GIL 三支撐自潤滑接地電極的研究

程偉然 馬延柯 龔咪咪 付佳佳 王 磊

（河南平高電氣股份有限公司，河南 平頂山467000）

1 概述

氣體絕緣輸電線路（Gas Insulated transmission Lines，以下簡稱“GIL”）是一種采用氣體絕緣、外殼與導(dǎo)體同軸布置的高電壓、大電流電力傳輸設(shè)備，是繼傳統(tǒng)的架空線路和地下電纜之后的新型輸電方式。GIL 具有傳輸容量大、損耗小、不受環(huán)境影響、運行可靠、節(jié)省占地、安全環(huán)保等優(yōu)點。

GIL 主要應(yīng)用在水電站電氣連接、特高壓跨江輸電（圖1）等特殊應(yīng)用場景下，取代常規(guī)架空線和高壓電纜，城市綜合管廊，應(yīng)用場景相對廣泛。

長久以來GIL 核心技術(shù)被歐美電力設(shè)備公司控制，隨著國內(nèi)GIL 市場的發(fā)展，部分工程采用了一些國產(chǎn)GIL 但是效果不太理想，設(shè)備運行中數(shù)次出現(xiàn)接地故障，對業(yè)主造成了損失，對國產(chǎn)GIL 的推廣造成了一定影響。

據(jù)調(diào)查，造成接地故障的一個原因就是GIL 用接地電極材質(zhì)問題，滑動三支撐在熱脹冷縮的過程中相對運動使接地電極產(chǎn)生了粉屑，進(jìn)而引起接地故障，或者接地電極卡滯，引起局部放電。

2.1 三支撐接地電極結(jié)構(gòu)及其作用

目前，各廠家的接地電極結(jié)構(gòu)各有特點，但是其總體設(shè)計思路一般接地電極與彈性結(jié)構(gòu)相連接，保持一定的壓緊力，以確保接地電極受到一定磨損或者筒體圓度有誤差時，接地電極能夠有效接地。三支撐接地電極是GIL 的核心零部件之一，主要作用如下：

2.1.1 避免產(chǎn)生金屬屑，特別是豎井結(jié)構(gòu)，一旦產(chǎn)生較多的金屬屑，很大幾率掉落在絕緣件上，引起接地故障。

2.1.2 避免接地電極與殼體之間卡滯，造成絕緣件受力異常，造成絕緣損傷。

2.1.3 避免接地電極損壞，避免造成微粒捕捉器或者絕緣件嵌件接地不良，進(jìn)而產(chǎn)生懸浮電位，引發(fā)局部放電故障。

圖1 蘇通1100kV GIL

圖2 滑動三支撐和接地電極結(jié)構(gòu)

2 三支撐接地電極研究

GIL 滑動式三支柱共有三個支點呈三角形布置。在筒體下側(cè)的兩個支點與筒體內(nèi)壁接觸，以較小的移動阻力在筒體內(nèi)支撐導(dǎo)體以適應(yīng)GIL 運行過程中的熱伸縮現(xiàn)象，如圖2 所示。而頂部支點外端部則設(shè)置兩處彈性電氣接點（接地電極），使得微粒捕捉裝置和三支柱絕緣子嵌件始終與筒體同電位。

2.2 目前國內(nèi)接地電極現(xiàn)狀

GIL 核心技術(shù)長期為國外企業(yè)壟斷，起自潤滑作用的接地電極同樣長期被國外企業(yè)控制且限制出口，前幾年，有部分開關(guān)廠嘗試進(jìn)行國產(chǎn)化，但是效果不甚理想，其主要原因如下：

2.2.1 國外技術(shù)壟斷，限制出口。

2.2.2 難以找到接地電極所必須的具有自潤滑材質(zhì)，一些廠家在開發(fā)過程中，發(fā)現(xiàn)選用的材質(zhì)或者是過硬損傷殼體本體；或者是材質(zhì)過軟，接地電極本身損耗嚴(yán)重；或者是材質(zhì)易脆斷裂，都嚴(yán)重影響設(shè)備自身運行安全。

2.2.3 因具有自潤滑材質(zhì)的接地電極，價格遠(yuǎn)高于普通紫銅的價格，部分供應(yīng)商為了節(jié)約成本，采用了普通銅質(zhì)的接地電極。

2.2.4 技術(shù)限制，不了解自潤滑接地電極的技術(shù)。

2.3 普通銅材質(zhì)與自潤滑材質(zhì)接地電極的對比試驗

為了徹底打破國外技術(shù)壟斷，掌握核心技術(shù)，經(jīng)過不斷技術(shù)攻關(guān)，在原材料供應(yīng)商（天津尚圣科技有限公司）的鼎力支持，經(jīng)過不斷摸索試制，最終開發(fā)成功了國產(chǎn)化的具有自潤滑作用的接地電極。通過苛刻的試驗驗證，發(fā)現(xiàn)其性能優(yōu)于進(jìn)口材料，并已經(jīng)應(yīng)用到了部分工程項目中。

另外，為了徹底了解普通銅材質(zhì)與自潤滑材質(zhì)接地電極的性能差異，針對國產(chǎn)化自潤滑材質(zhì)接地電極（及其不同含量）、普通銅材質(zhì)接地電極、進(jìn)口接地電極，性能對比試驗，試驗情況如下表1 及圖3。

表1 驗證試驗

圖3 不同材質(zhì)試驗結(jié)果圖

2.4 試驗結(jié)論

2.4.1 一般銅材質(zhì)的接地電極，在經(jīng)過20-50 次摩擦后，會產(chǎn)生大量金屬屑，嚴(yán)重威脅設(shè)備的安全運行。

2.4.2 采用了含自潤滑材質(zhì)的接地電極，可以有效解決三支撐在運動過程中產(chǎn)生的金屬屑，且不會損傷鋁殼體；但自潤滑材質(zhì)含量越高，接地電極自身磨損越嚴(yán)重，含量越高，對殼體的損傷越大，因此自潤滑材質(zhì)必須控制在一定范圍內(nèi)。

2.4.3 國產(chǎn)自潤滑接地電極可以完全取代進(jìn)口電極。

3 結(jié)論

經(jīng)過相關(guān)苛刻試驗，國產(chǎn)化的自潤滑材質(zhì)接地電極性能完全達(dá)到甚至超越進(jìn)口接地電極性能，可以極其有效解決GIL 滑動三支撐在熱脹冷縮過程中相對運動產(chǎn)生的金屬屑，最大程度的保護(hù)GIL 的安全運行。