淺析氣體絕緣金屬封閉輸電線路的應用現狀及發展動向

許宏頌

【摘 要】本文首先歸納介紹了國內外氣體絕緣金屬封閉輸電線路GIL發展的現狀，接著詳細介紹了三種不同絕緣介質GIL的現狀并闡述了因環保意識增強而帶來的絕緣介質發展趨勢的變化，同時還分析了工程中兩種不同的內部導體的布置結構特點及產品小型化提出的發展動向變化，最后總結了工程應用中應用比較普遍的三種敷設方案的特點和應用環境。

【關鍵詞】絕緣介質；布置結構；敷設方式

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的，其外殼是接地的，結構上類似于氣體絕緣金屬封閉開關設備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，全世界范圍內的GIL輸電線路的總長已達數百公里，在我國國內也有大量工程的使用案例。但是遺憾的是，國內至今只有極少數幾個廠家能夠提供工程所需要的GIL產品，其中有的還是用GIS的母線段來代替的，真正能夠生產符合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研制開發工作已經引起國內電力設備制造廠家、用戶的廣泛關注，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的工程應用現狀及相應的發展動向。

一、GIL絕緣介質氣體的應用現狀及發展動向

（一）以SF6氣體作為絕緣介質的GIL：

該類GIL采用的絕緣介質是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，屬于第一代產品，于1972年由美國AZZ的CGIT公司首先生產。至今第一代產品已經有數百公里的使用案例，而且運行質量可靠。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、環境負擔比較重，因此隨著世界環保意識的加強，尋求SF6氣體的替代氣體已經是迫在眉睫。

（二）以SF6-N2混合氣體作為絕緣介質的GIL：

為了解決環保問題，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，該類GIL屬于第二代產品，并于2001年2月在瑞士日內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備，SF6-N2混合氣體絕緣介質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境帶來的環保壓力。雖然理論上混合氣體的回收已經不是問題，只要增添專門的回收設備，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的GIL

該類GIL還處于試制和研發階段，應屬于第三代環保型GIL。國家電網公司在《國家電網公司“十二五”及中長期科技發展規劃戰略研究--一次設備智能化關鍵技術專題報告》中提出了發展環保型壓縮氣體絕緣管道輸電技術的概念，并認為環保型壓縮空氣管道輸電技術的發展對構建堅強智能電網具有重大的戰略意義。報告中所指的環保型壓縮氣體就是被視為最為理想的環保型氣體的壓縮空氣或者是其主要組成部分氮氣N2。國內已有部分科研院所和企業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依托，投入了大量的資金和人力，積累了很多寶貴的經驗。

采用環保型氣體作為GIL的絕緣介質是產品發展的大方向、大趨勢，這也是我們科研院所、設計單位、制造廠家及運行部門的一致觀點?？赡芤愿咂焚|壓縮空氣作為絕緣介質的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展，環保意識的增強，產品的社會效益會更加明顯，也會越容易被接受。

二、GIL內部導體布置結構的應用現狀及發展動向

GIL根據內部導體與接地外殼的布置結構的不同，可以分為分箱式和共箱式兩種結構。但是由于分箱式結構的GIL結構設計相對簡單，內部絕緣容易控制，因此在現階段工程應用中幾乎全是分箱式GIL。

所謂分箱式結構的GIL，是指GIL的三相通流鋁導體分別裝在三個不同的接地鋁合金外殼中，每一相的內部通流導體分別與同相的接地外殼同軸布置。該類GIL結構簡單，絕緣設計可以根據同軸圓柱電場來設計計算，該結構的電場不均勻系數一般在1.7以上，亦即接地鋁合金外殼內徑與內部通流導體外徑最佳比值取自然常數e（e=2.71828）。該結構設計經驗較為成熟，現在AZZ、西門子、日本提供產品的都是屬于該類分箱式GIL。

所謂共箱式結構的GIL，是指GIL的三相通流導體封閉在一個接地鋁合金外殼中，三相通流導體成等邊三角形與接地鋁合金外殼中心軸線120°布置，此類結構內部絕緣支撐的電場計算較為復雜，對絕緣制品的設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約空間；同時，該結構GIL減少了外殼法蘭連接處的施工量，減少了可能產生泄漏點的連接密封面的數量。隨著共箱式GIS母線筒工程應用的經驗積累，絕緣制品生產工藝水平的不斷提高，在126kV、252kV電壓等級GIL中采用共箱式結構將會有助于推進GIL設備的小型化，這也將是GIL的又一次跨越，又一次進步。endprint

三、GIL敷設方式的應用現狀及發展要求

根據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安裝方式，環境的適應能力強。

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，可以用現代隧道掘進技術挖掘小型隧道，亦可以與城市其它公用設施、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，工程建設將創下諸多之最，意義重大，建成后將成為華東特高壓交流環網合環運行的“咽喉要道”和控制性工程。

一種是直埋敷設方式，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。在土壤中，GIL被連續錨固。而且直埋后，在地面上可以植被草木作為城市綠化帶，很適合于城市內部的電力線路設計方案。該方案多應用于環境景觀要求要求較高的場所、或城市內部。

還有一種是戶外架設方式，該方式適合于在線路架設走廊不夠、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省很大空間，而且可以靈活布置。GIL可以采用鋼支架架設在地面混凝土的支墩上，可任意高度走向，合適的架設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工程應用的越來越多，GIL的敷設方式也越來越多樣，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劃要求，包括景觀、道路等。

四、結束語

通過四十多年的運行經驗證明，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、適用與惡劣環境的特點越來越突出，GIL作為電能傳輸的一種有效選擇方案，工程應用已經越來越多。當然隨著環保意識的加強、設計水平的提高，GIL將會不斷地朝著小型化、低損耗、高可靠、綠色環保的方向發展。

【參考文獻】

[1]GB/T22383-2008 額定電壓72.5kV及以上剛性氣體絕緣輸電線路[S]

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[3]高凱，李莉華《氣體絕緣輸電線路技術及其應用》[J] 中國電力，第40卷第1期endprint