氣體絕緣金屬封閉開關設備的氣體泄漏檢驗研究

李元俠

摘 要：隨著氣體絕緣金屬封閉開關設備（GIS）和罐式斷路器（GCB）在變電站中的大量運用，氣體泄露的檢驗方法和泄露量的判定合理性和準確性對產品安全運行的影響日趨嚴重。本文提出了GIS和GCB各密封部的一種氣體檢漏方法和泄漏量計算方法，首先對適用條件提出進行界定，然后描述氣密試驗方法和泄漏計算方法，并通過實例計算明確不同密封面允許的泄漏值非定值，指明驗收時應本著經濟性和設備可靠性合理選取各密封面的許用泄漏值。

關鍵詞：GIS;GCB;氣體泄露;密封面;許用泄漏值

Abstract： Along with the gas insulated metal closed switch （GIS） and the tank type circuit breaker （GCB） in the substation the massive investment， the influence of the inspection method of gas leakage and the judgment rationality and accuracy of the leakage quantity on the safe operation of the product is becoming more and more serious. This paper presented a method of gas leak detection and leakage calculation for each seal part of GIS and GCB. Firstly， the applicable conditions were defined， then the method of air tightness test and leakage calculation were described， and the allowable leakage values of different sealing surfaces were defined by calculating examples. It was indicated that the allowable leakage values of different sealing surfaces should be selected reasonably in accordance with economy and reliability of equipment during acceptance.

Keywords： GIS;GCB;gas leakage;sealing face;allowable leakage value

電站中的氣體絕緣金屬封閉開關設備[1]（GIS）和罐式斷路器（GCB）是主要的一次設備。由于GIS和GCB具有可靠性高、占地面積小、免維護周期長等眾多優點，因此，其在電站建設中的使用量越來越大。

GIS開關設備采用的絕緣介質和滅弧介質是SF6氣體。該氣體壓力（表壓力）通常在0.4～0.6MPa，被封閉在金屬容器之內。由于GIS采用的是封閉壓力系統[2]，因此，殼體內的高壓氣體會通過密封面向殼體外發生滲漏。為了確保GIS設備可靠運行，必須控制氣室的氣體滲漏量在標準要求值以下。由此，本文主要檢驗氣體絕緣金屬封閉開關設備的氣體泄漏。

1 研究思路

對GIS及GCB裝配后的氣體密封面采用部分積分法氣密性試驗檢驗滲漏量。該氣密性試驗方法在以下氣密性試驗時運用。

1.1 與整體積分法并用

為防止因忽視微量漏氣而導致的事故，在整體積分法氣密性試驗的同時，進行部分積分法氣密性試驗。

1.2 氣體泄漏的定量掌握

存在以下狀態時，實行部分積分法氣密性試驗：①以整體積分法氣密性試驗無法滿足外形尺寸時;②以整體積分法發現氣體泄漏，但泄漏位置不明時;③以定性法[3]發現氣體泄漏，需要用定量法[3]測定泄漏量時;④現場裝配時，進行氣密面裝配組裝后的位置;⑤對氣密部位進行拆裝作業后的部分泄漏確認。

2 氣密試驗方法

2.1 準備

①充入所定氣壓的SF6氣體后，將進行氣密性試驗的實施部位用塑料膜包起來，與外氣隔離，此時的塑料膜盡可能使用新的，密封面包扎示意圖如圖1所示。

②裝配后充入SF6氣體，然后再停放1h以上。

在準備過程中，需要注意以下幾個問題。第一，如果防銹劑、清洗劑未干，檢泄儀的表針會擺動，將誤判為氣體泄漏。第二，SF6氣體充入前，不可將塑料膜置于測定位置。如在真空狀態下充入氣體，O型圈的微移有時會造成氣體泄漏，從而導致無法正確掌握泄漏量（移動時此靜止狀態易泄漏）。第三，塑料膜的端頭部位（開口部）務必要完全隔離外氣。若不潔氣體侵入內部或泄漏了的SF6氣體向外部擴散，將會導致無法正確掌握泄漏量。

2.2 測定

2.2.1 放置前內部氣體濃度測定。將放置前的內部氣體濃度調整為規定氣體濃度以下。

規定氣體濃度：三菱產檢泄儀器為以下。超出規定氣體濃度時，使用壓縮空氣或吸塵器置換塑料袋內部的氣體，使其濃度降到規定氣體濃度以下。

2.2.2 測定。放置規定的時間后，測量內部氣體濃度。將測量日期、放置時間、積分容積填入檢查表中，與允許氣體濃度值進行比較判斷。

需要注意的是，外部環境不定時，在將檢漏儀的探頭插入塑料袋測量用小孔時，要注意污染氣體會侵入袋中。

2.2.3 放置時間。原則上放置時間為6h以上。

2.3 檢驗部位

組裝結束充入氣體后，以下密封部位需進行部分積分法氣密試驗：整個O型圈密封部位和整個密封墊圈的密封部位。

2.4 判定基準

①按標準規定的氣體重量的0.2%制定管理值。

②氣體泄漏量允許值的計算方程式為：

式（1）中，[Q0]為氣體泄漏檢測位置的氣體泄漏量允許值（kg）;[W]為該氣體區間的總氣體重量（kg），氣體區間即隔室，表示以盆式絕緣子為隔板，被分離的氣體室;為氣體泄漏檢測部位的O型圈的長度（mm），O型圈長度為O型圈的公稱直徑;[L]為該氣體區間的O型圈的全長（mm）。

③氣體泄漏量計算式為：

2.5 判定

3 氣體泄露允許值的計算實例

以圖3中的斷路器氣室為例計算各密封面的氣體泄漏允許值。

圖3中的S622、S410和P120是指該產品密封部位所使用的O型圈型號，字母后的數值為O型圈公稱直徑（mm）。

計算該氣室O型圈總長L（所有O型圈公稱直徑之和）：

斷路器氣室的氣體重量W（被檢驗氣隔室充入SF6氣體重量，不同的氣隔室SF6氣體重量不同）為27kg。

S410部密封面的氣體量W0為：

計算氣體泄漏量所需的容積（積分容積）取30L，不同廠家或不同產品積分容積取值有所不同。因此，塑料袋的容積與上述容積有很大差異時，需用下式修訂氣體泄漏允許值：

4 結論

本文闡述了GIS和GCB產品的密封面氣體泄漏檢驗方法，提出了各密封面許用氣體泄露濃度增量的計算方式。本文為GIS和GCB設備的氣體泄露檢驗和判定提供了思路，若付諸實踐，有利于解決當前GIS和GCB產品驗收時面臨的氣體泄露檢驗方法和結果數據的矛盾。

參考文獻：

[1]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.額定電壓72.5kV及以上氣體絕緣金屬封閉開關設備：GB 7674—2008[S].北京：中國標準出版社，2008.

[2]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.高壓開關設備和控制設備標準的共用技術要求：GB/T 11022—2011[S].北京：中國標準出版社，2011.

[3]國家市場監督管理總局.高壓開關設備六氟化硫氣體密封試驗方法：GB∕T 11023—2018[S].北京：中國標準出版社，2018.

[4]劉振亞，國家電網公司.國家電網公司110-500kV變電站通用設備典型規范[M].北京：中國電力出版社，2007.