500 kV 氣體絕緣金屬封閉輸電線路在泗涇變電站的應(yīng)用

張 磊，陳芯蕊，張景鋒

(1. 華東電力設(shè)計(jì)院，上海200001;2. 上海市電力公司 電網(wǎng)建設(shè)公司，上海200002)

0 引言

氣體絕緣輸電線路(Gas Insulated Transmission Line，GIL)源于SF6絕緣的金屬封閉母線，是一種采用SF6氣體或SF6和N2混合氣體絕緣、外殼與導(dǎo)體同軸布置的高電壓、大電流電力傳輸設(shè)備。

GIL 技術(shù)的研發(fā)始于20 世紀(jì)60 年代，1970年開始在世界范圍內(nèi)投入使用，距今已有40 余年的歷史［1～2］。目前，500 kV 及以上電壓等級(jí)GIL在我國已有多處應(yīng)用，如南方電網(wǎng)天生橋水電站、廣東嶺澳核電站、廣東湛江奧里油電廠、大連紅沿河核電站、廣東臺(tái)山核電站、云南糯扎渡水電站、浙江三門核電站、浙江瓶窯變電站、河北張河灣抽水蓄能電站、上海練塘變電站、上海泗涇變電站等的500 kV GIL 以及青海拉西瓦水電站的750 kV GIL［3］。

1 工程概況

1.1 上海電網(wǎng)現(xiàn)狀

上海電網(wǎng)是華東電網(wǎng)的重要組成部分，處于華東電網(wǎng)的受端位置，是華東地區(qū)乃至全國負(fù)荷密度最高的負(fù)荷中心。2011 年7 月4 日上海電網(wǎng)最高負(fù)荷已達(dá)到24 129 MW［4］。目前上海電網(wǎng)存在的主要問題有:

(1)電力供應(yīng)滯后于電力負(fù)荷增長(zhǎng)的速度，高峰季節(jié)電網(wǎng)備用容量嚴(yán)重不足。

(2)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對(duì)薄弱，輸配電能力不足。中心城區(qū)電網(wǎng)供電能力無法滿足負(fù)荷持續(xù)增長(zhǎng)的需求。

2008 年泗涇變電站(2 ×1 000 MVA +2 ×750 MVA)已經(jīng)無法滿足地區(qū)負(fù)荷的供電需求，且已經(jīng)達(dá)到最終規(guī)模。為加強(qiáng)上海電網(wǎng)主網(wǎng)架，增強(qiáng)上海電網(wǎng)可靠性，本工程配合練塘變建成練塘～漕涇和練塘～泗涇通道，此通道將是淮滬輸電工程建成后向上海電網(wǎng)負(fù)荷中心送電的必要條件，本工程投產(chǎn)后上海電網(wǎng)西南形成練塘～泗涇～南橋～漕涇～練塘的雙環(huán)網(wǎng)，同時(shí)上海東南部大截面外半環(huán)(泗涇～練塘～漕涇～南匯～顧路)也全部形成，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)堅(jiān)強(qiáng)可靠，也有利于葛滬直流增容改造。

1.2 泗涇變電站設(shè)計(jì)方案

泗涇變電站位于泗涇鎮(zhèn)張施村內(nèi)，泗涇鎮(zhèn)政府于2003 年規(guī)劃了張施小區(qū)作為本鎮(zhèn)工業(yè)區(qū)開發(fā)及高壓線下村民的動(dòng)遷安置基地，但隨著動(dòng)遷居民以及來滬人員的增加，小區(qū)規(guī)模逐步擴(kuò)大，日益迫近泗涇站預(yù)留的線路走廊，見圖1。本期工程原設(shè)計(jì)泗涇站擴(kuò)建2 回500 kV 練塘出線從500 kV配電裝置第4，5 串西側(cè)架空出線引至線路同塔雙回終端塔，再繞向站址圍墻南側(cè)進(jìn)入規(guī)劃線路走廊。由于當(dāng)?shù)孛癖妼?duì)高壓線路意見強(qiáng)烈，情緒不穩(wěn)，若再次動(dòng)遷勢(shì)必遇到巨大阻力，為維護(hù)世博會(huì)期間社會(huì)的和諧穩(wěn)定，同時(shí)考慮到線路施工的諸多困難，最終調(diào)整原設(shè)計(jì)線路出線方向。將原設(shè)計(jì)西側(cè)出線的2 回練塘線采用GIL 管道延伸至500 kV 配電裝置南側(cè)，通過新增構(gòu)架向南架空出線，詳見圖1。采用GIL 后工程量的增減見表1。根據(jù)概算，增加的動(dòng)態(tài)投資為2 070 萬元，減少的動(dòng)態(tài)投資為1 045 萬元。凈增加的動(dòng)態(tài)投資為:2 070 －1 045 =1 025 萬元。

圖1 出線方案比較示意圖Fig．1 Comparison of outgoing scheme

表1 采用GIL 后工程量的變化Tab．1 Change of project guantities after adopt GIL

續(xù)表

2 泗涇變電站GIL 的特點(diǎn)

2.1 主要參數(shù)

泗涇變電站GIL 為河南平高東芝產(chǎn)品，其主要參數(shù)如下:額定電壓550 kV;雷電沖擊耐受電壓1 675 kV;操作沖擊耐受電壓1 300 kV;1 min工頻耐受電壓740 kV;額定頻率50 Hz;額定電流6 300 A;額定短時(shí)耐受電流63 kA (3 s);額定峰值耐受電流160 kA;單位長(zhǎng)度單相損耗206.6 W/m;殼體外徑570 mm;壁厚8 mm;電容50 pF /m;電感0.22 μH /m;導(dǎo)體尺寸150 mm (內(nèi)徑)/ 180 mm (外徑);套管爬電距離17 050 mm;SF6氣體壓力0.5 MPa;年漏氣率不大于0.5%;單相母線凈重73.3 kg/m;單相最長(zhǎng)距離181 m。

2.2 氣室劃分及LCP 柜的設(shè)置

氣室按照單相長(zhǎng)度均分，每相設(shè)置7 個(gè)氣室，單個(gè)氣室平均長(zhǎng)度約25 m。這種劃分方式可方便地將單個(gè)氣室內(nèi)的SF6氣體全部裝入SF6氣體回收裝置自帶的300 L 儲(chǔ)氣罐內(nèi)，便于設(shè)備維修和氣體管理。為滿足監(jiān)控要求，泗涇站GIL 的每個(gè)氣室單獨(dú)配置了帶溫度補(bǔ)償?shù)臍怏w密度繼電器、壓力表、充氣閥。對(duì)于LCP 柜的設(shè)置考慮了兩個(gè)方案:

方案1:在GIL 端部設(shè)置一個(gè)LCP 柜。電纜分組就地引下，通過地面新建電纜溝匯集到LCP柜，再接至控制室。該方案接線簡(jiǎn)單，所需LCP柜數(shù)量少，若合理選擇LCP 柜位置還可節(jié)省大量二次電纜。但是該方案需在地面新建電纜溝約200 m，且新建電纜溝的路徑必須與GIL 路徑一致，這將對(duì)站內(nèi)原有設(shè)施(如水工管道、照明電纜、水平地網(wǎng)、站內(nèi)道路、遠(yuǎn)景設(shè)備預(yù)留空間等)造成較大影響。

方案2:在GIL 兩端各設(shè)一個(gè)LCP 柜，電纜沿GIL 本體向兩端匯集，不經(jīng)過地面，僅需新增約40 m電纜溝用于LCP 柜與控制室之間的電纜敷設(shè)。經(jīng)過比較最終選擇方案2，LCP 柜的位置見圖4。

2.3 伸縮節(jié)設(shè)置

GIL 伸縮節(jié)一般分為兩種。第1 種:硬伸縮節(jié)。見圖2，不具備溫度補(bǔ)償作用，用于吸收安裝誤差并便于拆卸。硬伸縮節(jié)最明顯的特征是注好氣后固定螺栓不能松動(dòng)。

圖2 硬伸縮節(jié)結(jié)構(gòu)Fig．2 Configuration of fixed expansion joint

第2 種:自平衡式熱伸縮節(jié)。見圖3，除了有第一種伸縮節(jié)的作用外，當(dāng)周圍的溫度發(fā)生變化，GIL 產(chǎn)生熱脹冷縮時(shí)，伸縮節(jié)可以補(bǔ)償GIL 熱脹冷縮的部分。其特點(diǎn)是增加設(shè)置了可調(diào)節(jié)螺栓。GIL 安裝好抽真空前需把伸縮節(jié)處所有螺栓緊固住，此時(shí)伸縮節(jié)不具備溫度補(bǔ)償作用，注氣完成后，把調(diào)節(jié)螺絲松開，此時(shí)中間的波紋管是自由狀態(tài)，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，伸縮節(jié)就可以補(bǔ)償GIL 熱脹冷縮的部分了。

圖3 自平衡式伸縮節(jié)結(jié)構(gòu)Fig．3 Configuration of self-adjusting expansion joint

泗涇變電站GIL 的單段長(zhǎng)度較長(zhǎng)，最大單相長(zhǎng)度約為181 m，熱伸縮成為必須克服的技術(shù)問題。本站GIL 采用了固定支架與滑動(dòng)支架相結(jié)合，并加裝伸縮節(jié)的方式來吸收熱脹冷縮和施工誤差。在固定支架處，GIL 本體被緊固在支架上，不能沿母線方向移動(dòng)，這樣GIL 的熱伸縮量就被限制在各個(gè)分段之間。每?jī)蓚€(gè)固定支架之間(除拐角處)設(shè)置一個(gè)自平衡式伸縮節(jié)，用以吸收該段內(nèi)的GIL 熱伸縮量。

3 工程中遇到的主要問題

3.1 地基處理

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，所址區(qū)②3 灰色粉砂在Ⅶ度地震條件下為輕微～中等液化，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》 (GB50011 －2001)4.3.6 條規(guī)定要求全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且對(duì)基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理。首期工程中，采用碎石樁加固地基處理，在本期工程中，因?qū)Ь€及旁邊間隔的設(shè)備均已安裝完成，無法使用碎石樁加固地基。因此采用鉆孔灌注樁，樁截面尺寸為φ600 mm，樁長(zhǎng)28 m，共計(jì)增加42 根樁。經(jīng)計(jì)算，打樁后新建基礎(chǔ)可滿足制造廠“任意相鄰兩塊預(yù)埋件的沉降差不大于2/1 000，所有預(yù)埋件沉降差值不大于20 mm”的要求。

3.2 GIL 的布置及安裝

由于可利用的站內(nèi)空間有限，泗涇變電站GIL 采用三相分體雙層布置，底層GIL 中心線至地面高度4 450 mm，層間距1 080 mm。這種布置方式的優(yōu)點(diǎn)是可以節(jié)約占地面積，不影響站內(nèi)檢修、維護(hù)通道。由于屬擴(kuò)建工程，GIL 的路徑上有很多雨水井、水工管道、已建構(gòu)架基礎(chǔ)以及遠(yuǎn)景出線設(shè)備的預(yù)留位置等，因此GIL 支架位置的選取需要電氣、結(jié)構(gòu)、水工等多個(gè)專業(yè)的配合，而且要符合制造廠伸縮節(jié)的設(shè)置要求，甄選后確定的平面布置見圖4。

為減少母線停電時(shí)間并考慮到原有母線構(gòu)架強(qiáng)度不夠，設(shè)計(jì)考慮在500 kV 配電裝置南側(cè)圍墻內(nèi)和1 m 母線架構(gòu)外側(cè)新建一榀兩跨出線架構(gòu)，見圖4，新建構(gòu)架進(jìn)一步限制了GIL 的可用空間。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地查看并測(cè)量，通過反復(fù)的方案比較，最終采用GIL 穿越原有出線構(gòu)架A 字柱的辦法解決了這一問題。穿越A 字柱的空間校核見圖5。GIL 的安裝一般從一端開始，逐段組裝，由于A 字柱下部空間狹小，同時(shí)穿過兩回共6 根GIL 管道存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，為減小組裝過程中的累積誤差，確保GIL 順利穿過原有出線構(gòu)架A 字柱，泗涇變電站GIL 的組裝從A 字柱處開始向兩端方向進(jìn)行。

圖4 GIL 平面布置圖Fig．4 Layout of GIL traversing outgoing frame

圖5 GIL 穿越出線構(gòu)架A 字柱空間校核Fig．5 Checkout of space for GIL

4 GIL 的應(yīng)用前景

GIL 的主要優(yōu)點(diǎn)有:

(1)電氣性能與架空線路相似，可以節(jié)省在架空線路接口處的額外開關(guān)設(shè)備［5］。

(2)傳輸容量大，損耗低［6］。

(3)安全防護(hù)性好，氣體泄漏率低，且無絕緣老化問題［7］。

(4)運(yùn)行維護(hù)工作量小，基本不檢修，試驗(yàn)驗(yàn)證壽命可長(zhǎng)達(dá)50 多年［8］。

(5)占地空間小，敷設(shè)方便靈活［9］。

目前GIL 制造技術(shù)已日漸成熟，國內(nèi)外的多個(gè)工程的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，也證明了GIL 在高電壓、大容量、長(zhǎng)距離輸電領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)。GIL 敷設(shè)方式的靈活性在很大程度上彌補(bǔ)了其柔性不足的缺點(diǎn)。隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，城市電網(wǎng)負(fù)荷增長(zhǎng)與輸電走廊占地巨大的矛盾將日益突出，GIL 以其傳輸容量大、占地面積小、環(huán)境友好、現(xiàn)場(chǎng)施工方便、運(yùn)行穩(wěn)定可靠性高的特點(diǎn)為解決上述矛盾提供了一種可行的方案［10］。隨著其經(jīng)濟(jì)性的提高，GIL 必將在今后的工程中獲得更為廣泛的應(yīng)用。

5 結(jié)論

500 kV 泗涇變電站擴(kuò)建練塘1，2 線采用GIL管道向南出線的方案，對(duì)地方規(guī)劃影響小，GIL出線采用雙層布置后，雙回出線最大寬度僅為2.88 m，無需新征地，不影響今后兩回備用線高架出線，不牽涉到控制和保護(hù)的改造。該方案雖然增加了當(dāng)期工程的投資，但是線路避開了站址西側(cè)的居民區(qū)，解決了西側(cè)出線走廊征地困難的問題，保證了練塘～泗涇線路工程的正常實(shí)施。

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