馬宏明，楊明昆，程志萬

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，昆明 650217）

0 前言

氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（GIS）、罐式斷路器由于其封閉氣室結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，當(dāng)內(nèi)部產(chǎn)生異常電弧時(shí)，SF6氣體壓力會(huì)在極短時(shí)間內(nèi)升高造成外殼塑形變形甚至發(fā)生爆炸[1-3]。為保護(hù)設(shè)備和人員安全，應(yīng)采用壓力釋放和快速保護(hù)等一些措施來限制和避免內(nèi)部故障造成的不良影響。

壓力釋放裝置可以防止設(shè)備內(nèi)部故障時(shí)產(chǎn)生的過壓力。GIS、罐式斷路器常用的壓力釋放裝置為防爆膜。由于電力設(shè)備的特殊性，高壓開關(guān)設(shè)備用的防爆膜應(yīng)具有密封性好、爆破壓力穩(wěn)定、動(dòng)作響應(yīng)準(zhǔn)確、使用壽命長(zhǎng)、能承受冷熱沖擊等要求[4-6]。正常情況下，防爆膜將伴隨高壓開關(guān)設(shè)備整個(gè)使用壽命周期，無需進(jìn)行更換或難以進(jìn)行拆卸檢修，同時(shí)在運(yùn)行狀態(tài)下對(duì)防爆膜進(jìn)行性能試驗(yàn)檢測(cè)也是不可行的，因此防爆膜的選型及運(yùn)維至關(guān)重要。

本文歸納總結(jié)了高壓開關(guān)常用不同形狀、材質(zhì)防爆膜的優(yōu)缺點(diǎn)及影響其性能的主要因素，并根據(jù)防爆膜的使用經(jīng)驗(yàn)和電力設(shè)備對(duì)防爆膜的特殊要求，提出了有效的運(yùn)維技術(shù)措施。

1 防爆膜選型

1.1 形狀[7]

電力常用的防爆膜有正拱帶槽型爆破片、反拱帶槽型爆破片、平板形（帶槽或開縫）爆破片。

正拱帶槽型爆破片呈拱形且?guī)Р?，凹面處于壓力系統(tǒng)的高壓側(cè)，動(dòng)作時(shí)因拉伸而破裂，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。其抗壓力疲勞能力性較好，爆破時(shí)無碎片。

圖1 正拱形爆破片

反拱帶槽型爆破片呈拱形且?guī)Р?，凸面處于壓力系統(tǒng)的高壓側(cè)，動(dòng)作時(shí)因壓縮失穩(wěn)而破裂，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。其抗壓力疲勞能力性優(yōu)良，爆破時(shí)無碎片。

圖2 反拱形爆破片

平板形（帶槽或開縫）爆破片呈平板形，動(dòng)作時(shí)因拉伸、剪切或彎曲而破裂，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。其抗壓力疲勞能力性差，爆破時(shí)可能有碎片（特殊設(shè)計(jì)時(shí)沒有）。

圖3 平板形爆破片

由于正拱帶槽型爆破片和反拱帶槽型爆破片的抗壓力疲勞能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定、爆破無碎片，因此推薦優(yōu)先采用這兩種形式。

1.2 材質(zhì)

電力常用的防爆膜材質(zhì)有不銹鋼、鎳和石墨。

表1 材質(zhì)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

由于高壓開關(guān)設(shè)備內(nèi)部充有無腐蝕性的SF6氣體，且通常變電站周圍也無腐蝕性氣體、液體，一般無需考慮抗腐蝕性，即針對(duì)高壓開關(guān)設(shè)備而言，石墨防爆膜無任何優(yōu)勢(shì)。鎳材質(zhì)防爆膜由于存在生銹風(fēng)險(xiǎn)，需要做特殊的防護(hù)。因此，綜合考慮性能、成本、安裝工藝等因素優(yōu)先推薦不銹鋼材質(zhì)。

綜上所示，針對(duì)GIS、罐式斷路器用的防爆膜優(yōu)先推薦采用：正拱帶槽型的不銹鋼爆破片或反拱帶槽型的不銹鋼爆破片。

2 性能影響關(guān)鍵因素

防爆膜的動(dòng)作情況分兩種：

1）正確動(dòng)作：因罐體內(nèi)部故障引起氣體壓力升高導(dǎo)致防爆膜破裂。

2）誤動(dòng)作：由于受材質(zhì)劣化、設(shè)計(jì)參數(shù)不合理以及外部環(huán)境等因素的影響，氣室內(nèi)的壓力未達(dá)到爆破壓力時(shí)，防爆膜爆裂；或者當(dāng)壓力達(dá)到爆破壓力時(shí)，防爆膜不動(dòng)作。

為防止防爆膜誤動(dòng)作，運(yùn)維中應(yīng)關(guān)注以下幾種常見的影響因素[8-10]：

a.無防護(hù)裝置或者防護(hù)裝置安裝不當(dāng)

當(dāng)爆破片的泄壓側(cè)沒有防護(hù)裝置或者防護(hù)裝置安裝不當(dāng)時(shí)，爆破片可能遭受外力（如冰雹、外力）損傷或腐蝕（如酸雨），造成爆破片異常破裂。同時(shí)，當(dāng)無防護(hù)裝置，爆破片正常動(dòng)作時(shí)，其產(chǎn)生的碎片或氣流可能會(huì)傷及運(yùn)維人員。

b.異常損傷

防爆膜在儲(chǔ)存、運(yùn)輸、安裝和使用過程中遭受損傷，防爆膜的爆破壓力或抗壓力疲勞能力性降低。

c.夾持器安裝不當(dāng)

根據(jù)爆破片的使用要求，應(yīng)選用合適的夾持器安裝形式。若安裝過程中，沒有按照使用說明書進(jìn)行合理的夾緊固定，造成爆破片夾持邊緣處于非剛性約束狀態(tài)，將會(huì)對(duì)防爆膜的爆破壓力或抗壓力疲勞能力性能造成嚴(yán)重影響。

d.極端天氣影響

在我國北方地區(qū)，冬季若爆破片泄壓側(cè)積水后結(jié)冰，由于爆破片厚度一般較薄，且電力用爆破片大部分都帶槽型開口，所有爆破片極有可能發(fā)生形變，甚至直接爆裂。

在南方地區(qū)，夏天陽光直射下外殼（含防爆膜）表面溫度可達(dá)80℃及以上，此時(shí)爆破片的爆破壓力就會(huì)降低。同時(shí)，由于溫度升高，高壓開關(guān)內(nèi)的SF6氣體壓力也相應(yīng)升高，若爆破片的裕度不夠，就有可能發(fā)生異常爆破。

3 運(yùn)維建議

高壓開關(guān)用防爆膜由于其使用環(huán)境的特殊性，在選用、安裝、運(yùn)行、檢修時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下幾點(diǎn)：

1）防爆膜應(yīng)保證在高壓開關(guān)設(shè)備使用年限內(nèi)不會(huì)老化開裂；

2）爆破片必須安裝在與之配套的夾持器內(nèi)，且應(yīng)嚴(yán)格按照產(chǎn)品使用說明書進(jìn)行精心安裝，切記裝反或損傷爆破片；

3）室外安裝的防爆膜必須有防護(hù)罩；

4）防爆膜的布置及保護(hù)罩的位置，應(yīng)確保排出壓力氣體時(shí)，不危及在正常運(yùn)行時(shí)可觸及的位置工作的運(yùn)行人員；

5）運(yùn)維人員應(yīng)定期檢查防爆膜有無銹蝕、氧化、變形、裂紋等異?，F(xiàn)象；

6）從高壓開關(guān)設(shè)備上拆下來的爆破片，建議不再重復(fù)安裝使用。

4 結(jié)束語

防爆膜作為高壓開關(guān)設(shè)備內(nèi)部故障情況下的重要保護(hù)組件，正常情況下，防爆膜將伴隨高壓開關(guān)設(shè)備整個(gè)使用壽命周期，但若由于選型、安裝、運(yùn)維不當(dāng)，導(dǎo)致其運(yùn)行性能降低，將是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重大隱患。因此，必須從選型、安裝、運(yùn)維等環(huán)節(jié)加強(qiáng)管控，以保證高壓開關(guān)設(shè)備的安全可靠運(yùn)行。