浅析气体绝缘金属封闭输电线路的应用现状及发展动向

　　【摘要】本文首先归纳介绍了国内外气体绝缘金属封闭输电线路GIL发展的现状，接着详细介绍了三种不同绝缘介质GIL的现状并阐述了因环保意识增强而带来的绝缘介质发展趋势的变化，同时还分析了工程中两种不同的内部导体的布置结构特点及产品小型化提出的发展动向变化，最后总结了工程应用中应用比较普遍的三种敷设方案的特点和应用环境。
　　【关键词】绝缘介质；布置结构；敷设方式
　　气体绝缘金属封闭输电线路（英文缩写是GIL）已成为远距离大容量输电线路的经济解决方案，其绝缘至少部分绝缘是通过不同于大气压下的空气的绝缘气体实现的，其外壳是接地的，结构上类似于气体绝缘金属封闭开关设备GIS中的母线。GIL具有传输容量大、损耗小、电容小、占地少、可靠性高、适用于恶劣环境的特点。GIL在国外于十九世纪七十年代在美国开始运行，至今已有四十多年的历史，全世界范围内的GIL输电线路的总长已达数百公里，在我国国内也有大量工程的使用案例。但是遗憾的是，国内至今只有极少数几个厂家能够提供工程所需要的GIL产品，其中有的还是用GIS的母线段来代替的，真正能够生产符合GBT223832008《额定电压72。5kV及以上刚性气体绝缘输电线路》标准规定GIL的厂家就更少了。由于国外品牌如AZZ、西门子、阿尔斯通等单位的GIL成本相对较高，近年来，GIL研制开发工作已经引起国内电力设备制造厂家、用户的广泛关注，都渴望能有本国品牌的GIL可以选用。在此，通过此文介绍下气体绝缘金属封闭输电线路GIL的工程应用现状及相应的发展动向。
　　一、GIL绝缘介质气体的应用现状及发展动向
　　（一）以SF6气体作为绝缘介质的GIL：
　　该类GIL采用的绝缘介质是SF6气体，充气压力一般在0。4MPa左右，主要是因为SF6属于强负电性气体，具有优良的绝缘性能，可以很大程度的缩小GIL的外壳体积，属于第一代产品，于1972年由美國AZZ的CGIT公司首先生产。至今第一代产品已经有数百公里的使用案例，而且运行质量可靠。由于GIL常用于长距离输电线路，在工程中SF6气体用气量较大，气体价格成本比较高、环境负担比较重，因此随着世界环保意识的加强，寻求SF6气体的替代气体已经是迫在眉睫。
　　（二）以SF6N2混合气体作为绝缘介质的GIL：
　　为了解决环保问题，德国的西门子公司率先采用SF6N2混合气体作为GIL的绝缘介质，该类GIL属于第二代产品，并于2001年2月在瑞士日内瓦机场线路改造工程中得以运用。西门子420kVGIL采用的SF6N2混合气体比是1：4，充气压力约为0。7M而法国EDF公司400kV的GIL试验线路采用的SF6N2混合气体比是1：9，充气压力为0。8Mpa。对于GIL这样用气量比较大的设备，SF6N2混合气体绝缘介质的使用在很大程度上减少了SF6的用气量，极大程度地减少了可能给环境带来的环保压力。虽然理论上混合气体的回收已经不是问题，只要增添专门的回收设备，利用SF6气体液化温度较高（临界温度为45。6度）的特点，可以很容易的将SF6与N2分离而使SF6得到回收。但是，对于提炼SF6分压力比较低的混合气体中的SF6，分离回收的经济性将不是很理想，因此SF6还期待更好的解决方案。
　　（三）采用干燥压缩空气作绝缘介质的GIL
　　该类GIL还处于试制和研发阶段，应属于第三代环保型GIL。国家电网公司在《国家电网公司十二五及中长期科技发展规划战略研究一次设备智能化关键技术专题报告》中提出了发展环保型压缩气体绝缘管道输电技术的概念，并认为环保型压缩空气管道输电技术的发展对构建坚强智能电网具有重大的战略意义。报告中所指的环保型压缩气体就是被视为最为理想的环保型气体的压缩空气或者是其主要组成部分氮气N2。国内已有部分科研院所和企业单位正在进行该项工作，且已取得明显进展，如维龙集团旗下的维龙（镇江）电工研究院和维龙（永安）电气有限公司，以俄罗斯全俄列宁电工研究院为技术依托，投入了大量的资金和人力，积累了很多宝贵的经验。
　　采用环保型气体作为GIL的绝缘介质是产品发展的大方向、大趋势，这也是我们科研院所、设计单位、制造厂家及运行部门的一致观点。可能以高品质压缩空气作为绝缘介质的GIL要想得到用户的普遍接受还需要很长的路要走，但是我们相信随着社会的发展，环保意识的增强，产品的社会效益会更加明显，也会越容易被接受。
　　二、GIL内部导体布置结构的应用现状及发展动向
　　GIL根据内部导体与接地外壳的布置结构的不同，可以分为分箱式和共箱式两种结构。但是由于分箱式结构的GIL结构设计相对简单，内部绝缘容易控制，因此在现阶段工程应用中几乎全是分箱式GIL。
　　所谓分箱式结构的GIL，是指GIL的三相通流铝导体分别装在三个不同的接地铝合金外壳中，每一相的内部通流导体分别与同相的接地外壳同轴布置。该类GIL结构简单，绝缘设计可以根据同轴圆柱电场来设计计算，该结构的电场不均匀系数一般在1。7以上，亦即接地铝合金外壳内径与内部通流导体外径最佳比值取自然常数e（e2。71828）。该结构设计经验较为成熟，现在AZZ、西门子、日本提供产品的都是属于该类分箱式GIL。
　　所谓共箱式结构的GIL，是指GIL的三相通流导体封闭在一个接地铝合金外壳中，三相通流导体成等边三角形与接地铝合金外壳中心轴线120布置，此类结构内部绝缘支撑的电场计算较为复杂，对绝缘制品的设计和制造提出了相对较高的要求。但是该类GIL不仅可以减少外壳材料的使用量进而降低制造成本，而且其小型化的体积，也使得安装施工更加节约空间；同时，该结构GIL减少了外壳法兰连接处的施工量，减少了可能产生泄漏点的连接密封面的数量。随着共箱式GIS母线筒工程应用的经验积累，绝缘制品生产工艺水平的不断提高，在126kV、252kV电压等级GIL中采用共箱式结构将会有助于推进GIL设备的小型化，这也将是GIL的又一次跨越，又一次进步。endprint
　　三、GIL敷设方式的应用现状及发展要求
　　根据GIL的具体运用场所的不同，GIL可以采用三种完全不同的敷设安装方式，环境的适应能力强。
　　一种是隧道安装方式，在城市、山脉或海底可以采用隧道安装，可以用现代隧道掘进技术挖掘小型隧道，亦可以与城市其它公用设施、或光缆共用隧道。隧道安装方式包括隧道、斜井和竖井等安装方式，便于投运后的维护和检修。我国淮南南京上海工程输电线路在江苏的过江方式采用GIL综合管廊工程，该管廊工程采用隧道方式过江，工程建设将创下诸多之最，意义重大，建成后将成为华东特高压交流环网合环运行的咽喉要道和控制性工程。
　　一种是直埋敷设方式，直埋式GIL的外壳在外面要罩上一个多层的聚合物护套，作为防腐措施。借助金属外壳的弹性弯曲度，GIL可以灵活的与地形相适应。在土壤中，GIL被连续锚固。而且直埋后，在地面上可以植被草木作为城市绿化带，很适合于城市内部的电力线路设计方案。该方案多应用于环境景观要求要求较高的场所、或城市内部。
　　还有一种是户外架设方式，该方式适合于在线路架设走廊不够、或线路交叉的情况下采用，与电缆及架空线路相比都可以节省很大空间，而且可以灵活布置。GIL可以采用钢支架架设在地面混凝土的支墩上，可任意高度走向，合适的架设高度和支架间距可以保证人员和交通车辆从其下方通过。
　　因此，随着GIL工程应用的越来越多，GIL的敷设方式也越来越多樣，但是无论采用哪种工程施工方法，在满足施工要求的同时，还要满足城市整体的规划要求，包括景观、道路等。
　　四、结束语
　　通过四十多年的运行经验证明，气体绝缘金属封闭输电线路（GIL）传输容量大、电容小、损耗少、可靠性和安全性高、适用与恶劣环境的特点越来越突出，GIL作为电能传输的一种有效选择方案，工程应用已经越来越多。当然随着环保意识的加强、设计水平的提高，GIL将会不断地朝着小型化、低损耗、高可靠、绿色环保的方向发展。
　　【参考文献】
　　〔1〕GBT223832008额定电压72。5kV及以上刚性气体绝缘输电线路〔S〕
　　〔2〕宋邦申，浅谈气体绝缘金属封闭输电线路（GIL）的发展趋势〔J〕《电器工业》2010年第03期
　　〔3〕高凯，李莉华《气体绝缘输电线路技术及其应用》〔J〕中国电力，第40卷第1期