王光明1, 牛建鸿1, 严 新1, 周清政, 张 辉

(1.西安西电高压开关有限责任公司， 西安 710018; 2.平顶山市绝缘制品股份有限公司， 平顶山 467002)

气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)广泛用于电力系统。GIS在运行时，其内部充有高压六氟化硫(SF6)气体，SF6气体是一种良好的高压设备绝缘介质，具有很高的电介质强度、出色的绝缘性能和灭弧性能。绝缘子(隔板)是GIS中使用最广泛的关键零部件，其具有良好的电性能和优异的强度，在高电压大电流导体与接地罐体之间起着隔离、支撑固定的作用[1-7]。GIS中绝缘子的重要作用之一就是把一个气室与其他气室隔离开。由于绝缘子两侧的压力不同，绝缘子必须能承受规定压力而不发生破裂。绝缘子中环氧树脂固化后为脆性材料，如果使用气体(通常为氮气或SF6)进行压力试验，气体压缩性较大会导致环氧树脂破裂后碎片飞溅造成人身伤害，因而一般使用水压代替气压进行绝缘子压力试验。绝缘子通常用环氧树脂通过浇注工艺包裹金属导体得到。在绝缘子的质量检测中，除了电性能之外，绝缘子的水压及气密性也是必检项目[8-13]。绝缘子在出厂检测时需进行水压试验和气密性试验，检测效率较低，如果能够将这两种试验合并进行，检测效率将会提升。笔者介绍了一种将水压试验与气密性试验合并进行的综合试验方法。

1 水压及气密性的检测要求

1.1 绝缘子的种类

高压电气系统中所用绝缘子按外形分为盘式绝缘子、盆式绝缘子等；按导体相数分为单相绝缘子、三相绝缘子等，如图1所示。

图1 不同种类的绝缘子宏观形貌Fig.1 Macro morphology of different kinds of insulators: a) single-phase dics insulator; b) three-phase disc insulator; c) single-phase basin insulator; d) three-phase bosin insulator

1.2 绝缘子水压及气密性的检测要求

通常按照GB 7674-2008《额定电压72.5 kV及以上气体绝缘金属封闭开关设备》通过压力试验和泄漏试验对绝缘子的水压和气密性进行检测。

GB 7674-2008将绝缘子的压力试验分为例行压力试验和型式压力试验。例行压力试验是在国家标准或行业标准下进行的出厂试验、现场交接试验或运行中的定期试验；型式压力试验是在设计完成后，对试制出来的新产品进行的定型试验，其试验项目的数量比例行压力试验项目的多且试验要求更加严格和苛刻。

GB 7674-2008对水压的例行压力试验规定：每个隔板应承受两倍设计压力的压力试验1 min。GB 7674-2008对水压的型式压力试验规定：型式试验压力应大于三倍的设计压力试验1 min。GB 7674-2008对例行水压试验、型式水压试验的升压速率规定：压力应以不超过400 Pa·min-1的速率上升直到试样出现破裂。

GB 7674-2008对泄漏试验规定：封闭压力系统在设备运行寿命期间，每年从气体绝缘金属封闭开关设备的任意单个隔室到大气或隔室间的漏气率不应大于0.5%。

2 绝缘子水压试验方法

2.1 绝缘子水压试验原理

绝缘子水压试验原理：根据GB 7674-2008，将绝缘子装入水压检测工装后，采用升压装置将压力以400 Pa·min-1的速率上升到设计压力，如果绝缘子在该压力下保持1 min未破裂，表明其符合设计要求。

2.2 绝缘子手动水压试验

升压方式采用手动升压的绝缘子水压试验称为绝缘子手动水压试验。压力以不大于400 Pa·min-1的速率上升到例行压力试验或型式压力试验对水压的要求值并在该压力下保持1 min后泄压。该试验方法的缺点为工作效率低，工作强度较大。

2.3 绝缘子电动水压试验

升压方式采用电动泵升压的绝缘子水压试验称为绝缘子电动水压试验。该试验的优点为工作效率高，工作强度较小；缺点为升压速率高且不可调节，在1 min内可将水压从0上升到2.4 MPa，会导致新问题，即升压速率远超过GB 7674-2008规定的“升压速率应不超过400 Pa·min-1”，该试验对升压速率的控制有待进一步改进。

3 绝缘子气密性试验方法

3.1 绝缘子气密性试验原理

绝缘子气密性试验原理如图2所示。将绝缘子装入气密性检测工装后抽真空，静置检测无泄漏后，充入氦气或SF6气体，检测其气密性，看是否符合GB 7674-2008对绝缘子气密性的要求。

图2 绝缘子气密性试验原理示意图Fig.2 Principle schematic of insulator air tightness test

3.2 绝缘子气密性试验

绝缘子气密性试验中常用的检漏方法包括泡沫检漏法、氦质谱技术检漏法、SF6气体检漏法等，上述检漏方法在使用时要按检漏要求的不同区分使用，以适应不同工况的要求。

(1) 泡沫检漏法。将绝缘子装在专用检漏工装上充气加压后，在绝缘子的环氧树脂与嵌件的结合面(可能发生泄漏处)涂抹肥皂水，根据是否出现气泡判断是否漏气。该方法的优点是检测结果直观可靠，缺点是工作量较大。

(2) 氦质谱技术检漏法。将绝缘子放置于氦质谱技术检漏设备中，抽真空后注入氦气，检测氦气的漏气率，检测完成后回收氦气。该方法的优点是检漏效率高、灵敏度高、性能稳定、适用范围宽，通常采用吸探头法(又称吸枪法)和护罩法，缺点是仅适用于小型绝缘子的检漏。

(3) SF6气体检漏法。将绝缘子放置于SF6气体检漏设备之中，抽真空后注入SF6气体，静置一定时间后检测SF6气体的漏气率，检测完成后回收SF6气体。该方法可分为主动式检漏法和被动式检漏法。主动式检漏法主要包括卤化物检测法、激光成像法等；被动式检漏法主要包括包扎检测法、红外成像法和传感器测量法等。GIS电力设备用SF6气体检漏一般采用激光成像法、红外成像法和传感器测量法等。SF6气体检漏法的优点是成熟可靠，缺点是充入SF6气体后必须静置10～20 h，耗时较长。

4 绝缘子水压及气密性综合试验方法

在水压工装中注入洁净的自来水，水的体积占整个工装体积的90%，将绝缘子安装在水压工装水中的最高点(接近水面处)，使随后充入的氮气集中在绝缘子金属导体与环氧树脂的结合面，放上护盖，装入水压工装绝缘子的宏观形貌如图3所示。连接相关管道及检测仪表，将水压工装的升压动力改为压缩氮气压力源，按400 Pa·min-1的升压速率将压力升至例行压力试验要求的压力，在该压力下保持1 min后，将气压调节为设计压力的1.5倍。根据绝缘子中心导体与环氧树脂结合面处的气泡情况判断绝缘子的气密性。如果在试验中绝缘子有气泡(见图4)、开裂(见图5)和异响等问题，即可判定绝缘子气密性不合格，可进一步分析故障原因加以改进。

图4 试验中产生气泡的绝缘子宏观形貌Fig.4 Macro morphology of insulator with air bubbles in the test

图5 试验中开裂的绝缘子宏观形貌Fig.5 Macro morpholgy of insulator cracked in the test

该试验方法中，氮气集中在绝缘子金属导体与环氧树脂的结合面，气体体积仅占到工装总体积的1/10，避免了绝缘子破裂后大量压缩气体冲击环氧树脂碎片而造成人员伤害。氮气由空气分离得到，因而不存在SF6气体使用不当造成的大气污染以及温室效应等问题。此外，对水压要求相同的绝缘子，可通过气压分接接头连接2～3件绝缘子同时进行试验，提高了工作效率。虽然绝缘子水压及气密性综合试验方法无法和氦质谱技术检漏法、SF6气体检漏法一样进行准确的定量分析，但可对绝缘子的漏气缺陷进行定性检测，通过近4 a(年)的实践观察，该试验方法可同时满足对绝缘子的水压及气密性的检测要求。

5 结论

采用绝缘子的水压及气密性综合试验方法，将绝缘子水压试验和气密性试验合并为一次试验，提高了检测效率，缩短了生产周期，实现了绝缘子质量检测的安全、环保和节能。

建议结合使用自动控制系统进行自动升压调控，并采用计算机控制摄像头进行自动拍摄并将试验记录存入计算机以便查询。