第二代气体绝缘金属封闭输电线路使用说明外文翻译资料

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第二代气体绝缘金属封闭输电线路使用说明

Hermann Koch

西门子公司 德国埃尔朗根

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传真： 49 9131 734490

电子邮箱：E-mail: hermann.koch@siemens.com

摘要：第二代气体绝缘金属封闭输电线路已经面世使用了两年有余，它给人们带来了良好的使用体验。第二代GIL使用N2/SF6混合气体完成绝缘，主要技术问题有长距离输电线路的设计和敷设。

本论文举例说明了长距离输电线路应用中积累的关键经验，展示了GIL在未来作为最佳技术解决方案的可能。文章解释了GIL与公共可使用隧道如火车或者地铁结合作为大功率传输线的全新应用。同时还解释在长距离输电线路中特殊能源管道的应用。

关键字：气体绝缘金属封闭输电线路(GIL) 管道敷设 GIL设计和布局 大功率传输线 长距离

1. 介绍

随着在日内瓦机场的500米长的GIL工程的投入使用，西门子成为了世界上第一家制造出第二代GIL的公司。该项工程成功地总结了近年来这项未来的传输技术的发展经验。GIL的第二代设计使得成本减少了一半多。在设计中主要的挑战是使用SF6和N2的混合气体代替纯净的SF6作为绝缘介质，以及在将管道敷设方法应用到实际中去。

第一代GIL是1974年应用于德国Schluchsee水库的抽水蓄能电站，根据其30多年的运行经验，对于其的再设计从1995年就于EDF公司共同开始了。

柏林的一个独立测试实验室——IPH建立了直接埋设和管道敷设这两种类型的模型。项目的发展和测试都是与三家德国大型公司合作。测试的主要目的是模拟一个寿命超过50年的设备收到的电气和机械压力，以及验证现场的装配和敷设程序。GIL的两种种类，直接埋设型和管道敷设型，都成功地通过了测试，没有出现任何技术故障也没有任何时间延迟。第二代GIL已被鉴定合格。之后GIL在真实的条件下进行了装配和敷设，敷设技术被证实是成功的。GIL被认为是直接埋设或者敷设在管道中的一种长距离输电系统，因此100千米和更长的线路也有可能能够建设。

多年来，SF6和N2混合气体在世界各地的极寒地区的高电压开关柜有着极好的使用经验。混合气体的设计标准为寻找最佳的气压和SF6和N2的混合比值。

与其他输电系统，架空线路和电缆相比，GIL的主要优势是大容量传输的能力，这是因为其电阻损耗低，磁场强度低，没有火灾或者受到外部伤害的风险，以及不需要进行无功功率补偿。

在瑞士日内瓦PALEXPL展览中心展示区域的GIL就是其典型的在未来的应用，在这里为了给展示大厅的扩展提供空间，原有的300KV架空线路被改造为敷设在地下管道中的GIL。这个案例中的GIL只是作为法国与瑞士之间一条重要的架空线路的一部分来进行电力传输。

长距离GIL的全部制造，敷设和现场测试的程序都按照计划中的原样进行。所有步骤的进行都十分顺利，包括对于困难和没有预料到的情况的处理。

第二个现在泰国曼谷赛诺地铁站运行中的项目是典型的超大容量传输线路，电流等级为4000A。电压等级为550KV使得这条线路可以在一个三相系统中传输3800MVA的功率。

周围环境极高的温度，极端的太阳辐射，恶劣的外部条件和高等级的电流，使得曼谷这条重要的电源线展示了GIL传输电能的优越能力。

在这两个已经发展到长达几百千米的GIL案例中，大容量传输的管道装备和敷设技术都是十分经济节约的。

1. 技术数据和基本设计

如图1所示是GIL基本设计的通用例子，它由一个水平单元和一个带角度的单元组成。在有铝合金组成的单相外壳(1)内， 内部导体(2)由锥形绝缘子(4)固定，放置于支撑绝缘子(5)上。外壳上的导体热膨胀将会有滑动触点系统(3a,3b)补偿。水平单元由轨道焊接机焊接在一起。如果水平单元的方向性变化超过了其弹性弯曲所能承受的范围，就需要添加一个角度单元，其可以覆盖4度到90度的范围。对于比较长的GIL应用，每隔1.2到1.8千米就需要放置一个连接单元。该单元可以隔离气室，或在调试GIL时连接高电压测试设备。补偿单元用来吸收外壳的热膨胀。

1 外壳

2 内部导体

3a 动滑动触点

3b 静滑动触点

4 锥型绝缘子

5支撑绝缘子

图1 带有角度附件的水平建设单元

与PALEXPO项目相同，420KV传输网络中的GIL的主要技术数据如表1所示。对于

550KV网络，为了满足所需的更高等级的耐压水平，必须增加SF6气体填充物。

表1 GIL的技术数据

表1中的额定数据是为了满足架空线的高压输电网的需求而选择的。管道埋设型GIL的输电能力可以达到架空线路没有功率损耗时的最大传输值。在GIL终端需要安装避雷器。

为了监视和控制GIL，第二代设备需要安装气体浓度检测器。

有一套电气测量设备是用来检测电弧位置。在GIL末端可以检测暂态信号，内部故障的位置可以被计算出来，误差不超过25米。

1. 主要设计特征

与第一代GIL相比，第二代气体绝缘传输技术的再设计降低了整体的成本，可以节约一半多。为了达到目标，在制造时采取了以下措施：限制模块的种类，只使用四种，使用高标准的元素以减少每个模块中元素的数目。每个使用的长距离模块是典型的12到20米，使用氮气作为主要的绝缘气体，自动轨道焊接机的发展和固体接地封闭管道的使用，油气管道的敷设技术也可以适用到高电压设备的需求。

接下来，会更加详细地描述一些GIL的主要设计特征。

3.1 混合气体

氮气，六氟化硫和它们的混合气体都是一致的绝缘气体，在许多年前就已应用在高电压设备中。从20世纪70年代开始，SF6/N2混合气体就已经在低温环境中的高电压设备中使用，并且没有出现任何问题。所以混合气体的使用体验是十分好的。在GIL的使用中，像在电路断路器或隔离开关中的灭弧能力是不需要的，只有绝缘就足矣。这使得SF6填充物在混合物中的占值可以减少到10%~20%，就不需要增加设备的尺寸和气体气压。GIL的充气压力为0.7MPa，与有着优良的使用体验的高压断路器中相同。GIL设备尺寸的选择前提是，将其限制在GIL中的最大电场强度与低于今天的高电压设备的值之间。在一个550KV的GIL设备中，最大电场强度是低于3.5KV/mm的。气体绝缘金属封闭开关设备和输电管道30多年的使用体验证实，这个低电场强度使得GIL成为一个极为可靠的系统。全世界内安装了超过150千米的设备，都没有重大事故发生的报道。

3.2焊接法

在过去，连接每一个GIL单元的法兰和螺栓时都是现场使用手工焊接。对于比较短的距离，这个连接技术是可以接受的，但是如果要焊接几十公里的长度，这就需要一个自动化程度更高的系统。主要的原因不是手工焊接拖延了敷设的速度，而是项目需要重复性地达到一个的极高的焊接质量。自动焊接的一体化同样也是一个完全的焊缝超声波质量检测。在日内瓦PALEXPO项目和曼谷赛诺项目中，自动轨道焊接和超声波焊接质量检查的结合使用，效果非常棒，第一次试验的设备通过率达到了99%。如图2所示是焊接导体时的轨道焊接头。

图2：导体的轨道焊接

3.3 磁场

GIL是作为一个固体接地系统运行。GIL每个部分都通过接触由钢结构支撑的外壳接地。之后钢结构再连接到隧道接地，每三相的外壳相互连接。由外壳管的大断面带来的低电阻阻抗，使得外壳上的感应电流就像在导体上一样大。外壳上的感应电流和导体上的相差180度相角。外壳上感应电流和导体上感应电流的叠加使得有效磁场减少了99%。这使得GIL成为一个周围磁场强度极低的传输系统。

在瑞士的公共区域，公众能够近距离接触到GIL系统，因此，即使是电流高达3150A，磁场也必须降低到1微特。在PALEXPO展览大厅，在GIL系统上方4米的大厅地板上检测到的磁场数值比这还要低。

1. 应用

4.1瑞士内日瓦，PALEXPO

第二代GIL的第一批应用在2000年9月与10月之间开展。之后只用了三个月安装时间，2001年1月，架空线路被埋入地下装进管道，重新接入网络。如图3，展示了GIL的运输单元被传送到装备区域。

图3 运输单元到装备区域的传送

预装配的帐篷被直接安置在架空线路的下方，连接街道下方管道的轴的正上方。一边是机场入口路，另一边是去法国的公路，两者之间狭小的空间使得现场工作只能在架空线路正下方的空间进行。敷设过程已经被证实也可以适用于长距离连接。随着工程的进行，积累了越来越多的经验，GIL装配部件的生产效率得到了极大的提高，从每天每班2节增加到了每天每班4节。这对于未来的工程都是极佳的经验，尤其是如果要进行超长距离的GIL连接。高度自动化的敷设进程已经被证实，在整个敷设过程中都可以持续保持高质量的工作状态，因此系统的调试可以不出任何错误地运行。

图4的图片是隧道内部的场景，展示了管道是怎样被拉在隧道内部的。该隧道的弯曲半径约700米。管道通过洞内的支撑结构，可以轻松地随着隧道的弯曲移动。

图4：GIL如何被拉住在隧道内

4.2 赛诺

赛诺变电站是曼谷电力供应的重要一站。一个现存气体绝缘变电站的扩张，需要将一个现有GIS,一个现有AIS和新扩张的GIS连接起来。因此，需要安装大约1千米的系统长度或者3千米的管道。

该电力传输项目的要求极高。连接此变电站电力传输线需要达到额定电压550KV，额定电流4000A的要求。同时外界空气温度高达50摄氏度，有着极强的太阳光直射。该GIL项目达到了所有的要求，在2002年9月的运行中成功启动。图5给出了该GIL安装项目的全貌。

在赛诺的GIL项目与瑞士日内瓦的PALEXPO项目是按照同样的程度安装。轨道焊接，气体混合，现场GIL部件组装方法和管道拉法都得到了应用。

图5：曼谷赛诺的GIL地上安装部分(550KV/4000A)

4.3项目经验

第二代GIL的敷设方法所取得的经验全部积极的。

将组件直接运输到组装地点进行现场组装的概念是正确的。对于敷设过程中遇到的任何任务，这种GIL的组装方式都有着极高的灵活性，并且直接解决了与供应商之间的问题。根据工作现场装配和焊接的工作需要，订购外壳管道，导体管和绝缘体等组件，通过货车运输，几天后就可以达到现场。

在现实中的工作流程比以前安排表计划得更快更好，工作速度提高了30%以上。PLAEXPO项目原计划需要4个月，比计划要快的，包括高压测试和试运行在内的，只用了两个半月就完成了建设。最终限制速度提高的是敷设进程中供应商的制造能力，他们无法进一步提高GIL部件的制造速度。但是GIL部件的制造并没有限制，这只是一个计划的问题。这也是GIL的一个优势，世界上许多不同的供应商公司都可以生产GIL部件，你可以得到你想要的任何数目的部件。

即使加快了组装的进程，GIL的质量也是极高的。已经通过高压测试的日内瓦PALEXPO展览大厅300KV的项目，和曼谷赛诺550KV的项目中都可以证实这一点，并且他们在日后的运行中都没有出现任何故障。

敷设高压GIL是一个需要不同技能水平的工人们的团队工作，从清洁工到经办人员，从熟练的机械工人到高电压电气专家。现场进行的大部分工作都是相对简单和标准的，如机械和焊接工作。工作人员可以在世界上任何地方雇佣，因此大部分都是本地人。唯一需要专家的是对焊接的质量检查和最终焊接外壳之前的GIL高电压检测。

另外一个在GIL项目中得到的重要经验是现场高电压测试得到的积极结果。使用GIL内部的天线进行的敏感局部放电测量，在评估内部高电压状况时十分有效。

GIL同时还有一个优势就是在高电压测试时，传输线每隔大约1千米就可以进行一次测试。对于高电压测试，只需要将一个空气套管通过GIL上的原有的连接壳体连接到GIL上。在表2 中展示了对于400KV交流设备进行高压交流系统测试的必需项目，将交联聚乙烯电缆，GIS和GIL进行了对比。该表格由豪施尔特在

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