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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