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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。1 GIL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，布置紧凑而灵活，有效的电磁屏蔽，运行可靠而安全，使
2、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，从而缩小出线洞洞径，减少土建投资； GIS变电站布置在地下，可
3、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
4、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，
5、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
6、，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-Trap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
7、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。3.5 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
8、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
9、。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
10、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
11、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； 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S
12、F6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 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
