正常。由此確定故障位置位于該開關(guān)間隔U相斷路器氣室。

對(duì)該氣室進(jìn)行開蓋檢查，發(fā)現(xiàn)故障部位位于動(dòng)觸頭側(cè)主回路導(dǎo)體與滅弧室的連接部位，導(dǎo)體表面受到嚴(yán)重灼傷，對(duì)應(yīng)位置的外殼內(nèi)壁有明顯燒蝕痕跡及炭化變形(如圖3所示)。由于觀察角度和位置欠佳，無法看到外殼內(nèi)壁灼燒點(diǎn)的準(zhǔn)確位置和情況，因此對(duì)該間隔進(jìn)行進(jìn)一步解體分析。

圖3　故障部位燒蝕及灼傷情況

在拆除故障斷路器動(dòng)觸頭側(cè)電流互感器(currenttransformer，CT)后發(fā)現(xiàn)，主回路導(dǎo)體及腔體內(nèi)部存在放電產(chǎn)生的大量粉末。從動(dòng)觸頭側(cè)CT部分導(dǎo)體到斷路器動(dòng)觸頭部分，存在多處對(duì)殼體的放電痕跡(如圖4所示)。

圖4　拆除CT部分后導(dǎo)體外觀

檢查解體后的CT內(nèi)壁，發(fā)現(xiàn)在放電部分上方，一處約為20mm×30mm的漆膜已經(jīng)脫落(如圖5所示)，仔細(xì)檢查解體后的斷路器各個(gè)位置，并未發(fā)現(xiàn)脫落的漆膜。由于該漆膜脫落位置與多處放電位置均在殼體內(nèi)側(cè)，且位于放電位置的正上方，因此可以推斷，該漆膜由于斷路器的操作振動(dòng)脫落，下降過程中導(dǎo)致導(dǎo)體與殼體間絕緣性能降低，從而造成對(duì)殼體放電。

圖5　CT內(nèi)壁漆皮脫落情況

造成漆膜脫落的原因?yàn)樵摎んw在涂裝前局部脫脂清洗不良，致使該部位漆膜附著力差。由于漆膜位于殼體中上部，檢查時(shí)也未發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過一段時(shí)間后由于電磁振動(dòng)或熱脹冷縮作用造成該部位漆膜暴起。斷路器分閘操作1s后，由于斷路器動(dòng)作產(chǎn)生的振動(dòng)致使漆膜脫落造成放電。

3　緊固作業(yè)典型缺陷

某供電局試驗(yàn)研究所在對(duì)一110kVGIS設(shè)備進(jìn)行紅外測溫巡視中，發(fā)現(xiàn)某間隔斷路器氣室上部溫度明顯高于同間隔相鄰氣室，較相鄰間隔斷路器氣室溫度高2～3 ℃。隨后對(duì)該間隔進(jìn)行了超高頻局部放電檢測及氣體分解產(chǎn)物檢測，試驗(yàn)結(jié)果均未發(fā)現(xiàn)異常。但以手觸摸發(fā)現(xiàn)該斷路器氣室上部仍存在明顯發(fā)熱，罐體伴有輕微振動(dòng)，而相鄰間隔均無前述現(xiàn)象。

經(jīng)開蓋檢查，發(fā)現(xiàn)斷路器上端三相連接銅管與CT側(cè)盆式絕緣子導(dǎo)體嵌件連接螺絲均有不同程度松動(dòng)，甚至部分位置可直接用手?jǐn)Q動(dòng)。經(jīng)分段回路電阻測試發(fā)現(xiàn)V相端頭與連接銅管接觸面電阻數(shù)值遠(yuǎn)大于其余兩相，且金屬法蘭面有高溫?zé)坪圹E。拆下V相連接銅管的過渡板，發(fā)現(xiàn)其接觸面已過熱燒黑，過渡板的4個(gè)固定螺絲孔有明顯燒損，螺桿和墊片均存在燒熔現(xiàn)象(如圖6所示)。

圖6　連接過渡板及其固定螺絲存在過熱燒損

該設(shè)備斷路器額定電流為1 250A，一般運(yùn)行電流為100A左右。盡管導(dǎo)體連接存在多處松動(dòng)，但在導(dǎo)體連接面鍍銀、負(fù)荷輕微的情況下，一直未發(fā)現(xiàn)異常。隨著酷熱天氣下的負(fù)荷上升，導(dǎo)體連接松動(dòng)的缺陷進(jìn)一步惡化，導(dǎo)致接觸不良處開始發(fā)熱，并伴隨有氣室殼體振動(dòng)現(xiàn)象。若任其發(fā)展，可能因高溫導(dǎo)體燒融，導(dǎo)致GIS相對(duì)地或相間故障，釀成重大設(shè)備事故。

4　關(guān)鍵點(diǎn)管控

為及早發(fā)現(xiàn)上述類型缺陷，電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備制造關(guān)節(jié)各關(guān)鍵點(diǎn)的監(jiān)造力度，明確檢查內(nèi)容和驗(yàn)證試驗(yàn)方法。針對(duì)以上3個(gè)環(huán)節(jié)的監(jiān)造關(guān)鍵點(diǎn)要求見表2。

表2制造環(huán)節(jié)關(guān)鍵點(diǎn)見證要求

關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)置監(jiān)造內(nèi)容相關(guān)驗(yàn)證試驗(yàn)導(dǎo)體焊接檢查焊接部件尺寸;預(yù)熱溫度保證;焊縫外觀檢查:焊縫飽滿,與母材過渡圓滑,無咬邊、凹坑等缺陷X射線、超生波探傷,著色探傷;力學(xué)性能測試涂覆作業(yè)導(dǎo)電滑動(dòng)、機(jī)械滑動(dòng)、軸密封、解體部分等涂敷潤滑脂;SF6氣體中的密封面(絕緣盆子面、金屬法蘭面)涂敷硅化合物密封膠;箱體(操作機(jī)構(gòu)箱體、儀表箱、控制柜等)和機(jī)架接合部須涂敷防水密封膠(僅針對(duì)戶外設(shè)備)剝離試驗(yàn);鍍銀層厚度檢測;鍍銀層硬度檢測,如研磨試驗(yàn)等緊固作業(yè)所有緊固件如螺栓、螺釘、銷子等無漏裝;各緊固點(diǎn)力矩值應(yīng)達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求;產(chǎn)品裝配過程中M6以上螺栓類(包括M6),以及其他螺紋緊固后須作緊固標(biāo)記力矩檢測

5　結(jié)束語

近年來，高壓組合電器設(shè)備缺陷分析與防治受到了越來越多的關(guān)注。同時(shí)，由機(jī)械傳動(dòng)、設(shè)備材料等原因引發(fā)的缺陷逐步增多，因此，電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)逐步轉(zhuǎn)變原有的重電氣、輕機(jī)械、重設(shè)備、輕材料的固有觀念，充分重視和借鑒該類事故的原因分析及后續(xù)處理措施，將設(shè)備質(zhì)量隱患消除在生產(chǎn)制造階段。

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(編輯查黎)

Typical Defects and Key Points Management for Manufacturing Chain ofGasInsulatedMetalEnclosedSwitchgear

WANG Yu1, YANG Chuming1, LIN Bochu2

(1.ElectricPowerResearchInstituteofGuangdongPowerGridCo.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong510080,China; 2.GuangzhouYuenengPowerTechnologyDevelopmentCo.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong510080,China)

Inrecentyears,defectratioofgasinsulatedmetalenclosedswitchgear(GIS)causedforreasonsofprocess,materials,machineriesandsoonisgraduallyincreasing.Therefore,thispaperstatestypicaldefectsofconductorwelding,coatingoperationandfasteningoperationinthecourseofmanufacturingofhighvoltageGIS.Combiningwithaccidentalexamples,itdescribesandanalyzesreasonsfordefects,pointsoutprobablesecurityhiddendangersinalllinksandpresentsmanagementmeasures.

gasinsulatedmetalenclosedswitchgear(GIS);conductorwelding;coatingoperation;fasteningoperation;defectprevention

2016-03-04

10.3969/j.issn.1007-290X.2016.08.020

TM216

B

1007-290X(2016)08-0107-04

王宇(1984)，男，河北保定人。工程師，工學(xué)碩士，從事電網(wǎng)主設(shè)備物資品控工作。

楊楚明(1962)，男，廣東揭陽人。高級(jí)工程師，工程碩士，從事電網(wǎng)設(shè)備器材檢驗(yàn)與質(zhì)量控制工作。

林博楚(1987)，女，廣東陽江人。經(jīng)濟(jì)學(xué)學(xué)士，從事電網(wǎng)主設(shè)備物資品控工作。