500 kV 气体绝缘金属封闭输电线路在泗泾变电站的应用

张 磊，陈芯蕊，张景锋

(1. 华东电力设计院，上海200001;2. 上海市电力公司 电网建设公司，上海200002)

0 引言

气体绝缘输电线路(Gas Insulated Transmission Line，GIL)源于SF6绝缘的金属封闭母线，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。

GIL 技术的研发始于20 世纪60 年代，1970年开始在世界范围内投入使用，距今已有40 余年的历史［1～2］。目前，500 kV 及以上电压等级GIL在我国已有多处应用，如南方电网天生桥水电站、广东岭澳核电站、广东湛江奥里油电厂、大连红沿河核电站、广东台山核电站、云南糯扎渡水电站、浙江三门核电站、浙江瓶窑变电站、河北张河湾抽水蓄能电站、上海练塘变电站、上海泗泾变电站等的500 kV GIL 以及青海拉西瓦水电站的750 kV GIL［3］。

1 工程概况

1.1 上海电网现状

上海电网是华东电网的重要组成部分，处于华东电网的受端位置，是华东地区乃至全国负荷密度最高的负荷中心。2011 年7 月4 日上海电网最高负荷已达到24 129 MW［4］。目前上海电网存在的主要问题有:

(1)电力供应滞后于电力负荷增长的速度，高峰季节电网备用容量严重不足。

(2)电网结构相对薄弱，输配电能力不足。中心城区电网供电能力无法满足负荷持续增长的需求。

2008 年泗泾变电站(2 ×1 000 MVA +2 ×750 MVA)已经无法满足地区负荷的供电需求，且已经达到最终规模。为加强上海电网主网架，增强上海电网可靠性，本工程配合练塘变建成练塘～漕泾和练塘～泗泾通道，此通道将是淮沪输电工程建成后向上海电网负荷中心送电的必要条件，本工程投产后上海电网西南形成练塘～泗泾～南桥～漕泾～练塘的双环网，同时上海东南部大截面外半环(泗泾～练塘～漕泾～南汇～顾路)也全部形成，电网结构坚强可靠，也有利于葛沪直流增容改造。

1.2 泗泾变电站设计方案

泗泾变电站位于泗泾镇张施村内，泗泾镇政府于2003 年规划了张施小区作为本镇工业区开发及高压线下村民的动迁安置基地，但随着动迁居民以及来沪人员的增加，小区规模逐步扩大，日益迫近泗泾站预留的线路走廊，见图1。本期工程原设计泗泾站扩建2 回500 kV 练塘出线从500 kV配电装置第4，5 串西侧架空出线引至线路同塔双回终端塔，再绕向站址围墙南侧进入规划线路走廊。由于当地民众对高压线路意见强烈，情绪不稳，若再次动迁势必遇到巨大阻力，为维护世博会期间社会的和谐稳定，同时考虑到线路施工的诸多困难，最终调整原设计线路出线方向。将原设计西侧出线的2 回练塘线采用GIL 管道延伸至500 kV 配电装置南侧，通过新增构架向南架空出线，详见图1。采用GIL 后工程量的增减见表1。根据概算，增加的动态投资为2 070 万元，减少的动态投资为1 045 万元。净增加的动态投资为:2 070 －1 045 =1 025 万元。

图1 出线方案比较示意图Fig．1 Comparison of outgoing scheme

表1 采用GIL 后工程量的变化Tab．1 Change of project guantities after adopt GIL

续表

2 泗泾变电站GIL 的特点

2.1 主要参数

泗泾变电站GIL 为河南平高东芝产品，其主要参数如下:额定电压550 kV;雷电冲击耐受电压1 675 kV;操作冲击耐受电压1 300 kV;1 min工频耐受电压740 kV;额定频率50 Hz;额定电流6 300 A;额定短时耐受电流63 kA (3 s);额定峰值耐受电流160 kA;单位长度单相损耗206.6 W/m;壳体外径570 mm;壁厚8 mm;电容50 pF /m;电感0.22 μH /m;导体尺寸150 mm (内径)/ 180 mm (外径);套管爬电距离17 050 mm;SF6气体压力0.5 MPa;年漏气率不大于0.5%;单相母线净重73.3 kg/m;单相最长距离181 m。

2.2 气室划分及LCP 柜的设置

气室按照单相长度均分，每相设置7 个气室，单个气室平均长度约25 m。这种划分方式可方便地将单个气室内的SF6气体全部装入SF6气体回收装置自带的300 L 储气罐内，便于设备维修和气体管理。为满足监控要求，泗泾站GIL 的每个气室单独配置了带温度补偿的气体密度继电器、压力表、充气阀。对于LCP 柜的设置考虑了两个方案:

方案1:在GIL 端部设置一个LCP 柜。电缆分组就地引下，通过地面新建电缆沟汇集到LCP柜，再接至控制室。该方案接线简单，所需LCP柜数量少，若合理选择LCP 柜位置还可节省大量二次电缆。但是该方案需在地面新建电缆沟约200 m，且新建电缆沟的路径必须与GIL 路径一致，这将对站内原有设施(如水工管道、照明电缆、水平地网、站内道路、远景设备预留空间等)造成较大影响。

方案2:在GIL 两端各设一个LCP 柜，电缆沿GIL 本体向两端汇集，不经过地面，仅需新增约40 m电缆沟用于LCP 柜与控制室之间的电缆敷设。经过比较最终选择方案2，LCP 柜的位置见图4。

2.3 伸缩节设置

GIL 伸缩节一般分为两种。第1 种:硬伸缩节。见图2，不具备温度补偿作用，用于吸收安装误差并便于拆卸。硬伸缩节最明显的特征是注好气后固定螺栓不能松动。

图2 硬伸缩节结构Fig．2 Configuration of fixed expansion joint

第2 种:自平衡式热伸缩节。见图3，除了有第一种伸缩节的作用外，当周围的温度发生变化，GIL 产生热胀冷缩时，伸缩节可以补偿GIL 热胀冷缩的部分。其特点是增加设置了可调节螺栓。GIL 安装好抽真空前需把伸缩节处所有螺栓紧固住，此时伸缩节不具备温度补偿作用，注气完成后，把调节螺丝松开，此时中间的波纹管是自由状态，当温度发生变化时，伸缩节就可以补偿GIL 热胀冷缩的部分了。

图3 自平衡式伸缩节结构Fig．3 Configuration of self-adjusting expansion joint

泗泾变电站GIL 的单段长度较长，最大单相长度约为181 m，热伸缩成为必须克服的技术问题。本站GIL 采用了固定支架与滑动支架相结合，并加装伸缩节的方式来吸收热胀冷缩和施工误差。在固定支架处，GIL 本体被紧固在支架上，不能沿母线方向移动，这样GIL 的热伸缩量就被限制在各个分段之间。每两个固定支架之间(除拐角处)设置一个自平衡式伸缩节，用以吸收该段内的GIL 热伸缩量。

3 工程中遇到的主要问题

3.1 地基处理

根据岩土工程勘察报告，所址区②3 灰色粉砂在Ⅶ度地震条件下为轻微～中等液化，《建筑抗震设计规范》 (GB50011 －2001)4.3.6 条规定要求全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且对基础和上部结构处理。首期工程中，采用碎石桩加固地基处理，在本期工程中，因导线及旁边间隔的设备均已安装完成，无法使用碎石桩加固地基。因此采用钻孔灌注桩，桩截面尺寸为φ600 mm，桩长28 m，共计增加42 根桩。经计算，打桩后新建基础可满足制造厂“任意相邻两块预埋件的沉降差不大于2/1 000，所有预埋件沉降差值不大于20 mm”的要求。

3.2 GIL 的布置及安装

由于可利用的站内空间有限，泗泾变电站GIL 采用三相分体双层布置，底层GIL 中心线至地面高度4 450 mm，层间距1 080 mm。这种布置方式的优点是可以节约占地面积，不影响站内检修、维护通道。由于属扩建工程，GIL 的路径上有很多雨水井、水工管道、已建构架基础以及远景出线设备的预留位置等，因此GIL 支架位置的选取需要电气、结构、水工等多个专业的配合，而且要符合制造厂伸缩节的设置要求，甄选后确定的平面布置见图4。

为减少母线停电时间并考虑到原有母线构架强度不够，设计考虑在500 kV 配电装置南侧围墙内和1 m 母线架构外侧新建一榀两跨出线架构，见图4，新建构架进一步限制了GIL 的可用空间。经现场实地查看并测量，通过反复的方案比较，最终采用GIL 穿越原有出线构架A 字柱的办法解决了这一问题。穿越A 字柱的空间校核见图5。GIL 的安装一般从一端开始，逐段组装，由于A 字柱下部空间狭小，同时穿过两回共6 根GIL 管道存在一定的风险，为减小组装过程中的累积误差，确保GIL 顺利穿过原有出线构架A 字柱，泗泾变电站GIL 的组装从A 字柱处开始向两端方向进行。

图4 GIL 平面布置图Fig．4 Layout of GIL traversing outgoing frame

图5 GIL 穿越出线构架A 字柱空间校核Fig．5 Checkout of space for GIL

4 GIL 的应用前景

GIL 的主要优点有:

(1)电气性能与架空线路相似，可以节省在架空线路接口处的额外开关设备［5］。

(2)传输容量大，损耗低［6］。

(3)安全防护性好，气体泄漏率低，且无绝缘老化问题［7］。

(4)运行维护工作量小，基本不检修，试验验证寿命可长达50 多年［8］。

(5)占地空间小，敷设方便灵活［9］。

目前GIL 制造技术已日渐成熟，国内外的多个工程的运行经验，也证明了GIL 在高电压、大容量、长距离输电领域的优势。GIL 敷设方式的灵活性在很大程度上弥补了其柔性不足的缺点。随着我国城镇化进程的加快，城市电网负荷增长与输电走廊占地巨大的矛盾将日益突出，GIL 以其传输容量大、占地面积小、环境友好、现场施工方便、运行稳定可靠性高的特点为解决上述矛盾提供了一种可行的方案［10］。随着其经济性的提高，GIL 必将在今后的工程中获得更为广泛的应用。

5 结论

500 kV 泗泾变电站扩建练塘1，2 线采用GIL管道向南出线的方案，对地方规划影响小，GIL出线采用双层布置后，双回出线最大宽度仅为2.88 m，无需新征地，不影响今后两回备用线高架出线，不牵涉到控制和保护的改造。该方案虽然增加了当期工程的投资，但是线路避开了站址西侧的居民区，解决了西侧出线走廊征地困难的问题，保证了练塘～泗泾线路工程的正常实施。

［1］高凯，李莉华．气体绝缘输电线路技术及其应用［J］．中国电力，2007，40 (1):84-88．Gao Kai，Li Lihua．Technology and application of gas-insulated transmission lines ［J］．Electric Power，2007，40(1):84-88．

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［3］杨百军．CGIT 在岭澳核电站的应用［J］．水电电气，2002，(1-2):118-124．

［4］张牡霞，潘高颖．部分地区拉闸限电 夏季用电紧张形势趋严峻［N］．上海证券报．2011．7．13 (封十)

［5］Dirk Kunze，Volker Knierim，王学刚．用于发电中心大规模电力输送的气体绝缘输电线路［J］．中国电力，2007，40 (9):87-90．Dirk Kunze，Volker Knierim，Wang Xuegang．Gas insulated transmission lines:bulk power transmission in power generation centers ［J］．Electric Power，2007，40 (9):87-90．

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［10］刘兆林．500 kV 气体绝缘金属封闭输电线路在华东电网的应用［J］．华东电力，2005，33 (12):81-83．Liu Zhaolin．Application of 500 kV GIL to east China power grid ［J］East China Electric Power，2005，33 (12):81-83．