一起典型HGIS设备防爆膜异常爆破案例分析及防范措施

一起典型HGIS设备防爆膜异常爆破案例分析及防范措施

郭伟逢

（广东电网公司惠州供电局广东惠州516001）

摘要：简述一起典型HGIS设备防爆膜异常爆破事故案例，深入分析防爆膜变色及异常爆破的原因。分析表明防爆膜异常爆破是由材质缺陷、运行维护缺失等多个因素引起。对同类型的设备进行排查，发现多起类似问题。针对该类问题，建议厂家在防爆膜设计选型应予以改进，并严格管制安装工艺，同时应加强防爆膜的运行维护工作。

关键词：HGIS；防爆膜；氧化腐蚀

引言

目前，性能优良的气体绝缘组合电器（GIS和HGIS）已广泛应用于电力系统中，随着GIS和HGIS设备保有量的增加，由设计、制造、运输、基建、安装、运行和维护等各个环节造成的GIS（HGIS）设备问题也日益显露，本文以广州供电局近期发生的一起典型HGIS设备防爆膜异常爆破事故为例，指出事故原因，给出相关整改建议，旨在汲取教训，避免同类事故再次发生。

1防爆膜的作用

HGIS（HybridGasInsulatedSwitchgear）是气体绝缘复合电器的简称，由断路器、电流互感器、隔离开关、接地开关等元件集约组成，以金属筒体为外壳，将上述高压元件和绝缘器件封闭在金属筒体内部，并充入一定压力的SF6气体作为绝缘和灭弧介质。

组合电器内部被支持绝缘子分隔成若干个独立的气室，为了避免电弧燃烧能量使气体庄力过高，生产厂家在组合电器中广泛采用爆破式防爆膜等作为减压防爆装置。当某气室发生内部故障电弧时，伴随电弧的出现，该气室内部气压升高，当气压达到防爆膜相应的爆破压力时，防爆膜打开，释放压力并排泄气体，以确保操作人员和设备的安全，并确保一个气室发生故障，不殃及其他气室和相邻的电器设备。

2防爆膜异常爆破事故简述

2014年8月17日14时58分广州供电局500kV广南站监控系统发出“5032断路器SF6压力低闭锁”告警信号，现场检查发现5032断路器C相防爆膜动作。防爆膜动作期间广南站全站设备运行正常，无故障跳闸事件发生，没有明显的潮流、电压波动情况。随后紧急申请将500kV顺广乙线、#3主变转热备用后，将5032断路器与系统运行设备停电隔离。

3防爆膜现场检查

3.1防爆膜配置情况：

广南站500kVHGIS设备为日本三菱公司2004年生产的500-SFMT-63F型HGIS设备，2006年6月投运。断路器防爆膜为美国安赛科（OSECO）产品，型号PCR，类型为反拱十字槽型，主要材质为镍。断路器气室防爆膜爆破压力标准是0.9±0.045MPa（20℃），隔离开关气室防爆膜爆破压力标准是0.8±0.04MPa（20℃）。

3.2防爆膜现场检查情况：

广南站监控系统发“5032断路器SF6压力低闭锁操作”报文后，现场检查发现5032断路器C相SF6压力表指针归零，防爆膜动作，防爆膜爆破片表面存在绿色物质，并有触碰痕迹。在显微镜下发现破裂面有变色和劣化的迹象，外部表面有腐蚀斑。随后厂家对防爆膜附着物定性分析，检测到氧含量超过30%；硫、镍含量在1%至30%之间；氯含量小于1%；碳含量在0.1%左右，故推测绿色物质是以二价氧化镍为主的镍和氧、硫及氯的化合物。

针对5032断路器防爆膜存在氧化腐蚀情况，广州供电局对其辖下的111片同类型的HGIS设备防爆膜进行检查（图1），发现腐蚀84片，无氧化腐蚀27片（图2）。氧化腐蚀分为点状和片状两种，其中点状腐蚀16片（图3），片状腐蚀68片（图4）。本次动作的5032断路器C相防爆膜为点状腐蚀，B、C相为片状腐蚀。点状腐蚀全部出现在断路器气室，但并非所有断路器气室都为点状腐蚀。通过对比发现，防爆膜运行时间越长，腐蚀程度越严重。

图3点状腐蚀图4片状腐蚀

4防爆膜异常爆破事故分析

4.1防爆膜变色的原因

根据显微镜放大检查及物质定性分析，可推断防爆膜变色的过程如下：(图5)

①超过9年时间中，大气污染严重，硫元素超标。

②水分和硫化物、氯化物吸附在防爆膜的表面。

③由于水汽蒸发，防爆膜表面硫化物、氯化物密度增大。

④防爆膜表面变色、劣化。

图5防爆膜变色的过程

4.3防爆膜爆破试验

为了评估老化及表面腐蚀对防爆膜的影响，对5032断路器A、B相防爆膜进行了爆破试验。

现场采取的试验方式是：整体拆卸下SF6防爆膜安装法兰，安装在试验平台，用氮气对防爆膜加压，断路器气室加压至0.7MPa时保持压力1分钟，再缓慢加压直至防爆膜爆破。断路器气室防爆膜爆破压力标准是0.9±0.045MPa，爆破压力在此范围内即为合格。

5032断路器A相爆破压力约为0.87MPa，B相爆破压力约为0.85MPa。B相爆破压力值已超出了其额定压力范围（0.9±5%MPa）。A相爆破压力虽还在其额定压力范围内，但在其负偏差范围内，偏差为-3.3%。通过爆破后形变对比，A、B相防爆膜爆破后，爆破裂片贴向夹持法兰，而C相防爆膜裂片呈垂直状态，可以看出C相防爆膜爆破的压力要小于0.85Mpa。根据试验结果（0.85MPa）及爆破压力允许范围（0.9±5%MPa），估算出防爆膜的最低爆破压力为0.76MPa。

为了进一步评估三菱公司HGIS防爆膜状态，于2016年6月广州供电局选取广南站3个HGIS断路器防爆膜（已氧化腐蚀）进行爆破试验。试验结果发现1个防爆膜的爆破压力仅为0.77MPa，远低于断路器气室防爆膜爆破压力标准0.9±0.045MPa，防爆膜动作值严重下降，设备运行存在潜在风险。

4.2防爆膜破裂的原因分析

1）大气污染诱使防爆膜氧化腐蚀

日本三菱公司生产的500-SFMT-63F型HGIS设备所使用的防爆膜主要材质为镍。镍化学性质较活泼，不溶于水，常温下在潮湿空气中表面形成致密的氧化膜，能阻止本体金属继续氧化。但在稀酸中可缓慢溶解，释放出氢气而产生绿色的正二价镍离子。广南站地处E级污区，周边工厂较多，大气污染严重，硫元素超标，常陪有酸雨天气。水分和硫化物、氯化物吸附在防爆膜的表面，并在水汽蒸发作用下，防爆膜表面硫化物、氯化物密度增大，致使防爆膜表面变色、劣化。广南站5032断路器爆破防爆膜附着物定性分析，检测到的物质，充分证明了这点。厂家在防爆膜材料选型时，未充分考虑使用地区的大气污染情况，防爆膜在运行过程中氧化腐蚀，防爆膜动作值下降，是导致防爆膜爆破的重要原因。

2）倒扣式安装促使防爆膜氧化腐蚀

在广州供电局对其辖下所有同类型的HGIS设备防爆膜排查时，发现倒扣式安装的断路器气室防爆膜都存在不同程度的腐蚀，而侧立式安装的隔离开关气室防爆膜没有出现腐蚀情况。倒扣式安装的防爆膜防护盖板阻碍了潮气的挥发，致使潮气长时间在防爆膜聚焦，是促使防爆膜氧化腐蚀的重要原因。

3）运行维护不到位未能及时发现防爆膜氧化腐蚀

厂家指出防爆膜在一般环境下防爆膜使用寿命为30年，但是其爆破压力值会受到不同环境条件的影响而降低。不同使用环境条件影响防爆膜的爆破压力值未引起设备厂家及运行维护单位的重视。经查看日本三菱HGIS设备说明书及厂家技术人员确认，防爆膜没有日常运维要求，且为了人身安全，禁止人员在防爆膜附近逗留。广南站未将防爆膜巡视维护相关要求纳入日常巡视维护工作。设备厂家错误的指导意见以及运行维护的缺失致使广南站HGIS设备在长达9年运行时间内未能发现防爆膜氧化腐蚀缺陷，是此次事故的重要原因。

4）外部损伤致使防爆膜破裂压力降低

防爆膜属于HGIS组合设备的重要安全部件，对防爆膜的安装工艺有着严格的要求，防爆膜任何细微损伤均有可能导致防爆膜破裂压力值降低。厂家指出在防爆膜安装过程中但凡发生磕碰或发现触碰痕迹，必须百分百更换。在5032断路器C相的防爆膜上发现触碰痕迹，可能是促使防爆膜氧化异常爆破的直接原因。

六、防爆膜破裂的防范措施

通过以上分析发现：HGIS组合电器防爆膜在材质选型、生产制造、装配检修过程中的工艺要求非常高，在投运后以及运行中维护不到位非常容易发生事故，结合现场实际情况及运行工作经验，总结并提出以下防范措施：

1）组织各基层单位开展防爆膜专项隐患排查治理，对系统各电压等级HGIS、GIS防爆装置进行一次排查，存在类似问题要立即采取防范措施，必要时进行停电处理。对于已经发生腐蚀但短期不能更换的防爆膜，应在表面喷涂防腐剂来延缓防爆膜的腐蚀。

2）结合停电机会，逐步开展对发生氧化腐蚀的日本三菱HGIS防爆膜全部更换为耐腐能力强的奥氏体316不锈钢材质新式防爆膜。同时，在更换新防爆膜后在其表面喷涂防腐剂或采用其它措施进行多重保护。.

3）加强防爆膜运行维护，定期开展HGIS设备防爆膜巡视维护工作，定期对防爆膜进行SF6气体泄漏红外检测，发现异常立即进行更换处理。

4）充分考虑我国运行实际情况，编制组合电器防爆膜技术规范，加强设备制造工艺质量控制和设备现场安装质量控制，建立防爆膜运行维护标准，加强防爆膜运行维护管理。

5）结合大气环境以及周边污染情况，针对防爆膜的材质、结构形式等等全面论证防爆膜在所使用地区的适用性，对不同厂家、不同品牌、不同规格性能的同类设备进行比较筛选，从源头减少不合格防爆膜的使用，严格控制进网设备质量。

结束语

防爆膜是HGIS设备故障后的安全装置，在HGIS供电可靠性方面起着至关重要的作用，任何细小环节处理不当都可能引发严重后果，对此我们应该进一步提高认识，加强管理，避免同类事故再次发生。

参考文献

[1]吴狄,关鼎.防爆膜在安全阀中的使用.阀门.2004年第2期

[2]罗学琛.SF6全封闭组合电器(GIS).中国电力出版社.1998.11

[3]中国南方电网公司110kV-500kV组合电器技术规范（2014版）

作者简介:

郭伟逢（1983-），男，本科，研究方向为电力系统、变电运行。