淺析考慮環(huán)境適應(yīng)性的氣體絕緣輸電線路的研發(fā)

許宏頌

摘 要：通過(guò)對(duì)SF6氣體、SF6氣體+空氣、空氣三種方式絕緣的GIL絕緣性能、生產(chǎn)工藝及成本、使用和維護(hù)以及對(duì)大氣環(huán)境的影響分析，說(shuō)明了氣體絕緣輸電線路少用或不用SF6氣體無(wú)論從產(chǎn)品性能上或經(jīng)濟(jì)成本上都是可行的，是今后的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：氣體絕緣輸電線路 SF6 混合氣體 環(huán)境適應(yīng)性 環(huán)保

0 引言：氣體絕緣輸電線路（GIL），雖然從分類角度上看是屬于電線電纜行業(yè)，但從結(jié)構(gòu)上類似于GIS中的母線，即把導(dǎo)電體密封在充有絕緣氣體的筒體中，同時(shí)絕緣氣體具有一定的壓力，因此，此輸電線路（GIL）基本不受環(huán)境影響，具有輸電容量大、占地少、布置靈活、可靠性高、免維護(hù)、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠在一些場(chǎng)合替代架空線和高壓電纜的使用。隨著人們生活的提高，人們對(duì)環(huán)境的美觀有了更高的要求，電力設(shè)備特別是傳統(tǒng)的輸電線路對(duì)環(huán)境的美觀造成了一定的影響，而GIL可架空可埋地下，基本對(duì)景觀沒(méi)有什么影響。

近年來(lái)歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家都對(duì)GIL進(jìn)行了研發(fā)，并且有產(chǎn)品運(yùn)行在一些電力工程中。中國(guó)GIL起步較晚，近年來(lái)由于特大型水電站的建設(shè)以及城市電網(wǎng)容量的迅速增長(zhǎng)，超高壓、特高壓得到了迅速發(fā)展，進(jìn)一步帶動(dòng)了GIL的研發(fā)。目前，國(guó)內(nèi)外氣體絕緣輸電線路（GIL）中絕緣氣體基本上是SF6氣體，少數(shù)是SF6與N2的混合氣體，由于SF6氣體絕緣性能優(yōu)越，體積可以做得小，因此在GIL得到了廣泛應(yīng)用。

1997年京都會(huì)議，通過(guò)了溫室氣體限制方案，2005年2月16日限排溫室氣體的“京都議定書(shū)”正式生效，列入國(guó)際規(guī)定的6種溫室氣體中就有SF6氣體，SF6氣體單位氣體量對(duì)溫室效應(yīng)的影響是相當(dāng)大的，在自然界中自然分解的周期很長(zhǎng)，因此，基于環(huán)境適應(yīng)性和環(huán)保性的兩個(gè)理念，開(kāi)發(fā)具有環(huán)境適應(yīng)性的環(huán)保的氣體絕緣輸電線路是GIL今后的發(fā)展方向。

1 SF6氣體、SF6氣體+空氣、空氣三種方式絕緣的GIL絕緣性能分析比較

傳統(tǒng)氣體絕緣輸電線路采用SF6氣體或SF6氣體+空氣（N2）的混合氣體，不僅其成本比較高，而且SF6氣體對(duì)地球大氣臭氧層有很強(qiáng)的破壞作用，但SF6氣體是一種優(yōu)良的絕緣介質(zhì)，其絕緣性能在零表壓以下是空氣的3倍，為了減少SF6氣體的用量，不少科研人員進(jìn)行了大量的SF6氣體和干凈干燥空氣的混合氣體的絕緣特性和開(kāi)斷特性的研究，研究發(fā)現(xiàn)，不同比例的SF6氣體和空氣的混合氣體，隨著SF6比例的不斷減少，混合氣體的開(kāi)斷能力不斷降低，而絕緣水平降低幅度不是很大，當(dāng)混合氣體中SF6比例降到10%～20%時(shí)，仍具有較高的絕緣水平，而GIL產(chǎn)品需要解決的也只是絕緣問(wèn)題，在一定程度上，混合氣體在GIL中的使用，大大地減少了SF6氣體的使用量，同時(shí)保證了GIL的絕緣強(qiáng)度。本文提出的一種環(huán)境適應(yīng)性的氣體絕緣輸電線路是用干凈干燥的壓縮空氣或用于干凈干燥的壓縮空氣和少量SF6氣體的混合氣體取代傳統(tǒng)的SF6氣體，從而在保證絕緣強(qiáng)度的情況下，可以降低成本的同時(shí)有利于環(huán)保，壓縮空氣的工頻擊穿特性見(jiàn)圖一，圖中，S為均勻電場(chǎng)間隙寬度，Ub為均勻電場(chǎng)中壓縮空氣的擊穿電壓值，有圖可見(jiàn)，0.35MPa時(shí)，GIL中的空氣的介電強(qiáng)度就和一般的絕緣材料的介電強(qiáng)度接近了。

2 SF6氣體、SF6氣體+空氣、空氣三種方式絕緣的GIL生產(chǎn)工藝及成本分析比較

下面以550kVGIL為例進(jìn)行分析為了保證與SF6氣體有相當(dāng)?shù)慕^緣水平，SF6+空氣的混合氣體的工作壓力要提高50%左右，這樣SF6氣體+空氣混合氣體中的SF6的使用量?jī)H為純SF6氣體的30%，這樣就節(jié)省了70%的SF6氣體，從而節(jié)省了不小的材料費(fèi)，但是混合氣體壓力的提高，從外殼制造工藝上講，應(yīng)選用更好的材料和工藝，外殼材料的厚度要增大20%左右，增加了鋁材料的用料成本。而干凈干燥的壓縮空氣的工作壓力相比SF6氣體要提高2～3倍左右，隨著壓力的升高，殼體的厚度由SF6氣體殼體的6～7mm的壁厚增大到18mm左右因此鋁材料成本增加很多，加工工藝也復(fù)雜多了，但目前國(guó)內(nèi)的鋁加工水平已經(jīng)很高，這些工藝已經(jīng)很成熟，加工成本已經(jīng)下降很多，由于不使用SF6氣體，因此沒(méi)有了充氣氣體的費(fèi)用，但所充的干凈干燥空氣要求比較高，所以空氣的處理設(shè)備比較昂貴。

3 SF6氣體、SF6氣體+空氣、空氣三種方式絕緣的GIL使用維護(hù)分析比較

SF6氣體GIL：SF6氣體隨著壓力的升高，它的液化溫度會(huì)提高，見(jiàn)圖二，當(dāng)工作壓力在0.4MPa左右時(shí)液化溫度在-35℃左右，因此在寒冷地區(qū)，防止SF6氣體液化后喪失絕緣能力是個(gè)重要的問(wèn)題，目前SF6設(shè)備一般有二種防液化的方法：最常用的方法是對(duì)SF6氣體加熱，提高SF6的溫度，其次是在保證絕緣能力的前提下降低SF6的工作壓力。SF6氣體GIL補(bǔ)氣和回收比較容易。

SF6+空氣的混合氣體GIL：SF6+空氣的混合氣體具有較強(qiáng)的耐寒性，雖然總工作壓力提高了，但是降低了SF6的分壓力，也就是降低了工作溫度的下限，從而降低了混合氣體的液化溫度。混合氣體的GIL比較大的問(wèn)題：第一是回收分離的問(wèn)題，第二是補(bǔ)氣時(shí)兩種氣體比例控制的問(wèn)題。

干凈干燥空氣的GIL：具有較強(qiáng)在耐寒性，補(bǔ)氣方便，由于是空氣，所以不需要回收氣體。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)SF6氣體、SF6氣體+空氣、空氣三種方式絕緣的GIL的分析，雖然SF6氣體具有優(yōu)良的絕緣性能，但也有不足的地方：一是對(duì)大氣環(huán)境產(chǎn)生影響，二是低溫容易液化，三是SF6氣體價(jià)格較高，而SF6氣體+空氣的GIL由于只少量使用SF6氣體，因此對(duì)環(huán)境的影響已大大降低，也不存在低溫液化的問(wèn)題，缺點(diǎn)是回收分離困難和筒體價(jià)格增大的問(wèn)題；純空氣絕緣的GIL由于壓力高，對(duì)筒體的要求比較高，因此筒體的材料和加工成本較高，綜上，目前SF6氣體+空氣的GIL和干凈干燥的空氣的GIL是比較環(huán)保的GIL，開(kāi)發(fā)價(jià)格適中的、環(huán)境適應(yīng)性的氣體絕緣輸電線路是今后GIL的發(fā)展方向。