输电论文第八篇：特高压交流GIL关键技术及其具体运用
摘要：本文对特高压交流GIL输电技术所具有的的特点进行了梳理总结，然后又详细的讲述了特高压交流GIL的几种关键技术，再分析解释了特高压GIL结构和技术参数，最后将该技术在苏通GIL工程项目建设中的成功应用进行了总结和回顾。
关键词：特高压;气体绝缘输电线路;绝缘设计;通流能力;
1 特高压交流GIL输电技术主要特点
(1）特高压交流输电过程中可以存在落点，构成网络传输功能，能够按照电源分布、负荷布点、输送电力、电力交换等电力运营的需求来形成国家特高压骨干网架。特高压交流电网在电力运营业务中所具备的优势在于，其具备强大的输电能力、覆盖范围更广、损耗小、有效减少输电走廊的设置，能够满足现实情况下供电需求。
(2）运用特高压联网模式，强大的特高压交流同步电网中线路两端的功角差可以保持在<20°的范围内，所以，交流同步电网具备强大稳定的性能，同步能力以及电网的功角更加稳定。
(3）特高压交流线路在运行过程中所具备的充电无功功率可以达到500 KV线路的5倍之多，为了有效控制工频过电压的情况，需要在线路上安装并联电抗器。送、受端无功会根据线路输送功率的改变而相应的做出改变。若受端电网的无功功率的分层分区的平稳性出现问题，尤其是在动态无功备用容量严重紧缺，系统发生故障的情况下，电压稳定是保持供配电系统稳定运行的主要因素。
(4）引入1000kV特高压输电的效果更加合理，是直流多馈入的受端电网保持电压和无功稳定可靠保障，为更加良好的解决500kV短路电流超标和输电能力低等技术难题创造了有利条件。
2 特高压交流GIL关键技术
2.1 绝缘设计
GIL输电技术的绝缘结构设计包括SF6气体间隙和绝缘子，确保稳定的场强控制是绝缘效果产生的基础。在满足绝缘要求的设计的前提下，运用抑制金属微粒的方法，来确保GIL技术具备稳定高效的绝缘性能。
2.1.1 间隙设计原则
GIL气体间隙的设计要合理选取外壳内径D和导电杆外径d,GIL是同轴圆柱结构，内电场处于不规则运行状态，电场不均匀系数一般保持在1.7范围上下。特高压开关设备的绝缘设计主要由雷电冲击耐受电压的效果来确定，需要采取雷电耐压下的场强控制。在使用SF6绝缘材料的GIL在运行中的气压一般保持在0.4-0.5MPa，间隙标准场强一般保持在21.2-23.2kV/mm；并且为了有效控制导电微粒的不规则运动，电压在长期持续的运行中，需要让GIL外壳内表面的电场强度保持在<1kv/mm的范围内。另外，在进行GIL设计的过程中，外壳内径和导电杆外径的比D/d一般设计为e，这是最为理想的比值。为了能够降低固体绝缘支撑承受的最大工频场强以及提升GIL的散热效果，应当对该值做适当的增大调整。严格按照上述的原则来对GIL中的SF6间隙完成绝缘设计。
2.1.2 绝缘子设计原则
依据结构分布和作用来进行划分，GIL的固定支撑或滑动支撑功能主要包括盆式绝缘子和三支柱绝缘子。由于GIL绝缘子属于内置于外壳，其沿面闪络电压要明显比SF6间隙放电电压要低，这也是GIL绝缘存在的一个难题。需要其处于雷电耐压状态下所具备的场强进行有效的控制。对GIL中绝缘子沿面闪络产生的干扰因素的成因较为复杂，例如，绝缘子的结构、材料、做工不精细以及微粒污染等，都是干扰产生的原因。尤其是要对绝缘材料、嵌件以及SF6气体三种材料的结合部位进行仔细的检查，以便能够有效控制和降低电场集中，从而有效确保绝缘子的稳定运行。
2.1.3 三支柱绝缘子优化设计
对于GIL绝缘设计和优化的关键在于绝缘子结构与形状，需要对绝缘子表面设计场强、内部及嵌件设计场强的控制等效果进行重点考虑，要通过多次的电场实验模拟来实现绝缘子的优化设计。GIL盆式绝缘子与GIS存在较大的相似性，存在的最大差别便是大量使用的三支柱绝缘子。根据专家对三支柱绝缘子的电场分布的实验模拟结果表明，当电场处于较为均匀的分布状态，且最大场强保持在<11kV/cm的范围内，就具备可靠的控制能力。
2.2 通流设计
2.2.1 导体电联结设计
导体电联结方式主要包括焊接和插接两种类型，特高压GIL主要采取滑动触头插接方式，可以让轴向进行适当的伸缩和角度偏转，以便能够对热胀冷缩、零部件的生产与安装等出现的误差进行有效的弥补。
2.2.2 通流温升校核
按照GB/T 11022等规范的要求，导体对于温度具有最高承受性，一般来说90°C是导体所能够承受的最高温度，外壳部分所能够承受的最高温度仅为40℃。这就需要在温度场上模拟实验开展过程中做好特高压GIL的结构尺寸把握，尤其要注重做好校核触头、外壳、电流荷载等各方面的温度把控，保证温度能够与结构尺寸匹配，在达到以上的要求后在开展对温度异常部位的优化设计。
2.2.3 SF6/N2混合气体方案
目前，SF6气体绝缘是GIL输电技术主要运用的技术材料，但是，SF6对环境的破坏较为严重，是国际上明令禁止的限制排放气体。根据有关统计数据显示，特高压GIL在运行过程中，每公里气室使用的SF6达到了19t左右，对环保工作带来了较大的不利影响。因此，为了有效降低SF6的使用量，目前，SF6/N2混合气体在GIL中得到了普遍的运用。在现实的成功案例中，瑞士日内瓦机场GIL是世界上首家采用混合气体绝缘和现场组装技术的220kvGI线路，SF6/N2的混合用量比例为20%:80%，充气压力为0.7MPa。泰国的SaiNoi550kv GI工程项目采用的是SF6/N2合气体，用量比例为20%:80%。目前，我国也正在积极进行SF6/N2技术的研究，目前，样机已经成功研制完成。
2.2.4 环保GIL发展
除了SF6/N2混合气体得到成功的研发应用之外，美国3M公司最新研制出了C4F7N，在绝缘强度方面的实际表现要超出SF6/N21倍以上，全球变暖系数<SF6的10%,GE公司研制出了G[3]气体，即C4F7N/CO2环保混合气体，这种新型气体的C4F7N含量为含量为5%-10%，目前已经在420kv的GIL中得到了成功的应用，从而为今后更大规模和更高层次的应用提供了有力的支持与保障。我国在电科院的牵头组织下，开展了“环保型管道输电关键技术”项目的研发，力求运用C4F7N与N2、CO2研发出更加环保的混合气体，切实解决在GIL技术应用中所存在的环保问题，进而研制出具备更加优秀的环保表现的GIL技术设备，来推动电气设备顺利完成升级换代。
3 特高压GIL结构和技术参数
3.1 整体结构
特高压GIL运用的是标准化单元的设计结构与模式，其结构组件主要包括导体、外壳、绝缘子、电联结触头、伸缩节、微粒陷阱等。标准直线模式的长度一般保持在12m-18m的范围，内部填充SF6气体绝缘，中间设计有固定和滑动模式的三支柱绝缘子来实现稳定支撑，两端是完全内置的盆式绝缘子来进行充分的密封，在绝缘子部位是微粒陷阱模式的设计。
3.2 关键组部件
我国很多科技企业在特高压GIL输电技术应用方面具有前瞻性，将其应用于固定和滑动三支柱绝缘子、长隔断管道螺旋焊外壳、内置式盆式绝缘子等部件之中，并推出相应的单元产品，这样可以达到更好的关键组部件应用效果。就其各部件主要技术参数如下：
盆式绝缘子所采用的结构为内置式，通过此结构的应用能够减少法兰对接面，避免GIL技术应用过程中出现漏气等情况。同时搭配螺栓紧固，这样能够在后续维修过程中降低工作难度，提升工作效率。
三支柱绝缘子既可以通过固定连接的方式来进行GIL输电运输技术的应用，也可以通过滑动式连接方式来进行GIL输电运输技术的应用，而滑动式的连接则更加能够实现安装误差的把控，并防止中间热膨胀的产生以及可能产生的机械变形。
微粒陷阱主要是与GIL外壳来连接使用，这样可以形成有效的地电场区域，减少金属微粒的影响，保证GIL技术应用中的绝缘性，提升GIL输电技术的应用质量。
电联结触头则采用了锄头插接方式来进行镶嵌，这样能够实现一定的转向伸缩，也能够达到一定的角度需要，避免技术使用过程中出现的安装误差以及可能存在的零件误差。
外壳采用铝合金材料，这样可以满足相应温度要求，并防止GIL技术应用中任意角度要求。
3.3 技术参数
特高压GIL技术参数决定着交流GIL输电技术的应用效果，也决定着特高压交流电的应用效能。其中包括额定电压、额定电流、额定雷电冲击耐受电压的标准值，分别为1100kV、8000A、1100kV、2400kV。依照不同的GIL总体设计方案，以及相应的技术条件，需要就特高压GIL标准管道单元进行总体设计配置。依照当前的技术条件，可以完成的产品性能测试主要包括GIL温度、压力、绝缘、峰值、密封等，正是因为这些测试的完成推动GIL产品走向市场，并在市场应用中获得好评。
4 特高压GIL输电技术的应用
4.1 是GIS母线成功的替代品
在淮南—南京—上海1000kV交流特高压输变电工程项目建设中，技术人员在进行变电站建设过程中，提出GIS主母线或者分支母线可以替换的想法，所想到的替代方案便是GIL产品的应用。结合领导批示，以及对产品的采购选择，所选用的为平高集团、新东北电气生产的GIL产品，通过该产品的使用取代了GIS母线，在项目完成之后一直处于稳定的应用状态中，运行效果良好。
4.2 应用于苏通GIL工程项目建设
苏通GIL综合管廊工程同样选用GIL产品，并将其作为重要项目建设内容，该项目从长江南岸作为引接点，以北岸作为终点引接站，管道建设中所使用的管廊隧道线路达到了5468.5m，管线的铺设达到了两个轮回，且管线穿越长江，这让工程项目建设取得了较好的效果。同时，该项目中还应用了SF6绝缘材料，有效保证了项目的安全性，该项目已经成为世界上电压等级最高、输送容量最大、技术水平最先进的超长距离GIL成功应用的工程。
5 结束语
本文对特高压交流GIL输电技术所具有的的特点进行了梳理总结，然后又详细的讲述了特高压交流GIL的几种关键技术，再分析解释了特高压GIL结构和技术参数，最后将该技术在苏通GIL工程项目建设中的成功应用进行了总结和回顾。
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