三相共箱GIL輸電技術在110 kV線路安全隱患整改中的應用

常青　欒玉恒　李麗　曲春杰　李新強　何守英

摘 要 提出將110 kV架空線路改造為三相共箱GIL敷設的方案。介紹三相共箱GIL輸電技術的結構特點和優勢，給出了工程設計方案、GIL管道在線監測系統原理與功能以及現場交接試驗項目。經過隱患整改，提高了供電線路的可靠性、安全防護性，實現了110 kV供電的本質安全。

關鍵詞 110 kV輸電線路 三相共箱GIL 隱患整改 本質安全

中圖分類號 TM75? ?文獻標識碼 B? ?文章編號 1000?3932（2023）02?0256?06

某110 kV變電站中，3回110 kV線路分別為華集線和永華線2路專線以及1路樂興線T接線，其中1路110 kV單回架空線路下掛1回35 kV線路。

110 kV輸電線路進變電所架空區域跨越兩處廠區的公共管廊，導致110 kV輸電線路的安全距離低于GB 50545—2010《110kV～750kV架空輸電線路設計規范》規定的最低離地安全距離。因此，在該處管廊作業或者巡檢時會有觸電的風險；如果該處輸電線路斷裂掉落在管廊，還存在管廊管線內可燃物著火的危險，故有較大的安全隱患；同時架空輸電線路距離一級重大危險源液化烴罐區距離較近，也存在一定的安全風險。為消除安全隱患實現本質安全，對110 kV架空線路進行改造優化是十分必要的，為此筆者將110 kV架空線路改造為三相共箱GIL敷設，以實現110 kV輸電線路的本質安全。

1 三相共箱GIL結構特點

氣體絕緣金屬封閉輸電線路（Gas Insulated Metal Enclosed Transmission Line，GIL）由殼體、導體、三支撐等部件組成，具有輸電容量大、損耗低、占地小、布置靈活、可靠性高、安全防護性好、免維護、壽命長及環境影響小等優點。三支撐采用環氧樹脂材料，起支撐導體和絕緣的作用。殼體采用高導電率、耐腐蝕的鋁合金管材，內部充有絕緣性能優良的SF6氣體。每個GIL單元內部包括3根導體，導體采用較高導電率的鋁合金管材。GIL單元由直段單元、轉角單元、隔室/補償/可拆卸單元及套管單元等組成，采用標準模塊化設計，標準化程度高，工程應用方便，轉角單元可實現90～179°的角度變化，工程適用性強。

2 三相共箱GIL的優勢

三相共箱GIL相對分相GIL的優勢包括以下5點：

a. 降低關鍵部件質量風險。在同等質量水平下，三相共箱的關鍵部件數量為分相的1/3，產品故障概率可降低至33%。

b. 縮短安裝工期。本項目若采用分相GIL結構，則共計750個單元，而采用三相共箱結構，則為240個單元，以一個工作面每天安裝9個單元計算，安裝周期可以減少57天，可大幅縮短安裝周期。

c. 降低運行損耗、響應“碳達峰”。三相共箱GIL內部導體呈品字形布置，三相導體對筒體產生的感應電流相互抵消，外殼渦流損耗較小，運行損耗大幅降低，損耗比分相結構降低34%。

d. 占用空間小。采用三相共箱GIL相對于分相GIL可節約50%的空間，可大幅降低土建成本。

e. 運維費用低。二次元件的壽命大約10年，三相共箱GIL所需的二次監測傳感器數量約為分相的1/3，故可減少約67%的運維費用。

3 工程設計

整體GIL工程設計總路徑約710 m，雙回GIL共約1 596 m。整個GIL按照ASME B31.1動力管道柔性設計，GIL管道在溫度、地震、重力及內壓等工況下的應力均在許用應力之下，保證使用的可靠性。

3.1 GIL管道斷面設計

GIL管道下方的通過尺寸不小于2 500 mm，兩回GIL管道間距800 mm，如圖1所示。

長距離跨路、跨管廊共計3處，采用桁架支撐GIL管道，跨越高度分別為8、12 m。

3.2 跨化工管廊、跨路設計

筆者所提跨化工管廊處的設計方案如圖2所示，其中桁架跨距為22.7 m，跨越12 m高的化工管道和道路。

跨路設計方案如圖3所示，最長桁架跨距為27 m（兩處），跨越路邊大范圍的地下管道及道路。

3.3 直段布置

直段布置方案如圖4所示，根據路徑走勢，長直線段一般100 m左右，在水平或垂直拐彎處設置一組角向伸縮節，通過角向伸縮節的角度偏轉來吸收長直段的熱脹冷縮。角向伸縮節原理如圖5所示。

3.4 GIL管道氣室設計

整體GIL氣室共劃分成16個。單個氣室的氣體回收時間小于3 h，氣室設置得合理既可以達到快速檢修的目的又可以合理降低工作量，能夠很好地平衡氣室大小和檢修時間的沖突。同時，配合帶有變送器的密度繼電器還可以將氣室的密度、溫度同步傳輸到控制室，方便監控及運維。

3.5 接地設計

所有外殼均采用多點接地方式，其截面應能承受長期通過的最大感應電流和接地短路電流。氣體絕緣金屬封閉輸電線路宜設置專用的接地母線。所有外殼接地引線應直接接在接地母線上。接地母線與地網連接線截面應按最大單相短路電流的70%進行選擇。接地電極的設計應考慮系統中所處位置的最大接地故障電流、故障持續時間和土壤電阻率，同時考慮在安裝及故障情況下可能出現的機械應力，接地電極的材料應做防腐處理。在短路情況下，外殼上會有電壓降。為將此電壓保持在安全范圍內以確保人身安全，將GIL與主接地網連接，并沿著GIL單元長度方向上進行周期性接地。

3.6 接口設計

GIL管道北端采用套管和架空線連接，南端通過套管及架空線和GIS套管連接。

4 GIL管道在線監測系統

4.1 SF6微水密度在線監測系統

SF6微水密度在線監測系統（圖6）負責長期在線監測SF6氣體的密度、溫度及其變化趨勢，當氣體密度下降或微水含量超標時會發出報警信號。氣體密度報警值由GIL廠家設定，運行時微水含量小于500 μL/L。同時，GIL本體也裝有密度繼電器，顯示溫度補償后的SF6氣體壓力。

4.2 GIL管道位移在線監測系統

GIL管道位移在線監測系統（圖7）中的位移傳感器用于監測GIL運行過程中GIL殼體的熱脹冷縮位移情況，監測點的位移實時在計算機顯示，當位移超過設定值時發出報警信號，由運維檢修人員處理。

4.3 GIL管道故障定位在線監測系統

GIL發生內部故障時會產生超聲信號，GIL管道故障定位在線監測系統通過壓電式超聲波傳感器采集故障電弧放電時產生的超聲波信號，通過尋找最大幅值的超聲信號或是測量兩個傳感器之間的時延來確定故障位置，從而可以快速定位并開展檢修工作。GIL管道故障定位在線監測系統原理如圖8所示。

5 現場試驗項目及要求

為了確認GIL在經過運輸、儲存、現場安裝或調整等過程后是否存在損壞、各個單元是否兼容、裝配是否正確等，GIL安裝后應按照DL/T 304—2011《氣體絕緣金屬封閉輸電線路現場交接試驗導則》以及GB/T 22383—2017《額定電壓72.5 kV及以上剛性氣體絕緣輸電線路》的要求進行現場交接試驗，現場試驗項目及要求見表1。

6 結束語

110 kV三相共箱GIL項目的設計、設備制造、土建施工、現場設備安裝、現場試驗和設備投用僅用了4個月時間，利用全廠裝置大檢修期間進行現場施工，僅用30天時間便完成了全部設備安裝、試驗及投運工作。該項目于2022年5月正式投運，目前運行狀況良好。該項目使用的110 kV三相共箱GIL線路供電技術，為石油化工行業供電線路的安全隱患整改提供了一種新型輸電方式，極大地提高了廠區內的輸變電安全性及可靠性，實現了供電線路的本質安全。

（收稿日期：2022-09-14，修回日期：2023-02-13）

作者簡介：常青（1986-），工程師，從事石油化工儀表自動化專業技術管理工作，lnshcq0701@163.com。

引用本文：常青，欒玉恒，李麗，等.三相共箱GIL輸電技術在110 kV線路安全隱患整改中的應用［J］.化工自動化及儀表，2023，50（2）：256-261.