郭果+郭凱+李茹勤

摘 要：組合電器具有免維護(hù)，可靠性好的特點(diǎn)，但其密封面失效導(dǎo)致的停運(yùn)故障時(shí)有發(fā)生，其中灌膠區(qū)域質(zhì)量問題是重要原因之一。利用超聲在不同界面上的反射規(guī)律，區(qū)別灌膠區(qū)域質(zhì)量，方法簡單，結(jié)果直觀。通過工程應(yīng)用，可以在基建階段完成對灌膠施工質(zhì)量的篩查。

關(guān)鍵詞：組合電器；法蘭；灌膠；超聲波檢測

中圖分類號(hào)：TG115 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

某變電站220kV GIS的3處泄漏點(diǎn)解體并對絕緣盆進(jìn)行更換處理，發(fā)現(xiàn)密封面有雨水浸入，定位螺栓處外部涂抹的防水膠有開裂、脫落現(xiàn)象，密封面局部發(fā)生腐蝕?，F(xiàn)場解體顯示，防水膠注入存在不充分的情況，且密封面局部存在明顯水分腐蝕痕跡，密封圈表面存在白色腐蝕生成物，腐蝕生成物與O型圈接觸部位發(fā)生氣體泄漏。經(jīng)過國網(wǎng)公司2014～2016年統(tǒng)計(jì)，組合電器故障發(fā)生率較高，其中發(fā)生故障臺(tái)次的37%為法蘭漏氣，其中主要原因是灌膠區(qū)施工質(zhì)量問題。

高壓組合電器是筒狀結(jié)構(gòu)，由多節(jié)連接而成，在節(jié)與節(jié)之間或端部位置設(shè)置有法蘭，法蘭的主密封為O型圈，O型圈外側(cè)設(shè)置環(huán)形灌膠密封區(qū)域。當(dāng)水或有機(jī)液體滲入O型圈位置時(shí)，會(huì)導(dǎo)致密封面腐蝕和O型圈老化，而灌膠密封區(qū)域主要作用是防止外部水和污染物滲入密封圈位置。灌膠部位是環(huán)狀槽，每隔一定距離設(shè)置一處灌膠孔與外部聯(lián)通，膠體材料在一定外力推動(dòng)下壓入通過灌膠孔壓入槽內(nèi)。由于施工工藝、操作過程和現(xiàn)場環(huán)境的差異，會(huì)導(dǎo)致部分灌膠區(qū)域存在未填充、脫膠等缺陷，影響設(shè)備密封性能。

為了實(shí)現(xiàn)灌膠區(qū)的測試，設(shè)計(jì)制作灌膠區(qū)域檢測對比試塊。通過不同厚度，來模擬不同電壓等級(jí)的組合電器尺寸。通過在試塊槽內(nèi)填充膠體或者不填充膠體來模擬灌裝質(zhì)量。

三階梯試塊材質(zhì)為6061系列鋁合金，由三階梯塊和底板構(gòu)成，底板和三階梯塊通過M10螺栓連接。三階梯塊是三階梯塊狀結(jié)構(gòu)，每個(gè)臺(tái)階寬度40mm，長200mm，3個(gè)階梯厚度分別為20±5mm、40±5mm、60±5mm。每個(gè)臺(tái)階面橫向中心線上，距離兩側(cè)臺(tái)階邊沿10mm位置各設(shè)置一個(gè)直徑11mm通孔。底板是20mm厚度鋁合金板，寬度為120mm，長度200mm，底板對應(yīng)三階梯通孔位置設(shè)置11mm通孔。底板對應(yīng)于三階梯塊每個(gè)階梯位置加工3個(gè)平底槽，槽對應(yīng)臺(tái)階面橫向中心線上，距離臺(tái)階邊沿5mm，相互間距20mm，槽尺寸為30mm×30mm×4mm。對應(yīng)每個(gè)階梯上3個(gè)槽分別設(shè)置成不灌膠、灌膠后脫離、灌膠后保持3種狀態(tài)。灌膠后脫離是將三階梯塊底面覆蓋塑料薄膜，澆筑灌膠后脫離區(qū)域，通過M10螺栓加壓保持，在膠體凝固24h后，分離底板和三階梯塊，去除薄膜。將灌膠后保持區(qū)域澆筑膠體，通過M10螺栓加壓保持，完成試塊制作。

灌膠區(qū)域?qū)儆谀z體和鋁合金法蘭體的交界面，確定兩者的反射規(guī)律可以反映出膠體和鋁合金界面的結(jié)合狀況，一般在均勻的材料中，缺陷的存在將造成材料的不連續(xù)，這種不連續(xù)往往又造成聲阻抗的不一致，超聲波在兩種不同聲阻抗的介質(zhì)的交界面上將會(huì)發(fā)生反射，反射回來的能量的大小與交界面兩邊介質(zhì)聲阻抗的差異和交界面的取向、大小有關(guān)。當(dāng)超聲波垂直入射到光滑平界面時(shí)，將在第一介質(zhì)中產(chǎn)生一個(gè)與入射波方向相反的反射波，在第二介質(zhì)中產(chǎn)生一個(gè)與入射波方向相同的透射波。膠裝結(jié)合狀態(tài)良好時(shí)，界面的聲壓反射率為61%，透射率為39%，膠體內(nèi)部可以發(fā)生3次及以上反射；當(dāng)發(fā)生脫層時(shí)，聲壓反射率為高于61%，低于100%，膠體內(nèi)部發(fā)生反射次數(shù)降低為1次；當(dāng)發(fā)生未填充時(shí)，聲壓反射率為100%，膠體內(nèi)部發(fā)生反射次數(shù)降低為0次。當(dāng)黏結(jié)狀態(tài)改變時(shí)，界面的對超聲波的聲壓反射率也隨之變化，采用專用的超聲波檢測儀器，通過測定聲壓反射率的幅度和波形實(shí)現(xiàn)灌膠質(zhì)量的檢測。

采用數(shù)字化超聲波檢測儀，探頭采用2.5 P20縱波傳感器。顯示方式采用聲程調(diào)節(jié)模式，將探頭依次通過不同厚度的臺(tái)階上不同區(qū)域。檢測時(shí)，對應(yīng)不同電壓等級(jí)，選擇不同臺(tái)階厚度進(jìn)行檢測靈敏度調(diào)整，將灌膠回波調(diào)整到第3次波占屏幕高度的20%，開始進(jìn)行檢測。當(dāng)發(fā)現(xiàn)灌膠第二次回波消失時(shí)可以判定為脫膠，當(dāng)灌膠回波全部消失時(shí)可以判定為未填充或者填充不完整，如圖1所示。

完成試驗(yàn)驗(yàn)證后，國網(wǎng)河南省電力公司檢修公司開展了白沙站和南陽站的組合電器密封法蘭灌膠區(qū)域質(zhì)量測試，共檢測16個(gè)密封圈，發(fā)現(xiàn)灌膠區(qū)域=質(zhì)量不良區(qū)域6處，已經(jīng)進(jìn)行更換處理，如圖2、圖3所示。

結(jié)語

灌膠質(zhì)量不良是組合電器密封面失效的重要原因。通過超聲波檢測技術(shù)，可以區(qū)分灌膠良好區(qū)域和灌膠不良區(qū)域，可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場組裝的組合電器密封面灌膠質(zhì)量檢測。通過南陽站和白沙站現(xiàn)場應(yīng)用，該方法操作較為簡單，可以直觀發(fā)現(xiàn)灌膠區(qū)域缺膠、脫膠等缺陷，提高設(shè)備安全水平。

參考文獻(xiàn)

[1]黃興泉，王棟. 220kV白沙變電站組合電器漏氣分析[J].河南電力，2016（3）：36-37.

[2]艾新法，郝曙光.變電設(shè)備異常運(yùn)行及故障分析圖冊[M].北京：中國電力出版社，2011.

[3]羅學(xué)琛. SF6氣體絕緣全封閉組合電器（GIS）[M].北京：中國電力出版社，1998.

[4]李偉，焦冠男.對SF6 組合電器聯(lián)鎖邏輯的探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2015（23）：101-102.

[5]毛維儉.全封閉組合電器電纜終端支架緊固螺栓發(fā)熱分析與處理[J].機(jī)電信息，2015（7）：120-121.

[6]關(guān)永剛，劉衛(wèi)東，周遠(yuǎn)翔，等.高壓真空絕緣組合電器的技術(shù)可行性[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010（5）：99-100.