錦屏一級水電站高落差垂直豎井GIL安裝與試驗

楊曉玲

（錦屏水力發(fā)電廠，四川西昌 615000）

錦屏一級水電站高落差垂直豎井GIL安裝與試驗

楊曉玲

（錦屏水力發(fā)電廠，四川西昌 615000）

錦屏一級水電站550 kV氣體絕緣金屬封閉輸電線路（GIL）是目前國內該電壓等級下安裝海拔最高（海拔1 885 m）、垂直豎井形式、垂直安裝落差高達225 m、總長度達3 376 m、輸送容量大的工程項目。其設備布置、豎井安裝的復雜性和高難度在國內少有。介紹了其布置與結構特點、垂直豎井中的安裝方法、交流耐壓試驗，建議合理劃分SF6氣室，嚴格控制安裝工藝，安裝內置超高頻局放探頭，交流耐壓時增加老練時間等，為同類工程的設備選型及安裝提供參考。

GIL；垂直豎井；高落差；錦屏一級水電站

0 概述

GIL是一種采用SF6氣體（或者SF6和N2混合氣體）絕緣、外殼與導體同軸布置的高電壓、大電流電力傳輸設備。GIL特別適用于高山峽谷中的巨型水電站“最后一英里”傳輸，即地下廠房電站GIS與架空線之間的連接，具有其它方式無法替代的高電壓、通流能力強、可靠性高、故障恢復快、結構靈活、適應復雜環(huán)境性強、維護工作量小和絕緣長期穩(wěn)定、低電磁環(huán)境等綜合優(yōu)勢，加之與GIS組合，減少了運營成本，更提高了電站的安全可靠性[1-2]。GIL于20世紀70年代開始投入使用，GIL目前在世界上應用在最高的豎井為美國賽拉國家森林的一座電站，其垂直高度為305 m，額定電壓242 kV，額定電流為1 200 A[1，3-4]。在國內，已成功投運的拉西瓦水電站GIL額定電壓800 kV，額定電流4 000 A，垂直豎井207 m[5]；溪洛渡水電站GIL額定電壓550 kV，額定電流4 500 A，每回GIL出線由2個垂直豎井段和2個水平段組成，最長的3#引出線洞長度約640 m。

錦屏一級水電站大壩為305 m高的混凝土雙曲拱壩，總裝機容量6×600 MW，年平均發(fā)電量166.2 kW·h。電站出線電壓等級為500 kV，出線回路數(shù)4回，其中3回出線至錦屏500 kV換流站（到錦屏換流站的直線距離約為81 km），預留1回。發(fā)電機-變壓器組采用單元接線，6臺發(fā)電機分別接6組單相變壓器組，500 kV側采用4/3接線方式，經過垂直豎井550 kV GIL引出至地面。

1 錦屏一級水電站GIL結構與布置

1.1 主要技術參數(shù)

錦屏一級水電站500kV GIL由德國西門子公司設計、制造并負責安裝，其主要參數(shù)見表1。

表1 錦屏一級水電站GIL主要參數(shù)

1.2 GIL的整體布置

錦屏一級水電站GIL的布置如圖1所示。4回GIL由地下500kV GIS室通過兩個高度為225 m的垂直豎井引到地面出線場，每個引出線洞內布置2回GIL（其中GIL#1出線洞安裝出線1和出線2，#2出線洞安裝出線3和出線4（預留）。每回GIL出線共分為下平洞段（約22 m）、豎井段和上平洞段三個部分。

圖1 GIL整體布置圖

1.3 主要結構特點

（1）錦屏一級水電站GIL從結構和布置上考慮了225米的高落差垂直管道母線的機械穩(wěn)定、導體和外殼的溫升及垂直方向上溫度梯度、空載和最大負載條件下SF6氣體自重導致的隔室上下部壓差及其對絕緣性能的差異、溫度效應產生的熱脹冷縮、現(xiàn)場安裝等。GIL采用分相絕緣，外殼和導體均采用鋁合金材料，外殼采用螺旋焊接工藝，標準段長11.5 m。在出廠前對外殼焊縫做100%超聲波無損探傷。在水平段管道內設有微粒陷阱，導電微粒在電位差的作用下被誘導帶電，進入并困于陷阱內。管道內裝有內置超高頻局放探頭，用以高壓試驗時判斷設備絕緣情況及根據局放量進行故障定位。

（2）多數(shù)母線段采用標準段，標準段長度較普通GIS母線長，減少了法蘭連接面的數(shù)量，在安裝進度及母線段互換性方面有一定的優(yōu)勢。管道模塊包括：標準管道、彎頭、盆式絕緣子、伸縮節(jié)等。外殼水平段采用法蘭連接，豎直段采用焊接連接。

（3）GIL導體一端與盆式絕緣子螺接，一端與盆式絕緣子插接，導體段間的連接采用螺接方式。水平段導體長度最長段超過58 m，為了滿足制造、安裝、熱脹冷縮、基礎變化等引起的長度變化，保證導體和插接件的可靠運行，且不對與其連接的設備產生附加應力，插接連接處采取了伸縮節(jié)設計。水平段導體，除靠兩端絕緣盆子支撐外，中間采用單柱滑動絕緣支撐結構?；瑒又渭s11.5 m或23 m間隔設置一個，可在滑動支架內軸向滑動。每個豎井垂直段的底部設有固定支撐結構，承載垂直段GIL的全部重力。

（4）GIL內部充高純度SF6氣體作為內部導體和外殼之間的電氣絕緣。GIL每相共設置5個氣體隔室：垂直段2個、上平段2個、下平段1個，豎井內最長隔室長度達116 m，水平段最長隔室達151.5 m。豎井內隔室劃分能克服空載和最大負載條件下SF6氣體自重導致的隔室上下部可能出現(xiàn)的最大壓差，保證隔室各點的壓力配合。GIL垂直段SF6氣體在不同溫度及高度下壓力分布如圖2所示。與外部設備（電流互感器、套管）連接的部位，采用單獨分隔。垂直段隔室采用盆式絕緣子隔離，盆式絕緣子的強度在承受標準段導體的重量的同時還可承受一側隔室在正常壓力下運行，而另一側為真空狀態(tài)而產生的壓力差。額定設計壓力0.59 MPa，最高工作壓力(表壓)0.82 MPa，報警壓力0.56 MPa，最低工作壓力0.54 MPa。每個隔室都配備帶壓力表的溫度補償?shù)臍怏w密度繼電器和補氣逆止閥接頭。

圖2 垂直段氣體壓力分布

2 GIL垂直段的安裝

2.1 預組裝

GIL管道模塊在預組裝棚內裝配。預組裝棚分機械處理區(qū)和預組裝區(qū)2個功能區(qū)域，其內嚴格控制環(huán)境清潔度、溫濕度。機械處理區(qū)主要是對管道進行擴徑處理、切割處理等工作，預組裝區(qū)進行絕緣盆子、導體、彎頭等部件與管道進行組裝。模塊連接前，對內部導體插接頭進行清理、加潤滑劑，并組裝。然后使用帶有物料運輸卡環(huán)的運輸小車將預組裝后的GIL模塊從預組裝棚穿過上平洞運至垂直豎井井口。

2.2 管道的吊裝

豎井頂部裝1臺2.5噸的橋機1和1臺15噸橋機2，安裝布置和橋機吊裝高度要求見圖3。橋機2用于豎井底部進行焊接時和整個GIL垂直安裝段管道的提升，該橋機可沿軸線移動，可覆蓋垂直段的6相。橋機1將GIL管道通過垂直豎井一一運至豎井底部，將管道放置在運輸導軌系統(tǒng)上。管道通過導軌運輸?shù)胶附幼鳂I(yè)安裝平臺與橋機2提升的管道下端面進行焊接，安裝平臺距離豎井地面14.5 m，長7 m、寬3 m。運輸導軌大約距離平臺下方5.5 m。焊接后，橋機2將焊接后的GIL管道提升到上一個平臺進行焊口處理和探傷檢驗。

圖3 安裝過程示意圖

探傷檢驗后，橋機2將GIL管道提升一段管道的長度，以便下段管道的定位安裝，當豎井下段管道焊接完成后，然后再提升管道。在焊接管道的同時，新的管道通過橋機1吊運到運輸軌道，并運到安裝位置進行定位固定。此過程將重復進行直到GIL的垂直段安裝完成。焊接完成的GIL垂直段固定在支架上后，橋機2松開。然后橋機2移動到GIL的下一相位置，重復上述步驟。

2.3 管道的焊接

外殼垂直段采用焊接方式，采用西門子背襯環(huán)專利技術。新管道的焊接端部在預組裝棚內進行了擴徑處理。焊接之前，在新管道焊接端部裝入金屬密封支承環(huán)。金屬密封支撐環(huán)的外徑稍大于管道的內直徑，裝配后與管道內壁緊密接觸。新的管道與原管道由金屬密封支撐環(huán)定位進行對接。對接后，會形成一圈防止焊渣或其它雜質進入管道的間隙，并可防止焊縫在內表面形成尖角，保證管道焊縫的內表面規(guī)則平滑。管道對接完成后，使用自動軌道焊機鎢惰性氣體保護方式進行全自動焊接。焊接時，不需要通風系統(tǒng)，焊接處須密閉空氣，防止空氣流動。焊接完成后，每條焊縫進行探傷檢驗。

3 GIL交流耐壓試驗

在GIL還未和GIS對接，GIL常規(guī)試驗完成后，進行高壓試驗。工頻交流耐壓試驗采用變頻串聯(lián)諧振方法，分相加壓。試驗原理如圖4所示。

圖4 試驗原理圖

變頻柜FC型號為HVFP-260kW/550V；勵磁變壓器Tr為ZB-150kVA 2.5/5/10/20kV，60/30/15/ 7.5A/90min；電抗器L為HVDK-1800/300，300 kV/ 200 H/6 A/60 min，采用4臺電抗器兩兩串聯(lián)后并聯(lián)加壓；電容分壓器C1、C2為HV-1000pF/ 750kV，3節(jié)。Cx為試品電容，GIL單相的最大電容量為Cxmax=22 589 pF，最小電容量為Cxmin= 18 287 pF。

試驗設備布置在出線場，從出線套管處加壓，耐壓前每相GIL絕緣電阻值均大于200 GΩ。為更好的去除管道內部存在毛刺或少量塵埃，50 kV為一個升壓段，停留2～3 min進行老練，在350 kV電壓下對GIL進行老練凈化15 min。加壓至560 kV，持續(xù)耐壓1 min后，將電壓迅速降為0。交流耐壓時，將多個GIL內置的超高頻局放探頭信號同時引到現(xiàn)地監(jiān)控系統(tǒng)，實時監(jiān)控GIL管道內的局放情況，如圖5所示，可定性顯示管道內部局放大小及頻次。若發(fā)生高壓閃絡，可通過局放情況快速定位故障點。

圖5 局放在線監(jiān)測

局放測量時，將GIL升壓至380 kV，持續(xù)耐壓時間約60 min。每相GIL經過了足夠的老練耐壓時間，很好的消除了管道內部的毛刺、灰塵，對絕緣進行了充分的考驗。

4 結語

（1）合理劃分GIL氣室。大氣室需要使用大功率真空泵及SF6氣體回收裝置，氣體處理所需時間長?？煽紤]減小氣室長度，增加氣室數(shù)量，便于試驗過程中的故障定位及檢修維護。

（2）由于錦屏一級水電站GIL單相最長達412米，最短相長度達323 m，局部的安裝誤差有可能造成遠端較大的安裝誤差，并有可能造成與GIS對接問題，因此必須確?；A測量放點的準確性。同時，外殼配置有適量的伸縮節(jié)，來滿足溫度變化、基礎不均勻沉降和變位、制造和安裝誤差的要求。

（3）安裝過程中需嚴格控制工藝。保證預組裝棚的環(huán)境要求，預組裝階段將導體及管道內徹底清理干凈，焊接時防止金屬屑進入管母線。

（4）交流耐壓時，試驗設備應有良好的保護功能，防止閃絡時對設備的損壞。GIL安裝內置超高頻局放探頭，有利于測量局放及快速的故障定位。增加老練時間，有利于更好的燒掉管道內灰塵、毛刺等，利于GIL的長期安全穩(wěn)定運行。

［1］G.Schoeffner，T.Neumann.氣體絕緣管道輸電線和氣體絕緣組合電器在電廠中的應用［J］.電力建設，2004，25（6）：4-7.

［2］Dirk Kunze，Volker Knierim，王學剛.用于發(fā)電中心大規(guī)模電力輸送的氣體絕緣輸電線路［J］.中國電力，2007，40（9）：87-90.

［3］阮全榮，施圍，桑志強.750kV GIL在拉西瓦水電站應用需考慮的問題［J］.高壓電器，2003，39（4）：66-69.

［4］高凱，李莉華.氣體絕緣輸電線路技術及其應用［J］.中國電力，2007，40（1）：84-88.

［5］冶海廷，王亦平，馬仲鳴.拉西瓦水電站800kV GIL結構特點及安裝試驗［J］.水力發(fā)電，2009，35（11）：60-62.

Installation and Test of GIL in High Drop Vertical Shaft for JinpingⅠHydropower Station

YANG Xiao-ling
（Jinping Hydropower Plant，Xichang 615000，China）

550kV Gas insulated metal enclosed transmission line(GIL)project for the JinpingⅠhydropower station is an engineering project with the 500kV voltage level at home at present，vertical shaft，the vertical installation height 225m，total length 3376m，large transmission capacity and the maximum height above sea level.Installation in vertical shaft is more difficult and complicated at home.This paper discusses mainly its structural characteristics，field installation method in vertical shaft as well as field AC withstand voltage test. Reasonably dividing SF6chambers，strictly controlling installation procedures，Built-in Partial discharge couplers and increasing time of aging test are put forward.This project can be used for reference in the equipment selection and installation of other similar projects.

GIL；vertical shaft；high drop；JinpingⅠhydropower station

TV74

B

1009－9492(2014)05－0143－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.05.036

楊曉玲，女，1982年生，四川人，碩士，工程師。研究領域：水電站電氣一次工作。

(編輯：向 飛)

2013－11－26