GIS设备外壳法兰密封与通流能力研究

汪全虎 范志远 陈欣

【摘 要】为了明确SF气体绝缘金属封闭开关设备（简称GIS设备）外壳流通能力对于法兰结构设计的要求，本文分析了影响外壳法兰结构的因素，主要研究了GIS设备的法兰密封性能和通流能力。对于GIS设备的外壳法兰结构进行了合理的要求。谨以此文抛砖引玉，共相关从业者研究。

【关键词】GIS设备;密封结构;法兰结构

GIS设备对于连接法兰的要求较高，不仅应具有良好的密封性能，还要保障设备外壳与外壳之间的流通性，对于这种要求，《电网设备技术标准差异条款统一意见》中提出“关于GIS外壳法兰跨界要求”意见：“全封闭组合电器的外壳法兰片间应采用跨接线连接，并应保证良好通路”我们可以将该建议解释为，GIS的金属法兰片与GIS设备壳体之间的连接处应该安装绝缘橡胶圈并且注胶。否则可能出现链接不牢靠的情况，也不能保障接地通路的完整性和安全性。企业对于设备使用的担心不无道理，如果GIS金属法兰片与壳体之间发生接触不良的情况，会对电站运行起到严重的影响，例如：壳体感应电流发热会引起漏气事故的出现。

要保证GIS设备外壳拥有良好的密封性能以及流通性能，可以采取使用大量金属环绝缘盆子的方式，这样法兰片与壳体设备的链接面不仅能做到紧牢固，也能保证其电阻需求，不需要另外使用跨接接地线，使设备设计更加简洁，也更为美观。

1保障GIS设备通流能力

GIS设备要求外壳接地通路完备，因此，必须保障GIS设备外壳之间的流通性能的良好。

1.1接触电阻

壳体法兰包括了静接触和面接触两种连接形式的接触，相对于其他形式的电接触形式稳固且可靠。

接触电阻分成收缩电阻和表面膜电阻两个种类，无论什么形式的接触，最终的接触只发生在在某些突出的点上。收缩电阻就是电流收缩集中通过这些点时产生的附加电阻。

法兰接触面的材质通常为铝，其表面氧化膜的电阻率极高。然而法兰连接由于螺栓固定，螺栓与设备的接触面积较大，造成铝材质表面氧化膜断裂，起不到表面膜电阻应有作用，法兰起到作用为金属连接。

以接触电阻式为例，直径为0.5m、用24只螺栓拧紧固定的壳体法兰，估算出的电阻在1μΩ以内，拥有着良好的沟通能力。

1.2实验要求

GIS设备流通能力必须需要进行温升试验、短时耐受电流实验以及峰值耐受电实验进行验证。

在GB 7674——2008《额定电压72.5kV及以上气体绝缘金属封闭开关设备》标准中规定，单向GIS设备温升试验中通过电流应为额定电流，而短时间耐受与峰值耐受实验中，实验回路的布置要求实验外壳中应有全部的返还电流。

为了达到这一标准，在实验过程中，需要用金属法兰将GIS设备的外壳与内导在一段进行连接，实验电流应该加载在另一端的导体设备外壳上，以达到形成回路的目的。在实验过程中设备外壳应耐受与内导相同的额定电流，并且保证温升不大于30K。只有实验条件标准严格，才能减少误差，验证GIS设备的通流能力。

1.3跨接线设置

为了满足GIS设备的通流要求，实验设备中对于导流能力较差的零件，必须使用跨接线进行设计，为保障设备的流通性，需要采用纯铜材质的跨接线，进行软连接或者硬连接，跨接线的导流截面积能够通过来进行表述。

在GIS在设备运行过程中会产生与运行相当的感应电流，在外壳设备电阻较大的位置，尤其波纹管、可拆单元、无金属圈的盆式绝缘子等零件位置，溫升较高，甚至会出现过温升大于100K的现象，因此，跨接线的安装要格外注意。

安装跨接线一般采用多条对称的形式，根据不同零件的不同性质，可以适当的增加或减少跨界线的用量，例如波纹管的材质为不锈钢，金属材质本身具有一定的通流性质，因此，在计算安装跨接线时，可以取用0.5左右的系数。

2保障设备外壳的密封结构

GIS设备外壳的密封性能对于设备的使用有着至关重要的影响，GIS设备外壳的密封能出现问题，很大程度上会造成气体泄漏等事故，而根据数据统计表示：历年来，由于气体泄漏导致的设备故障能够达到总故障量的22%左右。

因此，在进GIS设备设计时，合理的密封结构是设计核心要素之一。GIS设计结构为静密封，材料选择上一般选用压缩率为25%的密封圈，密封槽形状一般为矩形。

目前在市面上，GIS设备有两种典型密封结构被广泛运用。一种特点在密封面与连接界面安插过渡台阶，让密封面与法兰连接面形成不同的区域。拧紧螺栓压紧外壳法兰接面，能够形成一种电接触面，再利用过渡台阶高度与尺寸的差异，让密封面留有0.2mm的分离间隙。

另一种密封结构相对简单，在密封面与法兰连接中不设过渡台阶，不分割区域，但相对加宽法兰连接的宽度大致1倍左右，形成较深的密封环面，在螺栓拧紧后，密封环面和外连接面能够压实压紧也形成电接触面。这样的密封结构，也保证在密封区域存在法兰分离间隙。

通过上述两种密封结构的分析，我们能总结出：在设计密封结构时，除去选用合理的密封槽与密封圈外，也应该注意密封区域和连接区的合理设计，既要保证在螺栓拧紧后，密封圈能够压紧，也要保证外壳的通流性能。

3安装

在静密封结构中，密封胶的使用大量存在。密封胶的功能是协助密封圈改善密封环境，另外还能够隔绝空气，防止金属密封面或者法兰生锈的现象出现。但由于密封胶的绝缘性，为保障GIS设备外壳的通流性质，针对法兰密封面设计了导胶槽。在螺栓拧紧后，密封胶通过特殊的注胶螺栓注入，由于在螺栓拧紧后，法兰面已经形成了电接触回路，密封胶能够如预期一样进入导胶槽，接面电阻不会受到影响。

在安装过程中，要注意一下几点：法兰面以及密封零件的完好、法兰面及密封零件的表面干净、密封圈与密封槽尺寸吻合、在密封时进行精准定位、在法兰面和密封圈接触后，法兰面不能有滑动现象、以及固定螺栓时必须对称使法兰面受压均匀。只有做到安装时注重细节、定位精准，才能就能够使法兰密封面稳固。

4结束语

GIS设备外壳数量多，施工难度大，要求所有的设备均使用跨接线连接是不现实的。在连接法兰结构时，要注重密封性质和通流性质，因此，关于GIS设备外壳的法兰结构设计应该更加合理。

参考文献：

[1]南方.GIS设备外壳法兰密封与通流能力研究[J].高压电器，2015，51（02）：112-115.

基金项目：

项目来源：国网浙江省电力有限公司群创项目5211MR190002

（作者单位：123国网浙江省电力公司检修分公司）