氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備常見質(zhì)量問題分析及控制措施

李軍博++張艷++李軼文++張旭

文章編號：2095-6835（2016）17-0104-02

摘 要：對氣體絕緣金屬封閉開關(guān)制造過程中存在的質(zhì)量問題，特別是因質(zhì)量管控不嚴(yán)而造成的設(shè)備質(zhì)量問題，結(jié)合采購技術(shù)規(guī)范和運行維護的要求，從物資質(zhì)量監(jiān)督的角度提出了解決方案，以期提高設(shè)備質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：氣體絕緣金屬封閉開關(guān)；物資質(zhì)量監(jiān)督；電網(wǎng)；斷路器

中圖分類號：TM595 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.17.104

近年來，氣體絕緣金屬封閉開關(guān)（以下簡稱GIS）設(shè)備在電網(wǎng)建設(shè)中應(yīng)用的比例越來越大，GIS供應(yīng)商的競爭日益激烈。為了確保企業(yè)生存，供應(yīng)商制定了引進吸收國外先進技術(shù)、產(chǎn)品小型化設(shè)計、主要組部件國產(chǎn)化等策略，降低了生產(chǎn)成本。而國內(nèi)加工制造水平、工藝控制能力比國外還存在一定的差距，導(dǎo)致個別原材料或組部件無法完全滿足產(chǎn)品設(shè)計要求。

本文總結(jié)了多年來在各階段發(fā)現(xiàn)的GIS設(shè)備質(zhì)量問題，從制造角度提出了相應(yīng)的處理方法和預(yù)防對策，提高了產(chǎn)品出廠一次試驗合格率，降低了產(chǎn)品質(zhì)量問題的發(fā)生率，為電網(wǎng)建設(shè)及其穩(wěn)定運行提供了合格物資。

1 GIS設(shè)備簡介

GIS設(shè)備是電力系統(tǒng)中的重要電氣設(shè)備之一，由斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、互感器、避雷器、母線和出線終端等組成，將這些設(shè)備或部件全部封閉在接地的金屬外殼中，利用環(huán)氧樹脂絕緣子（盆式絕緣子/支持絕緣子）支持導(dǎo)體，內(nèi)部充入了一定壓力的SF6氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)的一種設(shè)備。與常規(guī)敞開式變電站相比，GIS設(shè)備具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、投入少、金屬封閉結(jié)構(gòu)適應(yīng)環(huán)境的能力強、可靠性高、維護量小、積木式結(jié)構(gòu)配置靈活、安裝方便等優(yōu)點。

由于GIS設(shè)備設(shè)計結(jié)構(gòu)緊湊，在有限的空間內(nèi)最大限度地集成了大量的功能單元，任何一個功能單元發(fā)生故障將會導(dǎo)致故障排查困難。設(shè)備搶修對環(huán)境等的要求較高，對整套設(shè)備乃至整個變電站的影響大于常規(guī)的設(shè)備，停電范圍更廣、修復(fù)時間更長。同時，由于產(chǎn)品主要絕緣介質(zhì)為SF6氣體，其電離后產(chǎn)生的氟化物和硫化物對人體和大氣都會造成一定的影響。

2 GIS設(shè)備常見質(zhì)量問題分析

近年來，GIS設(shè)備出現(xiàn)的主要質(zhì)量問題包括絕緣擊穿、局部放電超標(biāo)、微水超標(biāo)、操作機構(gòu)拒動、套管炸裂、漏氣等。本文從產(chǎn)品設(shè)計、原材料組部件、工藝控制、出廠試驗、包裝運輸、安裝調(diào)試等角度進行了質(zhì)量分析，提出了相應(yīng)的處理對策。

2.1 產(chǎn)品設(shè)計中的常見問題

本文所分析的設(shè)計問題主要指采購合同簽訂后，GIS設(shè)備供應(yīng)商按照技術(shù)規(guī)范的要求進行產(chǎn)品設(shè)計過程中發(fā)生的質(zhì)量問題。在此階段發(fā)生的問題主要為對技術(shù)規(guī)范理解不清晰、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理等。

2.1.1 海拔設(shè)計不滿足技術(shù)規(guī)范要求

某500 kV變電站地處海拔約1 500 m，規(guī)程要求對海拔高度在1 000～2 000 m的地區(qū)，電氣設(shè)備外絕緣參數(shù)統(tǒng)一按照海拔2 000 m選取，設(shè)計單位據(jù)此在技術(shù)規(guī)范書中進行了明確規(guī)定，供應(yīng)商進行了響應(yīng)。在出廠試驗過程中，供應(yīng)商提供的工頻耐壓值仍按照常規(guī)產(chǎn)品施加電壓，低于技術(shù)規(guī)范的要求值，無法滿足高海拔地區(qū)的使用要求。由于GIS設(shè)備具有氣體絕緣的特性，產(chǎn)品主要部分不受海拔等環(huán)境的影響，影響的部件為套管的外絕緣性能。

2.1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計影響了設(shè)備檢修

供應(yīng)商在進行產(chǎn)品設(shè)計時，因隔離開關(guān)操作機構(gòu)與檢修蓋板較近而導(dǎo)致檢修蓋板不易拆裝，未考慮設(shè)備投運后該部位的檢修便利性；檢修梯與二次電纜槽盒的布置不當(dāng)，遮擋了GIS本體手孔法蘭，導(dǎo)致無法檢修；未充分考慮現(xiàn)場土建和運行氣候的影響，伸縮節(jié)配置的位置或數(shù)量不合理，導(dǎo)致伸縮節(jié)不能適應(yīng)裝配調(diào)整、吸收基礎(chǔ)間的相對位移和熱脹冷縮的伸縮量，進而引發(fā)返工等問題。

2.2 原材料組部件的常見問題

原材料/組部件的質(zhì)量問題主要體現(xiàn)在供貨廠家提供的產(chǎn)品與合同規(guī)定不符、供貨廠家出廠檢測標(biāo)準(zhǔn)低于圖紙要求、密封墊材質(zhì)差和工藝控制差等問題。

2.2.1 絕緣件

盆式絕緣子和絕緣拉桿主要分為本廠制造和外購兩類，套管多為外購。GIS供應(yīng)商僅對外購?fù)鈪f(xié)配套件的外觀進行檢查和尺寸校核，缺少有效的電氣和機械性能檢驗，比如工頻耐壓、局部放電、Χ光探傷、抗彎、抗扭試驗、超聲縱波探傷檢測等。通過出廠試驗無法檢測出絕緣件工藝控制的不穩(wěn)定，進而出現(xiàn)氣泡、內(nèi)部存在應(yīng)力有裂紋等質(zhì)量問題。

2.2.2 操作機構(gòu)

目前，操作機構(gòu)主要包括彈簧機構(gòu)、液壓機構(gòu)和彈簧液壓機構(gòu)，早期還使用過氣動機構(gòu)。機械方面的問題包括液壓機構(gòu)滲油、儲壓筒漏氣、壓力異常、打壓頻繁等，尤其是機構(gòu)為整體鑄造，發(fā)生內(nèi)部滲油時無法在現(xiàn)場進行維修。彈簧機構(gòu)的主要問題是彈簧在運行時易因疲勞而產(chǎn)生永久變形，拐臂、連桿、萬向節(jié)等主要連接件加工尺寸超差導(dǎo)致配合精度差，材質(zhì)外處理不達標(biāo)存在銹蝕等，進而影響了機構(gòu)動作參數(shù)。電氣方面的問題包括輔助開關(guān)卡死、機構(gòu)卡澀、電機損壞、線圈損壞等造成電動失靈，這主要是因開關(guān)分合過程中因振動而導(dǎo)致部件松動變形，部件本身制造精度差、材質(zhì)差造成的。

2.2.3 其他主要原材料/組部件

罐體結(jié)構(gòu)復(fù)雜的焊接部位無法進行探傷試驗，焊縫夾雜焊渣或沙眼會造成設(shè)備運行過程中發(fā)生漏氣的現(xiàn)象。導(dǎo)體表面在加工制造過程中有毛刺，進而造成產(chǎn)品局部發(fā)生放電現(xiàn)象，使鍍銀層發(fā)黑或破損，導(dǎo)致直流電阻超標(biāo)。梅花觸頭綁扎彈簧材質(zhì)不達標(biāo)，進而發(fā)生斷裂，銅鎢合金觸頭表面有劃痕，連桿加工尺寸超差會影響裝配精度。密封件入廠不進行壓縮變形、老化性能等試驗項目，進而導(dǎo)致使用壽命受到影響，發(fā)生漏氣故障，且易導(dǎo)致外部的水汽向氣室內(nèi)滲透，使氣室內(nèi)SF6氣體水分含量增大，發(fā)生放電謝謝。

氧化鋅電阻片、合閘電阻片缺乏有效的檢測手段，廠內(nèi)保管、裝配環(huán)境不符合要求，導(dǎo)致產(chǎn)品受潮性能降低。電壓互感器多為外購件，個別供應(yīng)商未將設(shè)備在廠內(nèi)進行組裝調(diào)試而直接發(fā)送至現(xiàn)場，造成產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題，影響了工程進度。電流互感器入廠不進行復(fù)檢，在產(chǎn)品組裝后才進行性能測試。如果出現(xiàn)質(zhì)量問題，則需要對設(shè)備解體返工，影響交貨期。

2.3 廠內(nèi)組裝中的常見問題

廠內(nèi)組裝方面問題主要包括因供應(yīng)商質(zhì)量管理體系運轉(zhuǎn)不良而導(dǎo)致的工作人員責(zé)任心不強，零部件運輸過程中沒有防護措施，廠內(nèi)組裝環(huán)境未得到有效控制，進而造成零部件表面不整潔、設(shè)備內(nèi)部有異物；動靜觸頭裝配、三相共箱母線導(dǎo)體連接時對中較差；因螺栓緊固不到位而造成盆式絕緣子受到應(yīng)力或密封面漏氣；操作機構(gòu)輸出角度調(diào)整不到位，導(dǎo)致觸頭行程偏小；隔離開關(guān)操作機構(gòu)在手動和電動模式下合分閘位置不一致，進而造成連桿裝配時動觸頭運動行程超差；密封槽內(nèi)有異物，破壞了密封圈，進而造成設(shè)備漏氣；波紋管廠內(nèi)組裝時調(diào)整過多，影響了現(xiàn)場的安裝工作，存在零部件漏裝、誤裝問題，且遺漏了無毛紙在設(shè)備內(nèi)。

2.4 出廠試驗中的常見問題

組合電器出廠試驗時發(fā)現(xiàn)的問題主要存在于耐壓、雷電沖擊、局放、漏氣、微水等試驗項目，且存在絕緣試驗充氣壓力值超過最低工作壓力、套管未進行絕緣試驗等問題。

耐壓、雷電沖擊試驗不合格主要是因絕緣件本身存在缺陷或表面存在灰塵，進而在電場較高的情況下，雜質(zhì)橋接引發(fā)沿面放電；操作試驗完成后未檢查，產(chǎn)品內(nèi)部進入異物或金屬粉塵，造成局部電場分布不均勻，形成放電通道引發(fā)放電；氣體微水超標(biāo)、工裝蓋板與導(dǎo)體較近導(dǎo)致絕緣強度下降，進而引發(fā)放電；導(dǎo)體、屏蔽罩表面有毛刺或較為尖銳的凸起，破壞了內(nèi)部電場的均勻度，引發(fā)尖端放電，廠內(nèi)試驗電源會受外界干擾。

漏氣的原因主要包括密封面、焊接部位、充放氣管路及相關(guān)閥門、密度繼電器等位置，特別是隨著時間的推移，問題將逐步顯現(xiàn)出來。宋杲等人在《國網(wǎng)公司系統(tǒng)組合電器運行情況分析》中提出大部分發(fā)生漏氣故障的設(shè)備已運行5 年以上。由此可見，密封件的老化和長期運行中的振動對密封的破壞是漏氣故障的主要原因。微水的超標(biāo)常常與漏氣有關(guān)系，在SF6氣體泄漏時，水分會通過密封件滲入產(chǎn)品內(nèi)部，罐體、導(dǎo)體的材料由于存儲環(huán)境的潮濕也會向氣體中釋放水分，進而造成微水超標(biāo)。

2.5 包裝運輸中的常見問題

GIS設(shè)備在制造廠內(nèi)、運輸途中、安裝現(xiàn)場暫時存放時，產(chǎn)品包裝不符合規(guī)范，未充入微正壓的N2或其他氣體保護，導(dǎo)致產(chǎn)品內(nèi)部進入灰塵和水分，影響了設(shè)備的絕緣性能；運輸過程中未安裝三維沖撞記錄儀，或雖安裝了該設(shè)備但未保持正常工作，導(dǎo)致產(chǎn)品運輸過程中受到了較大的沖擊力，造成絕緣件損傷等問題。

2.6 安裝調(diào)試中的常見問題

安裝調(diào)試階段的質(zhì)量問題主要是因安裝時未嚴(yán)格按照裝配工藝的要求執(zhí)行，防塵、防潮措施不到位，組裝單元，特別是絕緣子的清潔度不達標(biāo)，進而造成工頻耐壓試驗不合格；充放氣作業(yè)時，對氣室的真空度及SF6氣體水分控制不足，密封面的對接作業(yè)無法確保密封槽的清潔度，密封件發(fā)生漏氣和微水超標(biāo)；溫度補償型伸縮節(jié)組裝完成后未松開緊固螺栓，導(dǎo)致伸縮節(jié)失去補償功能，無法吸收因熱脹冷縮、振動或其他外力作用而引起的管道和設(shè)備的小量位移，造成設(shè)備損傷。

3 GIS設(shè)備質(zhì)量控制措施

在開展GIS設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督的過程中，應(yīng)堅持“依靠業(yè)主單位、聯(lián)合專業(yè)部門、依托檢測機構(gòu)、突出生產(chǎn)廠家”的質(zhì)量監(jiān)督方針，建立以監(jiān)督為主，關(guān)鍵點見證和原材料/組部件抽檢為輔的質(zhì)量監(jiān)督模式，加強產(chǎn)品設(shè)計、原材料控制、組裝、試驗、運輸、安裝調(diào)試等階段的質(zhì)量控制工作。

3.1 產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量控制措施

技術(shù)規(guī)范書是產(chǎn)品設(shè)計的基礎(chǔ)。供應(yīng)商在進行產(chǎn)品設(shè)計時，一定要充分考慮溫度、海拔、濕度、污穢程度、光照等環(huán)境影響因素，充分了解項目單位的需求進行產(chǎn)品設(shè)計。監(jiān)造人員一定要認真解讀技術(shù)規(guī)范書，特別是技術(shù)規(guī)范書中的特殊條款，督促供應(yīng)商嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)范書進行產(chǎn)品制造。建設(shè)、運行單位應(yīng)提前介入，參加產(chǎn)品出廠試驗見證，對不滿足技術(shù)要求的環(huán)節(jié)，應(yīng)要求供應(yīng)商盡快整改，將缺陷消除在廠內(nèi)，避免設(shè)備運抵現(xiàn)場后返工，進而影響工期。

3.2 原材料組部件質(zhì)量控制措施

監(jiān)造人員采用現(xiàn)場見證與文件見證相結(jié)合的方式進行原材料/組部件的核實，督促供應(yīng)商嚴(yán)格按照合同規(guī)定執(zhí)行，對采購的原材料/組部件進行詳細的入廠復(fù)檢，杜絕偷工減料、以次充好的現(xiàn)象發(fā)生。特別要加強對絕緣件、套管、罐體、密封件的質(zhì)量控制，絕緣拉桿、盆式絕緣子出廠時應(yīng)逐只進行工頻耐壓、局放、Х光探傷試驗；罐體加工完成后，應(yīng)利用Х光探傷檢驗罐體焊縫，入廠時還需采用氦質(zhì)譜檢測等方式進行復(fù)檢，確保罐體沒有漏氣點；密封件應(yīng)定期進行硬度、回彈性和壓縮后的永久變形率的檢測。

3.3 廠內(nèi)組裝質(zhì)量控制措施

監(jiān)造人員應(yīng)要求供應(yīng)商嚴(yán)格按照質(zhì)量管理體系的要求，加強組裝過程的工藝控制，從人員、機械、試驗、技術(shù)、工藝、原材料/組部件等各方面加強控制。在原材料、組部件轉(zhuǎn)運和裝配的過程中，應(yīng)使用專用器具，避免磕碰劃傷，確保鍍銀層沒有破損，絕緣件、瓷套管等沒有受到應(yīng)力，并盡量縮短在車間內(nèi)的打磨作業(yè)，確保裝配環(huán)境整潔。產(chǎn)品裝配時應(yīng)對產(chǎn)品內(nèi)部的螺絲進行反復(fù)擰卸，并徹底清潔螺孔內(nèi)的金屬物，確保在進行內(nèi)部組裝時沒有任何異物遺漏在產(chǎn)品、密封槽內(nèi)部，避免發(fā)生漏氣、放電等故障。

3.4 出廠試驗質(zhì)量控制措施

在絕緣試驗不合格的情況下，在控制盆式絕緣子、絕緣拉桿等絕緣件本身質(zhì)量滿足要求的基礎(chǔ)上，監(jiān)造人員應(yīng)督促供應(yīng)商嚴(yán)格進行設(shè)備組裝的清潔工作，清除導(dǎo)體及屏蔽罩中的細小微粒及其他異物，徹底清潔殼體內(nèi)部，避免懸浮電位放電現(xiàn)象發(fā)生，杜絕盆式絕緣子沿面放電故障的發(fā)生。

針對漏氣現(xiàn)象，應(yīng)加強設(shè)備殼體焊接質(zhì)量，并進行全檢；抽檢閥門、管路的質(zhì)量，嚴(yán)控密封面粗糙度、潔凈度，確認沒有傷痕和灰塵；嚴(yán)格檢查密封圈和涂密封膠的質(zhì)量，按力矩要求緊固螺栓，將主母線和隔離開關(guān)設(shè)置在不同氣室，確保不漏氣。

3.5 包裝運輸質(zhì)量控制措施

GIS成品在制造廠內(nèi)或安裝現(xiàn)場存放時，內(nèi)部應(yīng)充微正壓的N2或其他氣體，放置于干燥、通風(fēng)、防雨的環(huán)境中，監(jiān)造人員定期檢查壓力值；產(chǎn)品發(fā)運時，應(yīng)安裝三維沖撞記錄儀，確保儀器電源充足，始終處于工作狀態(tài)。

3.6 安裝調(diào)試質(zhì)量控制措施

供應(yīng)商應(yīng)安排經(jīng)驗豐富的現(xiàn)場服務(wù)人員指導(dǎo)現(xiàn)場的安裝工作。對于現(xiàn)場組裝的每一個罐體，必須保證導(dǎo)體（母線）表面和氣室金屬外殼內(nèi)壁表面的光潔度，確保無雜質(zhì)、無劃傷痕跡，觸頭及屏蔽罩安裝固定，定位螺栓按照標(biāo)準(zhǔn)力矩值緊固，連接導(dǎo)體對中良好，無漏裝；不可使用已用過、變形或有傷痕的密封件，并對接面涂適量的密封脂。溫度補償型伸縮節(jié)在投運前應(yīng)松開緊固螺栓；充氣前要保證罐體內(nèi)部的真空度小于133 Pa后，繼續(xù)進行一段時間的抽真空作業(yè)，待氣室內(nèi)真空度無變化后開始充氣；氣密性檢查應(yīng)在充氣完成24 h后進行，并嚴(yán)格按照驗收試驗規(guī)程規(guī)定的順序開展交接試驗。

4 結(jié)束語

本文對GIS設(shè)備投運前各階段易發(fā)的質(zhì)量問題進行了詳細分析，提出了詳細的控制措施，以期通過這些手段對預(yù)防各類質(zhì)量問題的再次發(fā)生、降低故障發(fā)生率、及時消除設(shè)備缺陷有所幫助。

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〔編輯：張思楠〕