干燥壓縮空氣絕緣環保型GIL的可行性探討

摘要：本文首先通過分析SF6氣體絕緣和SF6 /N2混合氣體GIL的產品特點和不足，闡述了干燥空氣絕緣GIL的必要性，緊接著重論述了干燥壓縮空氣絕緣GIL的絕緣可靠性、成本經濟性、工程可操作性在三方面的情況，最終得出了干燥壓縮空氣作為其絕緣介質是完全可行的。

關鍵詞：干燥壓縮空氣；絕緣介質；輸電線路；可行性

前言：

氣體絕緣金屬封閉輸電線路（gas-insulated metal-enclosed transmission line，縮寫是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在全世界范圍內具有多年的使用經驗，而且國內也有大量工程案例。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，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。

1、干燥空氣絕緣GIL應用的必要性

從1972年由美國AZZ的CGIT公司生產的第一代SF6氣體絕緣GIL投運以來，至今已有四十余年的使用經驗，工程運用公里數也已有數百公里之多，而且運行質量可靠。然而由于GIL常用于長距離輸電線路，在工程中SF6氣體用氣量較大，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。為了解決環保問題，德國的西門子公司率先采用SF6-N2混合氣體作為絕緣介質研發出屬于第二代GIL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。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，并減少了可能給環境帶來的環保壓力。

雖然，SF6 /N2混合氣體已經進入實用階段，但從目前的地球環境角度來看，它并不是理想的替代氣體，尋求更加環保的、天然的替代氣體將是各國電力行業研究機構的下一個追求目標。而我們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研發了采用干燥壓縮空氣作為絕緣介質的第三代環保型GIL，并取得了很大的進展。第三代產品對于絕緣介質用氣量較大的GIL產品來說，是市場需求的產物，是技術進步的產物。壓縮空氣絕緣的GIL則是完全環保的，可以大大減少產品可能給環境帶來的壓力。

2、干燥空氣絕緣GIL應用的可行性

首先，關于干燥空氣絕緣GIL的絕緣可靠性：對于僅需要利用SF6氣體的絕緣性能的產品，在利用壓縮空氣作為絕緣介質的技術上取得了很大的進步，也引起了國家相關部門以及科研單位的重視。在中壓領域沈陽華利電器集團是利用干壓空氣/氮氣作為絕緣介質最成功的單位之一，他們成功開發了12kV、24kV、40.5kV干壓空氣/氮氣絕緣的系列C-GIS；而2001年日本的AE帕瓦株式會社成功開發完成了采用干燥空氣絕緣、真空開斷，完全沒有使用SF6氣體的145kV/40kA單斷口瓷柱式真空斷路器。該公司還成功開發采用干燥空氣絕緣作為絕緣介質的72.5kV等電壓等級罐式VCB和GIS。因此，只要選擇適當的壓力和絕緣距離，電場設計的合理，高品質壓縮空氣完全可以滿足相應電壓等級下GIL所需要的絕緣水平。

其次，關于干燥空氣絕緣GIL的成本經濟性：該類GIL的絕緣介質是干燥的壓縮空氣，而壓縮空氣的氣源是普通空氣，是無成本的，是取之不盡用之不竭的，而且可以直接排放到大氣中，不需要回收處理。為了減少壓縮空氣的含水量，我們可以通過一套干燥凈化設備將壓縮空氣處理到水分含量接近于純氮的水分含量，因此，干燥后的壓縮空氣的絕緣性能將變得更優，投入也僅需要一次性投入。然而SF6氣體則是商業化經營的氣體，價格較高，而且在產品檢修時不允許排放到大氣中，對于含SF6氣體的產品在處理內部氣體時需要將內部SF6氣體通過專用回收設備或N2 /SF6混合氣體分離設備進行回收處理，額外地增加了回收、處理和儲存成本。同時，對于提煉SF6分壓力比較低的混合氣體中的SF6氣體難度將非線性增加，分離回收的經濟性將不是很理想，因此還期待更好的解決方案。因此對于GIL的絕緣氣體使用量非常之大，采用干燥壓縮空氣后的用氣成本將明顯降低，不僅具有相當可觀的經濟性，而且也將具有可觀的社會效益。

再次，關于干燥空氣絕緣GIL的工程可操作性：在新產品的研發過程中，有些技術人員也對干燥壓縮空氣絕緣GIL工程的可操作性提出了一些疑問，如有些人認為壓縮空氣絕緣的GIL充氣壓力較現有的以SF6氣體或N2 /SF6混合氣體作為絕緣介質的GIL充氣壓力偏高，要超過10個大氣壓，用戶心理上有點難以接受。其實根據我們現階段對干燥的壓縮空氣GIL研究性試驗證明，壓力僅為十幾個大氣壓，該壓力相對于燃氣輸送管道壓力低很多，而且殼體強度都是通過嚴格計算和試驗證明了的，是絕對安全的不用擔心。還有些人認為壓縮空氣在高壓力下微水量難于控制需要經常排凝露水，主要是因為他們的想法還局限于普通壓縮空氣作為絕緣介質。而干燥壓縮空氣是普通空氣經過干燥凈化處理后產生的，其水分質量要求幾乎接近于高純氮的水分含量水平，現在研制的凈化裝置干燥壓縮空氣的大氣露點可以做到低于-70?C；還有些人認為為了維持GIL內部氣體的壓力穩定需要沿著輸電線路全線設置壓氣站，但是他卻忽略了GIL完全可以根據工程需要劃分適當的氣體隔室來解決長距離的氣壓穩定問題，這樣隔室之間、隔室對外界之間都保證密封，既可以便于GIL工程的施工維護，滿足現場施工的可操作性，也可以防止產品某段出現故障時禍及其它完好氣隔單元。

通過以上三點分析，我們認為，研發干燥壓縮空氣絕緣的環保型GIL是有必要的，而且也是可行的，是符合世界環保意識總體要求的。

結束語：

干燥壓縮空氣與SF6氣體雖然在滅弧能力上存在很大的差別，在絕緣性上也有一定的差距，但是氣體絕緣金屬封閉輸電線路（GIL）關注的僅僅是氣體的絕緣性能，因此只要電場結構設計合理、充氣壓力選擇適當，干燥壓縮空氣作為GIL的絕緣介質是完全可行的。該類環保型干燥壓縮空氣絕緣的GIL環保性優良，具有良好的社會效益，亦將會是今后發展的新方向。當然干燥壓縮空氣絕緣介質的采用，還需要很多試驗以及工程實踐來驗證，通過工程的檢驗可能還會出現一些問題，但是通過對干燥壓縮空氣研究的不斷深入，經驗的不斷豐富，問題肯定會不斷的得到解決。當然任何新技術、新產品的推廣都需要一定的時間，人們對高品質壓縮空氣絕緣GIL接受也需要一個過程。因此它也需要引起我們國家及政府的高度重視，在資金和政策上給予支持和幫助。

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作者簡介：許宏頌（1968.04）男，民族：漢，籍貫：福建，職務：董事長，職稱：高級工程師，學歷：本科，研究方向：動力與電氣工程，單位：維龍（永安）電氣有限公司。endprint