500 kV GIS電流互感器SF6微水含量超標(biāo)分析與處理
——以猴子巖水電站為例

陳偉林，鐘 斌，秦知了

(國(guó)電大渡河檢修安裝有限公司，四川 樂(lè)山 614900)

猴子巖水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內(nèi)，為地下式廠房，主變壓器安裝在地下主變壓器洞內(nèi)，500 kV開(kāi)關(guān)站設(shè)在地面。電站以500 kV一級(jí)電壓接入系統(tǒng)，500 kV側(cè)系統(tǒng)共4回進(jìn)線和5回出線，采用3串4/3方式接線。

猴子巖水電站GIS設(shè)備為平高集團(tuán)產(chǎn)品，分兩部分布置：地下主變洞500 kV電纜層及地面開(kāi)關(guān)站GIS樓550 kV GIS層。GIS大部分布置在戶內(nèi)，僅出線部分裝在戶外。主要設(shè)備包括：斷路器、電流互感器、隔離刀閘、快速接地刀閘、檢修用接地刀閘、空氣/SF6套管、母線、電壓互感器、避雷器、電纜連接裝置、伸縮節(jié)等元件。

此次微水超標(biāo)氣室屬于該站1號(hào)主變單元，該主變自2017年11月投運(yùn)以來(lái)，各設(shè)備運(yùn)行正常，于2019年04月首次檢修，檢修過(guò)程中發(fā)現(xiàn)該主變高壓側(cè)500 kV GIS設(shè)備氣室2GP7 C相(包含1臺(tái)電流互感器、1段短母線)微水含量超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到501.16 ppm，隨后進(jìn)行多次復(fù)測(cè)，微水含量測(cè)得值在499.60～501.20 ppm，數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

1 問(wèn)題分析

1.1 技術(shù)數(shù)據(jù)及參數(shù)

500 kV電流互感器(連接主變壓器和500 kV電纜的短段母線回路)

額定一次側(cè)電流：3 000/1 500 A

額定二次側(cè)電流：1 A

額定變比：3 000/1(1 500/1)

保護(hù)用繞組短路電流倍數(shù)Kssc：≥25

表1 部分氣室壓力及微水含量記錄表

注：復(fù)測(cè)時(shí)只對(duì)2GP7C做了復(fù)測(cè)，因?yàn)樵摎馐椅⑺黠@接近限值；2GP8、2GP9為對(duì)應(yīng)相相鄰氣室。

保護(hù)用繞組暫態(tài)磁通倍數(shù)Kf：12

二次繞組間耐受工頻1 min短時(shí)耐受電壓：3 kV

二次繞組對(duì)地耐受工頻1 min短時(shí)耐受電壓：3 kV

繞組的匝間絕緣能在整個(gè)二次繞組兩端耐受1 min過(guò)電壓(峰值)： 3 kV

該氣室SF6含氣量：80 kg

1.2 原因分析及處理過(guò)程

1)SF6氣體微水含量超標(biāo)常見(jiàn)的原因。①SF6氣體自身含有超量水分。SF6在制作過(guò)程中工藝流程把控不嚴(yán)造成微水含量超標(biāo)，運(yùn)輸過(guò)程中保護(hù)不當(dāng)導(dǎo)致空氣進(jìn)入、儲(chǔ)存環(huán)境惡劣導(dǎo)致氣體受潮。②設(shè)備內(nèi)部零部件含有水分。電流互感器內(nèi)部零部件較多，線圈及絕緣件等零部件等都含有水分，在制造或安裝過(guò)程中會(huì)吸收空氣中的水分，在真空處理的過(guò)程中很難全部析出這一部分，在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中緩慢釋放，造成SF6氣體微水含量升高[1]。③設(shè)備充氣時(shí)帶入水分。在對(duì)設(shè)備氣室進(jìn)行充氣操作時(shí)，作業(yè)人員未嚴(yán)格按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)接頭處理不干凈、管路未用新氣進(jìn)行沖洗、管接頭密封不嚴(yán)等讓空氣進(jìn)入設(shè)備。④吸附劑(分子篩)帶入的水分。吸附劑(分子篩)主要利用自身較強(qiáng)的吸附能力吸附設(shè)備內(nèi)部潮氣，但是不合格的吸附劑自身就可能帶入水分，比如干燥不測(cè)底、安裝前暴露時(shí)間太長(zhǎng)等都可以帶入水分[2]。⑤外環(huán)境水分透過(guò)密封不嚴(yán)處滲入。外界水分從密封圈及微孔向設(shè)備內(nèi)部滲入水分。目前國(guó)內(nèi)大部分GIS設(shè)備氣室工作壓力比外界壓力高4～6倍，但外界水分壓力是設(shè)備內(nèi)部水分壓力的近100倍，對(duì)密封的要求非常高。但是密封在滿足SF6氣體不泄露的情況下，這種水分滲入量較少，幾乎可以忽略。

2)針對(duì)該氣室設(shè)備做具體深入分析。通過(guò)查閱猴子巖水電站GIS設(shè)備SF6氣體入站檢測(cè)報(bào)告，顯示SF6新氣在充入設(shè)備前滿足要求，且數(shù)據(jù)良好，對(duì)猴子巖水電站GIS設(shè)備所有氣室微水含量初始值和檢修值進(jìn)行了查閱，所有氣室初始微水含量均在100 ppm以下，檢修過(guò)的設(shè)備氣室SF6氣體微水含量變化不大。部分電流互感器氣室水分含量增長(zhǎng)明顯，其中2GP7三相氣室微水含量均超過(guò)初始值的2倍以上，C相甚至超過(guò)《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》小于等于500 ppm的要求，微水含量變化異常的氣室均含有電流互感器，而其他氣室均正常，且數(shù)據(jù)良好，經(jīng)過(guò)以上分析，認(rèn)為SF6微水含量偏大為氣室內(nèi)電流互感器內(nèi)部零件(CT)析出水分所致。對(duì)此進(jìn)一步做了如下的具體分析。

猴子巖水電站500 kV GIS CT 出廠前的裝配工作是在潔凈干燥的廠房?jī)?nèi)進(jìn)行的，CT裝配過(guò)程水分控制流程如下：CT線圈接收→CT線圈、絕緣紙板、墊板接線盤烘干→CT總裝試驗(yàn)后放入烘干間(75±5℃)烘干8 h以上→CT與斷路器總裝(不大于2 h形成封閉氣室)→充入SF6氣體48 h后進(jìn)行檢漏及水分試驗(yàn)→耐壓對(duì)接(不大于2 h形成封閉氣室)→耐壓合格后存棧(不大于2 h形成封閉氣室)。CT線圈出廠時(shí)其各項(xiàng)試驗(yàn)(含水分試驗(yàn))是合格的。

按照安裝工藝文件規(guī)定，現(xiàn)場(chǎng)CT線圈暴露在空氣中的時(shí)間應(yīng)控制在3 h內(nèi)。但現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際安裝時(shí)電流互感器氣室可能敞開(kāi)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，同時(shí)受地域影響現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境濕度偏大，該CT安裝環(huán)境正處于地下廠房，相對(duì)濕度較大，時(shí)間把控不嚴(yán)，導(dǎo)致CT線圈受潮。加之安裝工期限制，在以上氣室氣體處理時(shí)水分控制時(shí)間偏短，CT線圈內(nèi)的水分未得到充分釋放。雖然現(xiàn)場(chǎng)安裝后驗(yàn)收時(shí)微水含量試驗(yàn)也合格，但隨著投運(yùn)時(shí)間的延長(zhǎng)和環(huán)境溫度的升高，CT線圈內(nèi)的水分逐漸充分釋放，最終造成微水含量超標(biāo)。

3)SF6微水含量超標(biāo)處理步驟，見(jiàn)表2。

根據(jù)氣體處理工藝以及微水含量超標(biāo)處理方法，為快速達(dá)到微水含量處理目的，“更換分子篩+抽真空”是降低氣室內(nèi)微水含量最有效的手段(見(jiàn)圖1)。在更換分子篩后抽真空時(shí)間越長(zhǎng)、真空壓力值越低，零部件內(nèi)的水分越易逸出；另外真空狀態(tài)下的必要靜置，也可使零部件內(nèi)水分充分析出。

表2 微水含量超標(biāo)處理步驟表

圖1 “更換分子篩+抽真空”降低氣室內(nèi)微水含量示意圖

微水含量處置流程共設(shè)2個(gè)循環(huán)，若某個(gè)循環(huán)結(jié)束后的水分測(cè)量結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)(折算到20℃，≤100 ppm)，則不再進(jìn)行后續(xù)處理循環(huán)，操作步驟直接跳轉(zhuǎn)到步驟17。

2 處理結(jié)果及預(yù)控措施

2.1 處理結(jié)果

此次設(shè)備檢修時(shí)間較短，主要對(duì)2GP7C相氣室做了微水超標(biāo)處理，在處理過(guò)程中嚴(yán)格按照步驟，每個(gè)步驟都記錄了相關(guān)數(shù)據(jù)，共進(jìn)行了2個(gè)循環(huán)的處理，靜置48 h后測(cè)得2GP7C相氣室微水含量為28.6 ppm，微水含量降低明顯，相鄰2GP8C相、2GP9C相氣室微水含量分別為32.7、33.2 ppm，投運(yùn)后1周，對(duì)2GP7C相氣室微水含量做了檢測(cè)，測(cè)得值27.7 ppm，微水含量超標(biāo)問(wèn)題得到了有效地處理，計(jì)劃在后續(xù)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中將加強(qiáng)巡回檢查，定期做微水含量監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握設(shè)備健康狀況，確保設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 建議預(yù)控措施

1)選擇適宜的安裝條件。安裝應(yīng)選擇適度較低的時(shí)候進(jìn)行，干燥處理后的設(shè)備需抽真空保存，盡可能地減少設(shè)備暴露時(shí)間。

2)控制好氣體質(zhì)量。充氣前檢測(cè)SF6氣體微水含量，充氣管道應(yīng)盡量短，管徑盡量大，氣室較大的可多點(diǎn)同時(shí)充氣。

3)控制好設(shè)備質(zhì)量。設(shè)備質(zhì)量問(wèn)題多出在密封件上，選擇合格的密封件，嚴(yán)格控制接觸面的工藝流程，均勻緊固連接螺栓，降低水蒸氣進(jìn)入風(fēng)險(xiǎn)。

4)及時(shí)更換吸附劑。設(shè)備運(yùn)行中，吸附劑能夠有效地的吸附設(shè)備零部件析出的水分，長(zhǎng)期不更換可能飽和，達(dá)不到預(yù)期效果，運(yùn)行一定時(shí)間后檢修時(shí)應(yīng)更換吸附劑，更換前做干燥處理。

5)做好氣室壓力及微水含量記錄；記錄數(shù)據(jù)做好趨勢(shì)分析有利于判斷設(shè)備氣密性及微水含量發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)趨勢(shì)可以有效判斷設(shè)備運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在風(fēng)險(xiǎn)。

6)實(shí)時(shí)監(jiān)控。利用在線監(jiān)測(cè)裝置對(duì)微水含量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，建立GIS設(shè)備健康管理體系，一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，及時(shí)采取有效措施，防止事故擴(kuò)大，避免經(jīng)濟(jì)損失，杜絕人身傷害[3]。

7)電流互感器由于繞組匝間絕緣等材料有較強(qiáng)的吸水性，安裝電流互感器氣室，抽真空過(guò)程中建議從外部進(jìn)行均勻加熱提高氣室溫度，促進(jìn)水分更好排出。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)該電流互感器氣室SF6氣體微水含量超標(biāo)的分析與處理，設(shè)備在工廠制作過(guò)程中由于設(shè)施設(shè)備齊備，生產(chǎn)條件較為可靠，處理工藝控制嚴(yán)格，設(shè)備本身質(zhì)量有保障，但是在設(shè)備安裝過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)安裝條件很難掌控，受安裝時(shí)限要求，部分工藝執(zhí)行不到位是出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的主要原因。

基于此次設(shè)備故障及處理，以下4個(gè)方面值得思考：一是初始設(shè)計(jì)考慮周全，避免設(shè)備中途改型；二是計(jì)劃周全，給設(shè)備生產(chǎn)及安裝足夠的時(shí)間，而且盡量留有時(shí)間裕度，以免出現(xiàn)安裝條件變化造成時(shí)間不夠；三是加強(qiáng)安裝過(guò)程中工藝質(zhì)量的把控，每個(gè)過(guò)程節(jié)點(diǎn)做好相關(guān)記錄，確保有據(jù)可查；四是利用新技術(shù)，根據(jù)需要設(shè)計(jì)生產(chǎn)能夠到現(xiàn)場(chǎng)免暴露組裝的產(chǎn)品，避免內(nèi)部零部件暴露吸潮。