淺析氣體絕緣金屬封閉輸電線路的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展動向

許宏頌

【摘 要】本文首先歸納介紹了國內(nèi)外氣體絕緣金屬封閉輸電線路GIL發(fā)展的現(xiàn)狀，接著詳細介紹了三種不同絕緣介質(zhì)GIL的現(xiàn)狀并闡述了因環(huán)保意識增強而帶來的絕緣介質(zhì)發(fā)展趨勢的變化，同時還分析了工程中兩種不同的內(nèi)部導(dǎo)體的布置結(jié)構(gòu)特點及產(chǎn)品小型化提出的發(fā)展動向變化，最后總結(jié)了工程應(yīng)用中應(yīng)用比較普遍的三種敷設(shè)方案的特點和應(yīng)用環(huán)境。

【關(guān)鍵詞】絕緣介質(zhì)；布置結(jié)構(gòu)；敷設(shè)方式

氣體絕緣金屬封閉輸電線路（英文縮寫是GIL）已成為遠距離大容量輸電線路的經(jīng)濟解決方案，其絕緣至少部分絕緣是通過不同于大氣壓下的空氣的絕緣氣體實現(xiàn)的，其外殼是接地的，結(jié)構(gòu)上類似于氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備GIS中的母線。GIL具有傳輸容量大、損耗小、電容小、占地少、可靠性高、適用于惡劣環(huán)境的特點。GIL在國外于十九世紀七十年代在美國開始運行，至今已有四十多年的歷史，全世界范圍內(nèi)的GIL輸電線路的總長已達數(shù)百公里，在我國國內(nèi)也有大量工程的使用案例。但是遺憾的是，國內(nèi)至今只有極少數(shù)幾個廠家能夠提供工程所需要的GIL產(chǎn)品，其中有的還是用GIS的母線段來代替的，真正能夠生產(chǎn)符合GB/T22383-2008《額定電壓72.5kV及以上剛性氣體絕緣輸電線路》標準規(guī)定GIL的廠家就更少了。由于國外品牌如AZZ、西門子、阿爾斯通等單位的GIL成本相對較高，近年來，GIL研制開發(fā)工作已經(jīng)引起國內(nèi)電力設(shè)備制造廠家、用戶的廣泛關(guān)注，都渴望能有本國品牌的GIL可以選用。在此，通過此文介紹下氣體絕緣金屬封閉輸電線路GIL的工程應(yīng)用現(xiàn)狀及相應(yīng)的發(fā)展動向。

一、GIL絕緣介質(zhì)氣體的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展動向

（一）以SF6氣體作為絕緣介質(zhì)的GIL：

該類GIL采用的絕緣介質(zhì)是SF6氣體，充氣壓力一般在0.4MPa左右，主要是因為SF6屬于強負電性氣體，具有優(yōu)良的絕緣性能，可以很大程度的縮小GIL的外殼體積，屬于第一代產(chǎn)品，于1972年由美國AZZ的CGIT公司首先生產(chǎn)。至今第一代產(chǎn)品已經(jīng)有數(shù)百公里的使用案例，而且運行質(zhì)量可靠。由于GIL常用于長距離輸電線路，在工程中SF6氣體用氣量較大，氣體價格成本比較高、環(huán)境負擔比較重，因此隨著世界環(huán)保意識的加強，尋求SF6氣體的替代氣體已經(jīng)是迫在眉睫。

（二）以SF6-N2混合氣體作為絕緣介質(zhì)的GIL：

為了解決環(huán)保問題，德國的西門子公司率先采用SF6-N2混合氣體作為GIL的絕緣介質(zhì)，該類GIL屬于第二代產(chǎn)品，并于2001年2月在瑞士日內(nèi)瓦機場線路改造工程中得以運用。西門子420kVGIL采用的SF6-N2混合氣體比是1：4，充氣壓力約為0.7Mpa；而法國EDF公司400kV的GIL試驗線路采用的SF6-N2混合氣體比是1：9，充氣壓力為0.8Mpa。對于GIL這樣用氣量比較大的設(shè)備，SF6-N2混合氣體絕緣介質(zhì)的使用在很大程度上減少了SF6的用氣量，極大程度地減少了可能給環(huán)境帶來的環(huán)保壓力。雖然理論上混合氣體的回收已經(jīng)不是問題，只要增添專門的回收設(shè)備，利用SF6氣體液化溫度較高（臨界溫度為45.6度）的特點，可以很容易的將SF6與N2分離而使SF6得到回收。但是，對于提煉SF6分壓力比較低的混合氣體中的SF6，分離回收的經(jīng)濟性將不是很理想，因此SF6還期待更好的解決方案。

（三）采用干燥壓縮空氣作絕緣介質(zhì)的GIL

該類GIL還處于試制和研發(fā)階段，應(yīng)屬于第三代環(huán)保型GIL。國家電網(wǎng)公司在《國家電網(wǎng)公司“十二五”及中長期科技發(fā)展規(guī)劃戰(zhàn)略研究--一次設(shè)備智能化關(guān)鍵技術(shù)專題報告》中提出了發(fā)展環(huán)保型壓縮氣體絕緣管道輸電技術(shù)的概念，并認為環(huán)保型壓縮空氣管道輸電技術(shù)的發(fā)展對構(gòu)建堅強智能電網(wǎng)具有重大的戰(zhàn)略意義。報告中所指的環(huán)保型壓縮氣體就是被視為最為理想的環(huán)保型氣體的壓縮空氣或者是其主要組成部分氮氣N2。國內(nèi)已有部分科研院所和企業(yè)單位正在進行該項工作，且已取得明顯進展，如維龍集團旗下的維龍（鎮(zhèn)江）電工研究院和維龍（永安）電氣有限公司，以俄羅斯全俄列寧電工研究院為技術(shù)依托，投入了大量的資金和人力，積累了很多寶貴的經(jīng)驗。

采用環(huán)保型氣體作為GIL的絕緣介質(zhì)是產(chǎn)品發(fā)展的大方向、大趨勢，這也是我們科研院所、設(shè)計單位、制造廠家及運行部門的一致觀點。可能以高品質(zhì)壓縮空氣作為絕緣介質(zhì)的GIL要想得到用戶的普遍接受還需要很長的路要走，但是我們相信隨著社會的發(fā)展，環(huán)保意識的增強，產(chǎn)品的社會效益會更加明顯，也會越容易被接受。

二、GIL內(nèi)部導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展動向

GIL根據(jù)內(nèi)部導(dǎo)體與接地外殼的布置結(jié)構(gòu)的不同，可以分為分箱式和共箱式兩種結(jié)構(gòu)。但是由于分箱式結(jié)構(gòu)的GIL結(jié)構(gòu)設(shè)計相對簡單，內(nèi)部絕緣容易控制，因此在現(xiàn)階段工程應(yīng)用中幾乎全是分箱式GIL。

所謂分箱式結(jié)構(gòu)的GIL，是指GIL的三相通流鋁導(dǎo)體分別裝在三個不同的接地鋁合金外殼中，每一相的內(nèi)部通流導(dǎo)體分別與同相的接地外殼同軸布置。該類GIL結(jié)構(gòu)簡單，絕緣設(shè)計可以根據(jù)同軸圓柱電場來設(shè)計計算，該結(jié)構(gòu)的電場不均勻系數(shù)一般在1.7以上，亦即接地鋁合金外殼內(nèi)徑與內(nèi)部通流導(dǎo)體外徑最佳比值取自然常數(shù)e（e=2.71828）。該結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)驗較為成熟，現(xiàn)在AZZ、西門子、日本提供產(chǎn)品的都是屬于該類分箱式GIL。

所謂共箱式結(jié)構(gòu)的GIL，是指GIL的三相通流導(dǎo)體封閉在一個接地鋁合金外殼中，三相通流導(dǎo)體成等邊三角形與接地鋁合金外殼中心軸線120°布置，此類結(jié)構(gòu)內(nèi)部絕緣支撐的電場計算較為復(fù)雜，對絕緣制品的設(shè)計和制造提出了相對較高的要求。但是該類GIL不僅可以減少外殼材料的使用量進而降低制造成本，而且其小型化的體積，也使得安裝施工更加節(jié)約空間；同時，該結(jié)構(gòu)GIL減少了外殼法蘭連接處的施工量，減少了可能產(chǎn)生泄漏點的連接密封面的數(shù)量。隨著共箱式GIS母線筒工程應(yīng)用的經(jīng)驗積累，絕緣制品生產(chǎn)工藝水平的不斷提高，在126kV、252kV電壓等級GIL中采用共箱式結(jié)構(gòu)將會有助于推進GIL設(shè)備的小型化，這也將是GIL的又一次跨越，又一次進步。endprint

三、GIL敷設(shè)方式的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展要求

根據(jù)GIL的具體運用場所的不同，GIL可以采用三種完全不同的敷設(shè)安裝方式，環(huán)境的適應(yīng)能力強。

一種是隧道安裝方式，在城市、山脈或海底可以采用隧道安裝，可以用現(xiàn)代隧道掘進技術(shù)挖掘小型隧道，亦可以與城市其它公用設(shè)施、或光纜共用隧道。隧道安裝方式包括隧道、斜井和豎井等安裝方式，便于投運后的維護和檢修。我國淮南—南京—上海工程輸電線路在江蘇的過江方式采用GIL綜合管廊工程，該管廊工程采用隧道方式過江，工程建設(shè)將創(chuàng)下諸多之最，意義重大，建成后將成為華東特高壓交流環(huán)網(wǎng)合環(huán)運行的“咽喉要道”和控制性工程。

一種是直埋敷設(shè)方式，直埋式GIL的外殼在外面要罩上一個多層的聚合物護套，作為防腐措施。借助金屬外殼的彈性彎曲度，GIL可以靈活的與地形相適應(yīng)。在土壤中，GIL被連續(xù)錨固。而且直埋后，在地面上可以植被草木作為城市綠化帶，很適合于城市內(nèi)部的電力線路設(shè)計方案。該方案多應(yīng)用于環(huán)境景觀要求要求較高的場所、或城市內(nèi)部。

還有一種是戶外架設(shè)方式，該方式適合于在線路架設(shè)走廊不夠、或線路交叉的情況下采用，與電纜及架空線路相比都可以節(jié)省很大空間，而且可以靈活布置。GIL可以采用鋼支架架設(shè)在地面混凝土的支墩上，可任意高度走向，合適的架設(shè)高度和支架間距可以保證人員和交通車輛從其下方通過。

因此，隨著GIL工程應(yīng)用的越來越多，GIL的敷設(shè)方式也越來越多樣，但是無論采用哪種工程施工方法，在滿足施工要求的同時，還要滿足城市整體的規(guī)劃要求，包括景觀、道路等。

四、結(jié)束語

通過四十多年的運行經(jīng)驗證明，氣體絕緣金屬封閉輸電線路（GIL）傳輸容量大、電容小、損耗少、可靠性和安全性高、適用與惡劣環(huán)境的特點越來越突出，GIL作為電能傳輸?shù)囊环N有效選擇方案，工程應(yīng)用已經(jīng)越來越多。當然隨著環(huán)保意識的加強、設(shè)計水平的提高，GIL將會不斷地朝著小型化、低損耗、高可靠、綠色環(huán)保的方向發(fā)展。

【參考文獻】

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[3]高凱，李莉華《氣體絕緣輸電線路技術(shù)及其應(yīng)用》[J] 中國電力，第40卷第1期endprint