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1、浅谈气体绝缘金属封闭输电线路（GIL ）设备的应用 摘要 气体绝缘封闭输电线路因其输送容量大、可靠性高，在核电和水电输电系统中得到广泛应用。 关键词 气体绝缘封闭输电线路、结构、接口设备、应用0 引言气 体 绝 缘 金 属 封 闭 输 电 线 路 , 简 称 GIL （ Gas Insulated Metal Enclosed Transmission Line ）。自从 1972 年 GIL 投入商业运行以来，已经在世界范围内得到广泛的应用。这种超高压输电方式布置紧凑、输送容量大、可靠性高，为长距离输电系统提供了理想的选择。1GIL 的应用与常规电缆系统和架空输电线路相比，GIL 输电容量大
2、，布置紧凑而灵活，有效的电磁屏蔽，运行可靠而安全，使其在某些特定的使用环境和条件下，具有技术优越性。 GIL 适用于电压等级为110kV 及以上，载流量可达5500kA 的输电系统。1.1 GIS变电站的线路连接架空线路与变压器之间的连接；GIS 变电站扩建。1.2变电站扩建穿越已有的空气绝缘母线或架空线路。1.3优化电厂布置多台变压器的出线共用一回 GIL ，可压缩变电站规模，减少开关设备数量；若地下空间有限，可地面以上布线，以拓展通道；比架空线路占用工期短，可迅速投运。1.4优化水电站布置GIL 沿竖井敷设，将地下电站能送上地面；多台变压器共用一回 GIL 出线，减少出线数目，从而缩小出线
3、洞洞径，减少土建投资；GIS 变电站布置在地下，可以减少出线截面积，并降低被山上塌石击毁的风险。1.5输电线路如需新增入网回路，可从现有的输电线路下方穿越输电线路移入地下，少占地而且美观。2 GIL系统设计SF6 GIL适用于3 相、 50Hz 或 60Hz 的电力系统，其分段组装和试验在工厂内完成，最大段长18m。弯管段按其发货要求在厂内预组装，其弯折角为89至 179，用来改变线路走向，更灵活地减少布线总长，为系统设计提供了选择余地和经济的布1置方案。此外， GIL 还有预组装过的 T 型管段，便于连接分支回路及其他系统元件，如 SF6 避雷器及电压互感器。每一相 GIL ，均由接地铝合金
4、导体组成，外壳与导体同心布置，导体支架为已被证明可靠的环氧树脂绝缘子。为了提高可靠性，在每个绝缘子支架处，以及在每个管道母线的最低点，都设有导电颗粒吸附器，使管道母线设施适应恶劣条件，并具有长期的可靠性。导电颗粒吸附器是国外GIL 产品的专有设计。在安装、运行及维护方面， GIL 管节较长，尽量减少安装时的对接次数，以能降低其运行期的漏气风险。专用的导体插接组件提供了大电流，低损耗的电气路径。安装结束之后，GIL 的维护可大为简化，只需每年查验SF6 气体的湿度和压力，并检查线路的受力组件。并且，GIL 设备内部不包含容易磨损的活动部件或开关元件，故管道内部不必检查或维护；在长达50 年的使用
5、期内，可以长期、可靠、低成本运行。3 结构3.1构件描述GIL 管道母线输电回路，基本上由三条并联的离相管道母线组成，输电导体与外壳为同心结构。输电回路的每一相均由接地合金铝外壳和内置管状合金铝导体组成，导体支架为实心绝缘子，管壳内充填SF6 气体，保持导体与外壳的电气绝缘。管道线路的每一段，均可采取不同形状的母线段：直管段、弯管段、T 型段或交叉段。一个母线段组件，通常配有一个固定式绝缘子，以固定管壳内的导体；如母线段较长，会加配一个或几个活动式绝缘子，其沿管壁移动，以适应导体的热胀冷缩。固定式绝缘子的材质为环氧树脂，有两种形式：三支柱式和锥形。带有滤清器的锥形绝缘子，可作拦污板使用；气隔绝
6、缘子把母线管道阻隔成许多个单独的气腔。安装过程中，导体的连接方式为插接，外壳可对焊拼接，亦可法兰连接。法兰盘的密封件为双层密封环；安装完毕之后，管道接缝须做气密性检验。如果地下铺设管道，接缝处应加涂防腐保护材料。3.2三支柱式绝缘子绝大多数情况下， GIL 管道母线采用三柱式绝缘子来支撑导体。这种绝缘子先是直接铸塑在铝质套管上，然后再把套管固定在导体上。在每个三支柱绝缘子的周围，布置了 Tri-Trap 导电颗粒吸附器，以提高系统的可靠性。活动式三支柱亦牢牢地固定在导体上，但它下方两只脚上装有滚珠，可沿管壁作低磨擦移动。它上方那只支脚的端部装有弹簧压紧的铜 - 石墨接触元件，使 Tri-Tra
7、p 导电颗粒吸附器与外壳保持稳固的电气联系。3.3导电颗粒吸附器绝缘子均配有 Tri-Trap 导电颗粒吸附器。 导电颗粒吸附器与外壳的电气接触紧密，二者之间形成了低电势区，使得导电颗粒移动到零电势或低电势区。由于场压很低，导电颗粒会被牢牢吸附，不会飘逸而去。此外，在管道母线段的最低点，亦布置了导电颗粒吸附器，以捕获受重力作用影响而移动的导电颗粒。3.4气隔绝缘子如果需要分隔气腔，或者需要阻隔污物，可采用锥形气隔绝缘子，又称盘式绝缘子。盘式绝缘子的前后两均设有一圈导电颗粒吸附器。23.5弯管段、 T 型段和交叉段如需改变GIL 管道母线走向，或者需要多点分接，可采用弯管段、T 型段或交叉段，以
8、便形成T 型段支路，形成与SF6 避雷器、电压互感器对接的T 型连接，或者按照客户的接线方案实现T 型连接。弯管段的弯折角为79至 179 ，可以任一角度改变管路走向，使得回路设计极具灵活性。弯管段、 T 型段和交叉段的外壳为斜接，导体为专用铸造件，绝缘子靠近接头放置，将导体置于管壳中心。由于支持绝缘子布置在直管段，所以弯管段、T 型段或交叉段出厂前至少与一节直管段组装在一起，与之相临的接缝，同直管段之间的现场焊缝一模一样。3.6基础支架地上或沟内敷设GIL 的时候，需按一定的间距布置支架，以保证系统运行安全。管道母线的架设地点互有差异，其设计的细节不宜雷同，应确保支撑得当，使GIL 无论在正
9、常状况下，还是在地震等异常条件下，都能持续正常运行。基础支架上应设挡护板，以限制管道母线在地震时横向位移，并保证其位移方向正确无误。3.7导体连接设计GIL 管道母线相邻两段导体的连接，一律采用HM型压指插接组件。接触元件布置在导体插口的底部，其相邻导体的插头镀银，插头滑入插口，实现连接。这种连接方式，可为系统运行提供低电阻电流路径。3.8外壳连接设计GIL 管道母线段一般采用螺栓法兰连接，法兰盘上设有两层密封圈，以阻止 SF6 气体泄漏。内层密封圈用来维持管内的气压，外层密封圈用作环境屏障，保护内层密封圈不被氧化，从而使大修周期超过 30 年。管道母线敷设就位之后，为保障系统可靠运行，每一个
10、法兰连接处均布置了漏气观测点，以证实内外层密封圈已安装妥当。除法兰连接方式外，还可以采用全线焊接方式。GIL 母线管道的专用焊接设计，主要用于填埋布线，地上敷设在特殊使用条件下也可采用。3.9气体密度在线监测系统GIL 管道母线的气体监测装置为温度补偿式气体密度监测仪，直接安装在线路管道上。气体密度监测仪通常设有两个报警触头，分别在常态工作密度降低10%和 20%的时候发出报警信号。管道母线的额定绝缘强度，以第二级报警时的绝缘水平为设计及试验条件。每一相的每个单独气腔、均配有气体密度监测仪，偶尔也可通过旁管来监测相邻气腔。4 GIL接口设备4.1接口设计灵活多样GIL 接口设计已与多种设备实现
11、对接，与之对接的设备大多布置在GIS 变电站，这些设备产自不同的生产厂家，有ABB、日立、三菱、东芝和AREVA等设备制造厂。为使变电站设计具有灵活性，GIL厂家一般都能提供多种多样的接口设备的供货，其中主要包括以下几种：连接发电厂主变或厂用变高压侧的油-SF6 套管的连接装置；3连接变电站敞开式设备或架空线路的SF6- 空气套管；连接 SF6 避雷器和电压互感器的连接装置；连接不同GIS 设备的SF6 接口，包括断路器、隔离开关、接地开关等。无论变电站的接口设备是否由 GIL 厂家提供，一般厂家都会负责向用户提供接口的非标设计和供货。4.2 SF6-空气套管如果 GIL 终端设备为空气绝缘元
12、件，如变压器、断路器或架空输电线路，则采用 SF6- 空气套管作为过渡元件。4.3变压器接口设备GIL 用来连接发电机升压变压器或厂用变压器的时候，可以考虑成套SF6 绝缘设备，以便尽量减少布置空间。GIL与变压器的接口设备，为布置在变压器高压套管周围的 SF6 绝缘箱。5 GIL的应用范围GIL 的应用广泛，从 GIL 的连接，到发电厂升压站的优化，一直涵盖到特殊要求的长距离超高压输电线路：核电站和火电厂优化设计与布置灵活的敷设方式大容量出线回路常规水电站和抽水蓄能电站竖井布置斜井敷设平洞敷设长距离输电线路穿越另外的输电线路地下大容量输电线路变电站改造与扩建GIS 变电站改造及扩建及联络线6 结束语多年以来， GIL 产品一直被广泛选用于各种工程项目。 它的用途， 不只局限于 GIS 设施，还有以下几种专门用途：优化电厂布置穿越输电线路地下输电系统4长斜井或竖井敷设地面高架安装GIS 开关站更新改造GIS 开关站扩容或联络5
