SF6替代氣體技術及其在GIL中的應用與發展

安德寶 馮加坤 李濤

摘?要：科技在不斷發展，社會在不斷進步，我國綜合國力顯著加強，該文從SF6替代氣體技術的發展入手，總結了國內外在SF6混合氣體和新型環保絕緣介質的相關研究。在此基礎上，回顧了氣體絕緣輸電管道的發展以及SF6替代氣體技術在GIL中的應用。結合最近的SF6替代氣體和GIL技術的發展近況，分析和探討了GIL應用的相關問題。從GIL發展的歷史可以看出，隨著SF6/N2混合氣體技術的不斷成熟，第二代GIL（即SF6/N2混合氣體的GIL）獲得了成功的商業應用。新型環保絕緣介質一直處于積極探索之中，Alstom公司和ABB公司推出的C4F7N和C5F10O引起了廣泛關注。雖然Alstom公司在420kV的GIL上進行了C4FK混合氣體的性能測試，但由于其溫升特性較差仍較難用于GIL中。因此，新型環保絕緣介質的GIL仍處在實驗室研究階段。但是，隨著新型環保絕緣介質研究力度的不斷增強以及GIL工程建設的不斷發展，環境友好型氣體將有可能取代SF6/N2混合氣體作為絕緣介質從而開啟第三代GIL的時代。

關鍵詞：SF6替代氣體;新型環保絕緣介質;氣體絕緣輸電管道;絕緣特性;混合氣體應用

引言

隨著我國電力工業事業和經濟的迅猛發展，電力電網的裝機容量需求日益增大。我國幅員遼闊，一次能源主要集中在廣闊的西部地區和北部地區，而電力負荷中心集中在經濟較為發達的東部地區、南部地區以及華北地區，電力負荷中心和一次能源分布極不均勻，使得我國實施了諸如西電東送、南北互補等一系列重要電力工程。由于西部地區水能資源豐富，新規劃的超大型水力發電站多建于高山峽谷之中，且多將廠房將于地下，給電能輸送造成較大困難;另一方面，在地理環境復雜、強電磁干擾環境、氣候條件比較惡劣以及需要人文保護的地區，傳統的架空輸電線路和交聯聚乙稀電力電纜（XPLE）難以滿足大容量、長距離、高可靠性的特高壓輸電要求。

1氣體絕緣金屬封閉輸電線路（GIL）研究現狀

目前在全世界范圍內，73kV-1200kV電壓等級的交流GIL應用已有報道，累計敷設長度已經超過750km，但直流GIL的應用仍然鮮見報道。直流GIL和交流GIL在生產，裝配和現場運行等方面沒有多大區別，兩者之間的差異主要體現在絕緣設計上，包括導體與外殼之間構成的同軸結構氣隙絕緣尺寸的選擇，盆式絕緣子形狀和支撐絕緣子形狀的優化設計，同時還要考慮相應絕緣氣體在直流電壓作用下的絕緣性能。雖然到目前為止，直流GIL的應用仍然鮮見報道，但國內外學者對于直流GIL己開展了部分研究工作，主要側重于直流GIL中金屬導電微粒的影響和直流GIL中絕緣子表面電荷積聚。在長期直流電壓作用下，GIL中的金屬微粒將在絕緣子表面留存和積聚，并縮短絕緣子表面的沿面絕緣距離，從而降低絕緣子表面的沿面放電電壓。因此需要采取措施抑制金屬微粒，特別是絕緣子附近的金屬微粒。目前在投入運行的交流GIL中采用微粒陷阱來捕捉絕緣子附近的金屬微粒，但在直流電壓作用下，由于電場方向不變，微?？赡苤苯舆\動到導桿周圍，甚至絕緣子表面，因此在直流GIL中，抑制金屬微粒的要求更嚴格。

2SF6替代氣體技術及其在GIL中的應用與發展

2.1SF6替代氣體的化學性質研究

當發生放電或過熱故障時，SF6替代氣體同SF6氣體類似，會發生分解，生成氣體和固體分解物。一方面，故障分解物將對電氣設備的絕緣或滅弧能力造成很大威脅;另一方面，故障分解物與故障類型及嚴重程度關系密切，可作為故障識別的指標。與絕緣性能的研究相比，SF6替代氣體化學特性方面的研究較少。但是，SF6氣體的大量相關研究工作，如機理分析、分解物成因、故障識別指標和標準等，可為SF6替代氣體的化學特性研究提供理論、實驗基礎以及實施方案參考等。SF6替代氣體的化學特性及其與純SF6氣體對比的主要研究見表5。此外，EPRI在對幾十種氣體進行綜合性評估時，特別提及了氟碳氣體的碳化及其抑制的問題。表6為EPRI模擬火花放電時，幾種氟碳氣體的游離碳含量比。NIST在研究報告中指出SF6替代氣體是否可行的準則之一是實際應用中不會形成碳或其他沉積物?；烊胍种祁悮怏w，如N2、O2、H2、CO2等是降低化學沉積物含量的主要方式。以氟碳氣體為例，雖然有研究表明當抑制類氣體達到一定比例時，碳化現象將不再發生;但是在實際應用中，氟碳氣體的化學沉積現象仍未得到很好的解決，這也是氟碳混合氣體難以用于高壓電氣設備的主要原因之一。

2.2數據處理設備

（1）可擴展性。服務器通常都需要具備“可擴展性”，為了使服務器具備可擴展性，一般需要給服務器留有相應的冗余件和可擴展空間（例如、PCI插槽、磁盤陣列架位以及內存條插槽位等）。通常，服務器的可擴展性能夠在硬盤的可擴容性、CPU的可升級換代型以及系統能夠支持Linux，WindowsNT以及UNIX等主流操作系統方面有所體現，只有這樣才能滿足后期應用要求。（2）易使用性。服務器的功能要求對比PC機來說要高的多，這不僅僅指其硬件方面的配置，更多指的是其軟件系統配置的要求。服務器要滿足這么多的功能要求離不開全面的軟件系統的支撐。但隨著軟件系統的增加，又不可避免的造成服務器的性能下降，作業人員甚至無法有效操作。因此，在服務器的設計過程中，除了充分考慮服務器的可用性、穩定性外，還必須嚴格把控服務器的易使用性。（3）可用性。服務器的可用性指的是所挑選的服務器是否能滿足長期穩定工作的要求。在某些工況下，即使離開操作人員，服務器也必須能夠穩定持續的工作，這就給服務器提高了高穩定性的需求。為了保障服務器具有較強的可用性，不僅要求服務器的各配件質量優異外，還必須采取可靠的技術保障以及配置措施，例如：硬件冗余、在線診斷等。

2.3GIL絕緣氣體在線監測軟件設計

特高壓GIL在線監測軟件基于LabVIEW的平臺編制，并結合Matlab，MicrosoftOfficeAccess、花生殼軟件以及EXCEL軟件混合編程。其中LabVIEW軟件自帶支持多種儀器和多種接口的軟件驅動，是PC技術與硬件儀器的完美結合，被廣泛應用于計算機測試以及監測系統中，;Matlab數值處理效率高，作為算法編寫的主要工具;MicrosoftOfficeAccess被廣泛應用與中、小型數據庫開發，是數據庫開發的主要工具;花生殼軟件能夠實現動態域名和固定IP的綁定，從而將內網映射到外網，作為無線網絡通信的主要工具;EXCEL軟件具有出色的數據統計功能以及數據編程能力，作為技術報表的開發工具。

結語

在我國，隨著“西電東送”、“特高壓三縱三橫一環網”以及輸配電網改造升級等工程的推進，GIL的應用，尤其是直流GIL的設計與開發，面臨著新的機遇和挑戰。歸因于我國大容量遠距離輸電地區的特殊性，如高海拔、地理條件復雜、氣象環境影響因素較多等，GIL不失為有效的選擇方案，這也為GIL的發展帶來了契機和廣闊的市場。

參考文獻

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