摘要：气体绝缘输电线路(gas-insulated transmissionlines，GIL)是采用金属外壳封闭导电杆、压缩气体(如 SF6、SF6 混合气体等)绝缘、外壳与导电杆同轴布置的电能传输设备，具有传输容量大、单位损耗低、受环境影响小、运行可靠性高、节省占地等优点，在很多地方都有较为广泛的应用。但因 GIL成本较高，目前主要用于架空输电方式在地理或环境条件受限时的重要补充。本文主要论述了GIL的特点，并列举了其在输电技术中应用的一些实例。
关键词：特高压；气体绝缘输电线路；工程应用
1GIL 的特点
GIL是一种采用 SF6气体或 SF6和 N2混合气体绝缘、外壳与导体同轴布置的高电压、大电流电力传输设备。导体采用铝合金管材，外壳采用铝合金卷板封闭。GIL类似于SF6气体绝缘金属封闭开关设备（gas insulated metal-enclosure switchgear，GIS）中同轴放置的管道母线。GIL无开断和灭弧要求，制造相对简单。同时，GIL可以选择不同的壁厚、直径和绝缘气体，能够较经济地满足不同要求。传统的架空线输电方式易受雨雪冰冻天气和污秽的影响，而且随着特高压电网输电等级的不断提高，这种影响对输电效果造成的影响也越来越明显，加之社会对电磁环境的日益关注，对市容要求的不断提高，输电走廊已经成为制约电力发展的稀缺资源，尤其是在人口密集的大城市，采用架空线路的输电方式正面临越来越多的困难。而采用电缆输电则面临最高运行电压及载流量截面积的限制，已经达到技术和经济的极限，长期运行会出现水树和电树，存在电容大，散热困难等问题。GIL的电气特性与架空线路相似，但由于 GIL是一种金属封闭的刚性结构，采用管道密封绝缘，通常不受恶劣气候和特殊地形等环境因素的影响。同时，GIL对环境基本没有电磁影响，可以不考虑壳外磁场对其他设备和人员产生的影响。而且，GIL可有效利用有限的空间资源，实现高压超高压大容量电能直接进入城市的地下变电所等负荷中心。GIL的优点很多，主要是载流量很高，能够允许大容量传输，电容比高压电缆小的多，在进行长距离输电时，不需要无功补偿。因此，GIL安全运行可靠度高，输送容量大，损耗比电缆和架空线路都低。GIL符合电力系统现场运行维护、安全综合预控方案和现代外观审美要求。由于GIL具有送电能力强、与周边环境友好相处的优点，GIL具有安装、运行维护方便，故障率低，基本不检修等许多优点
2特高压交流输电技术特点
2.1大容量输送能力
自然功率是评价线路输电能力的一项重要指标。线路输送自然功率时，电感吸收的无功和电容发出的无功保持平衡。大容量输电线路通常装设高压电抗器或串联补偿装置，以解决无功平衡和过电压问题。据测算，采取相同并联补偿度时，1100kV输电线路的自然功率是 550kV线路的4.2倍。
2.2长距离输送能力
阻抗与电压平方成反比，1100kV特高压线路阻抗折算到 550kV线路，约为后者的1/4。输送相同容量时，采用 1100kV特高压线路时，其输电距离要远大于550kV线路。据测算，输送 2000MW电力时，单回1100kV线路输送距离可达 1300km，而550kV常规线路输送距离仅为400km。
2.3线路损耗低
线路损耗包括电阻性损耗和线路电晕损耗，其中电阻性损耗受电阻率、长度和电流的影响，电晕损耗受气象条件、导线型号及电压的影响。以典型线路为例，在导线截面、输送容量相同的条件下，1100kV线路比550kV 线路的电流降低1/2，电阻降低3/4，综合损耗降低约 54%。
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2.4节省线路走廊和占地面积
采用 1100kV 特高压交流输电，其线路走廊宽度大为降低，约为 550kV 线路走廊宽度的 30%。在长距离、大容量输电中采用特高压输电，能提高走廊利用率，大幅节省土地占用面积，经济性显著。
2.5系统稳定性及其他风险
特高压交流输电的主要风险是系统稳定性。据统计，1965～1984 年间全世界共发生6次交流大电网瓦解事故，这表明采用交流系统进行互联的区域电网，存在稳定性、事故连锁及大面积停电等风险。特别是在特高压输电线路建设初期，由于尚未形成网络，线路负载能力较低，这将带来系统稳定性风险。另外，特高压交流输电的电磁辐射对环境影响较大。
3 特高压 GIL 输电技术应用案例
特高压变电站输电容量和建设规模日益扩大，GIS母线长度增加，采用特高压 GIL 取代 GIS母线，可以简化 GIS 母线结构、降低成本，提高可靠性。据此，在特高压变电站开展了特高压 GIL 替代 GIS母线应用，验证了特高压 GIL 性能及其可靠性。在此基础上，苏通 GIL 综合管廊工程穿越长江确定采用穿江隧道内敷设特高压 GIL 方式实现电能输送。
3.1 替代 GIS 母线应用
依托淮南—南京—上海 1000 kV 交流特高压输变电工程，提出了在变电站 GIL 部分替代 GIS 主母线或分支母线的应用方案，在特高压南京站、泰州站和苏州站分别采用了平高集团、西开电气和新东北电气生产的特高压 GIL，共计 454 m，如特高压南京站的 GIL 现场布置，实现了特高压 GIL 部分替代 GIS 母线的工程应用。截至目前，各变电站的特高压 GIL 均运行良好。
3.2 苏通 GIL 工程应用
苏通 GIL 综合管廊工程是淮南—南京—上海1000 kV 特高压交流输变电工程的关键单体工程。工程起于长江南岸(苏州)引接站，止于北岸(南通)引接站，计划于2019 年建成投运。管廊隧道线位全长 5468.5 m，结构底面标高74.83 m，水土压力超过0.9 MPa，是目前国内埋深最深、水压最高的隧道。工程采用敷设于管廊(隧道)中的两回(6 相)1100 kV GIL 管线穿越长江，采用 SF6绝缘，GIL 总长约 35 km，将建设成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 创新工程。
结语
综上所述，1）GIL具有不受恶劣气候和特殊地形等环境因素的影响、输送容量大、安装运行维护方便，故障率低等优点，在国外已经有超过 30 年的运行经验，设计使用寿命长达50年以上。2）低含量（体积分数10%~20%）SF6 与N2的混合气体，可以应用于 GIL 中，在 0.5~0.8 MPa 的充气压力下，已满足绝缘性能与液化温度要求，且温室效应大大降低。3）压缩空气绝缘输电线路（CAIL）不适宜作为第 3 代 GIL，较难应用于超、特高压等级系统中。4）10%~30% CF3I 比例的 CF3I-N2混合气体，既能保证不液化，又能达到和 SF6相当的绝缘强度。相比于采用压缩空气的 GIL，CF3I 混合气体所需压强更低（约低 50%），能降低工艺门槛，便于生产制造。因此，采用 CF3I 进行绝缘的 GIL 比第一代和第二代 GIL 更加环保，比采用压缩空气绝缘的GIL 有更好的综合性能。
参考文献：
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[3]刘振亚.中国特高压交流输电技术创新[J].电网技术,2013,03
论文作者:路蕙源,田佳雨,边江,单江
论文发表刊物:《电力设备》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/8
标签：线路论文; 特高压论文; 母线论文; 气体论文; 工程论文; 电压论文; 容量论文; 《电力设备》2017年第36期论文;