摘要：华南地区某核电站#2机的500kV气体绝缘金属封闭输电线路，在安装完成后第一次耐压试验时未能通过。本文针对此事件，对安装、试验的详细过程以及可能原因进行了分析和探讨，重点总结了防异物的有效措施，形成有效的经验反馈和良好实践。
关键词：核电站；GIL；耐压试验；防异物
1、引言
作为一项成熟的输电技术，目前大型发电厂、尤其是核电站内的500kV主变压器与主开关站连接都采用SF6气体绝缘金属封闭输电线路，英文缩写GIL（Gas Insulated transmission Line，本文后续全部称为“GIL”）。与常规架空输电线路相比，GIL具有占用空间资源少、不受恶劣天气影响、载流量大、故障率低等优点，但对安装的要求、特别是防异物方面特别严格。本文将结合华南地区某大型核电站#2机现场首次GIL交流耐压试验不通过，对500kV的GIL安装过程中的问题进行初步探讨分析并提出改进措施。
2、某核电站GIL首次试验过程简介
该核电站500kV的GIL由中外合资苏州阿尔斯通（ALSTOM）高压电气开关有限公司生产，其设备参数为：型号T155-2，额定电压550kV，额定电流2000A。安装试验流程如图1：
图1 500kV的GIL安装试验流程图
#2机GIL的安装由承包商某电建公司负责。试验开始前，一些常规试验项目，如绝缘电阻、回路电阻、SF6气体微水测试、SF6气体检漏等均已完成且符合国家及行业标准的要求。试验是委托核电站所在地的省电科院实施，编制生效了进行500kV的GIL交流耐压试验和局部放电测试的方案，目的是检查GIL在制造、运输和安装后，其绝缘性能符合设计标准及厂家要求，以确保GIL安全可靠地投入运行。
为此现场拉设了380V 三相试验电源，专用开关箱装配400A自动空气开关作为保护，拉设一条3*120+2*75mm2动力电缆，线径满足载流要求。所用的主要电气试验设备见下表1：
表1 500kV的GIL电气试验主要设备
根据国标GB 50150-2016的规定，对新安装的GIL耐压试验，按出厂试验电压值的80%、即740×80%=592kV进行，时间一分钟，全过程无闪络、无击穿异常现象。采用分相回路试验、即每相的主回路应轮流施加电压，其它相的主回路连通外壳一起接地。局部放电测试采用特高频检测法（UHF法），可在交流耐压的净化过程（老练试验）中进行预测，待耐压试验通过后最终测试，测试电压为Um/√3=318kV（Um为额定电压550kV）。
结合该核电站#2机GIL现场靠近海边、潮度较高、线路较长等情况，加压地点选在#2主变500kV侧高压套管处，加压方式为调频串联谐振，耐压试验电源频率不应低于60Hz、宜在65Hz以上。试验过程中先缓慢零起升压，待升至老练试验电压后，选几个代表性的点预先测试局部放电量。根据实际条件，老练试验时间定为15min，无异常后再升压至耐压值592kV，持续1min通过耐压试验。降压后，再升至318kV进行每个点局部放电量的测试，并与老练时预先测试的几个代表性点进行比较，以确认本次耐压试验对GIL设备无破坏性影响。经各相关单位讨论，加压方案最终确定如图2：
图2 GIL耐压试验加压方案示意图
首次GIL试验严格按照上述加压方案实施，按A/C/B相顺序进行，每相在加压至老练电压318kV（15min）、500kV（3min）时均通过，最终在从500kV升至592kV的过程中电源空开跳闸，未能通过试验。过程和结果如表2：
表2 #2机GIL各相耐压试验数据和结果
3、GIL首次试验后的处理与分析
在GIL耐压试验过程中，为了有效全程监测，同时防止无关人员闯入，在安全距离警戒外，每隔50米左右安排1人监听是否有异常声响等。根据现场A/B/C各相实际出现的情况，结合可疑部位解体检查以及后续处理的结果，此次耐压试验失败讨论分析如下：
A相：首次A相虽加到耐压值592kV，但只保持了10秒。考虑到G2气室一处预测点局放值8.9pC（合格标准≤10pC，出厂合格标准≤5pC），而其余预测点的值均在3pC左右，怀疑此处有异常。解体检查后发现一类似锡箔的异物，尺寸大小3mm×2mm×0.5mm，清除异物重新清洁，恢复连接及气室处理后，第二次进行耐压试验，结果耐压试验和局放测试均顺利通过。据此判断正是由于该异物造成首次试验失败。
经分析有三种可能导致出现异物：（1）GIL在车间完成测试后进入末道工序，采用支撑小车支撑导体，然后封装运输盖板。异物可能随支撑小车进入GIL壳体，或者是密封运输盖板清洁不够。经核查厂家车间，类似异物未证实是生产中用到的物品或包装材料所致，唯一可能性是操作人员工作服粘上了片状异物。（2）现场安装清洁不足或者环境管控不够导致。如GIL壳体的对接法兰面、支撑小车或导体吊绳没有彻底清洁导致对接过程中异物被带进GIL内部。（3）现场回路电阻测量时，异物随测量电阻夹子或测量线进入GIL内部。
B 相：首次耐压B相在升压至580kV时试验电源开关跳闸，且跳闸时发现电科院携带的试验仪器——励磁变压器损坏。但据监测人员反馈，全路径的GIL周围均未听到明显放电声。随后对包括G1和G2气室的各接口位置和波纹管进行解体检查，结果并未发现任何放电痕迹及其它异常。鉴于拆卸的范围已经足够大且试验设备突然损坏，初步判定安装无异常，怀疑隔离变本身问题。恢复原状后留待下次进行耐压试验。
考虑到GIL的单相电容量已经较大，根据励磁变压器本身的容量，计算380V侧的满载额定电流Ie=Pe/√3Um=300/(√3*380)=0.456kA，已经超过试验电源的空开400A，而之前已经进行了A、C两相试验，励磁变压器已经运行了一个多小时。加上试验电源取自现场施工临时电源，纹波系数较大易受其他大功率施工设备影响，稍微有点波动就达到或超过试验设备保护的电流极限值。另外试验过程中，有段时间所加电压在500kV以上，突然跳闸失电会产生瞬间过电压，容易使被试品或试验设备损坏，这也是为何《GB/T 16927.1 高电压试验技术 第一部分》明确规定试验结束后不得突然切断电源的原因。经分析计算，第二次试验更换了新的励磁变压器，同时将上游电源空开换为630A，拉设了两条同规格动力电缆并接供电，结果通过，因此认为首次是试验设备原因导致B相误判放电。
C相：首次耐压C相出现贯穿性放电且听到清脆的放电声音，对可疑区域进行解体检查时确实发现绝缘盆子有放电痕迹，同时发现该区域GIL底部有一块3～4mm大小的铝屑。更换处理、恢复安装后，再次进行592kV耐压试验和318kV局放测试，全部通过。故首次试验失败是因绝缘盆子表面污损以及铝屑异物的存在导致。
绝缘盆子污损只能是异物的原因，由于放电痕迹明显，异物已被灼烧，具体何种异物已无法分辨。分析来源有三种可能：（1）该绝缘盆子法兰面是与另一根GIL对接的，在对接前密封圈需要更换并清洁，同时密封槽清洁后涂上M111油脂以确保密封圈粘上不脱落，那么对接过程中有可能密封圈曾脱落在绝缘盆子上留下油脂，或者密封槽上的M111油脂因涂抹不当直接掉落在绝缘盆子上而没有被发现处理。（2）安装现场GIL的对接法兰面、支撑小车或支撑导体的吊绳没有彻底清洁、检查到位，导致异物进入并吸附在绝缘盆子表面上。（3）现场回路电阻测量时，异物随测量电阻夹子或测量线带入GIL内部，在充气过程中飘落至绝缘盆子上。
另外分析铝屑异物的来源，根据形状来看，原因可能有二：（1）GIL的螺纹孔边缘棱角在与对侧带绝缘盘法兰的对接过程中，受其不锈钢双头螺栓端头撞击而产生并掉下铝屑，然后对接面合上时未发现而遗留。（2）运输盖板的螺纹孔受到法兰双头螺杆的撞击而产生铝屑，再加上GIL安装过程中清洁疏忽而遗留。
4、总结GIL安装的管控和提升措施
根据上述原因分析，可以得知GIL首次耐压试验未通过的根本原因是——异物遗留。再结合现场实际，运用头脑风暴法，总结出GIL异物产生的原因可能有：（1）GIL廊道灰尘飘入管母；（2）廊道盖板上方及缝隙落物；（3）安装工人遗留的部件材料；（4）管母制造运输过程遗留的碎屑；（5）天气炎热人员流淌的汗水凝结盐粒；（6）夏天夜晚的飞蛾蚊虫等。为此在该核电站后续的GIL安装及改造过程中，制定了如下管控改进措施。
在GIL安装前，厂家技术代表和现场负责人对所有参加安装人员进行专业培训和技术交底，熟悉安装对接流程。需加强安装现场的环境控制，期间全程禁止可能产生大量灰尘的施工，如砌筑抹灰等。考虑到该核电站在南方沿海地区，可能遇到台风、酷暑、持续降雨等恶劣天气，要遵守厂家温、湿度的要求规范。一般来说，尽量选择晴朗天气，避免阴雨天安装，风速大于3级时停止作业。炎热天气夜晚不安排加班对接GIL，现场使用的临时照明加装防虫罩网，以防蚊虫异物。各级安装及QC人员需全过程跟踪，及时发现每个环节可能存在的异物引入或遗留风险。
为了提升安装整体工艺水平，在制造、运输、存储、开箱、清洁、对口、封闭、测量回路电阻、试验加压等各个环节制定了一整套标准要求和工序，汇总如下：
厂家制造：加强GIL在工厂末道工序后、包装出厂前的清洁工作，内容包括：（1）尽量杜绝GIL内壁细小毛刺和导体接口轻微划痕，再进行一遍细致检查；（2）导体支撑小车及连线彻底清洁，确保无异物附着在上面，然后再移进母管支撑导体；（3）GIL法兰对接面和运输盖板彻底清洁并检查合格后，再端部封板充氮气；（4）所有这些操作检查均记录在表格上，签字确认可追溯。
运输存储：GIL装箱时，务必使每根GIL牢牢固定在包装木箱内，装车后每个包装箱也需绑扎固定，不会因车体震动而偏移。车辆路上运输时，根据路况合理控制车速。到现场后如果能很快安装，建议拉到现场直接开箱、吊运。如果需要存储一段时间，按厂家要求的存储条件放入仓库。如遇长期潮湿天气，每3个月左右开箱一次对连接螺杆螺栓涂抹凡士林保养，防止锈蚀。
对接安装：GIL开口准备对接时，制订如下规则：（1）现场开箱后，对出厂时的内壁及绝缘子细小毛刺、母线导体接头处的轻微划痕共同确认后，用细目砂纸打磨并擦拭干净。（2）安装人员戴医学手套，采用厂家提供的专用擦拭纸蘸上异丙醇清洁导体、绝缘子及法兰面，确保各部件表面干净。（3）在把支撑小车拉出后，采用大功率吸尘器通过加长杆再次清洁内壁，用强光手电筒照射目测检查。（4）对接前彻底清洁绝缘盆子、法兰对接面、双头螺杆及母管螺纹孔，尤其是密封圈内外侧多余的M111油脂，以免掉落GIL内部。（5）严格按照安装规程使用专用销定位，起吊时不断精准调整对接面，使螺纹孔与对侧的双头螺杆中心对齐，且两侧法兰的上下左右间隙一致，避免双头螺杆与对侧螺纹孔边缘撞击产生铝屑，对接面两侧均站人观察。（6）全部检查确认GIL对接面内部无异物后，相关安装负责人、技术人员、厂家服务人员和质量控制QC人员在记录表上一一签字。
测量回路电阻：测量前，用擦拭纸蘸上无水酒精彻底清洁回路电阻测试夹和测量线。测量完毕后，再次通过吸尘器清洁GIL测量点的内壁，以防进入异物。
试验加压：（1）当试验电压升到老练电压318kV时，仔细倾听声音，并选取部分绝缘盆子处的GIL对局部放电进行初测，若值偏高，则停止试验等待分析。（2）如果318kV试验通过，在升至592kV的过程中格外注意，如发现异常声响则立即停止，等待解体处理。（3）如果加压过程中发生试验电源突然跳闸，不要继续操作，断电检查全部试验设备，并了解外部电源的情况，再决定下一步行动。
另外根据本次原因分析的经验反馈，后续创新推广以下良好实践：（1）使用专用防尘袋，对GIL绝缘盆子开口处进行专用包裹。（2）协助承包商制作门式运输小车和对口支架，可以灵活移动调整，简化了对接过程。（3）现场铺设塑胶地毯，每日对安装区域周边进行洒水清扫，夏天廊道内控制电风扇的使用，以防扇起灰尘。（4）设置专项无尘化作业区，存放线路导体、支撑小车、安装吊绳及工具等。（5）确保廊道内照明光线充足，尽量投入正式照明。（6）抽真空结束，在充SF6气体时加装过滤嘴网。
5、后续机组GIL安装试验的借鉴
通过对该核电站#2机组首次耐压试验的分析以及故障原因的处理，第二次再做试验时全部一次通过，期间留下了宝贵的经验反馈和良好实践。
在后续的#3～6机组GIL新安装以及#1～4机组再改造的过程中，严格落实上述的经验反馈和良好实践，最后耐压试验和局放测试均一次性通过，安全质量得到可靠的保证，效果显著。
参考文献
[1]张红，高电压技术【第二版】，北京：中国电力出版社，2009.
[2]GB 50150-2016 《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》，中国电力企业联合会，2016.
[3]500kV GIL线路现场测试程序，苏州：阿尔斯通高压电气开关有限公司，2013.
论文作者:周奇志
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/9
标签：耐压论文; 异物论文; 首次论文; 盆子论文; 现场论文; 清洁论文; 核电站论文; 《电力设备》2019年第6期论文;