锦屏一级水电站高落差垂直竖井GIL安装与试验

杨晓玲

（锦屏水力发电厂，四川西昌 615000）

锦屏一级水电站高落差垂直竖井GIL安装与试验

杨晓玲

（锦屏水力发电厂，四川西昌 615000）

锦屏一级水电站550 kV气体绝缘金属封闭输电线路（GIL）是目前国内该电压等级下安装海拔最高（海拔1 885 m）、垂直竖井形式、垂直安装落差高达225 m、总长度达3 376 m、输送容量大的工程项目。其设备布置、竖井安装的复杂性和高难度在国内少有。介绍了其布置与结构特点、垂直竖井中的安装方法、交流耐压试验，建议合理划分SF6气室，严格控制安装工艺，安装内置超高频局放探头，交流耐压时增加老练时间等，为同类工程的设备选型及安装提供参考。

GIL；垂直竖井；高落差；锦屏一级水电站

0 概述

GIL是一种采用SF6气体（或者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特别适用于高山峡谷中的巨型水电站“最后一英里”传输，即地下厂房电站GIS与架空线之间的连接，具有其它方式无法替代的高电压、通流能力强、可靠性高、故障恢复快、结构灵活、适应复杂环境性强、维护工作量小和绝缘长期稳定、低电磁环境等综合优势，加之与GIS组合，减少了运营成本，更提高了电站的安全可靠性[1-2]。GIL于20世纪70年代开始投入使用，GIL目前在世界上应用在最高的竖井为美国赛拉国家森林的一座电站，其垂直高度为305 m，额定电压242 kV，额定电流为1 200 A[1，3-4]。在国内，已成功投运的拉西瓦水电站GIL额定电压800 kV，额定电流4 000 A，垂直竖井207 m[5]；溪洛渡水电站GIL额定电压550 kV，额定电流4 500 A，每回GIL出线由2个垂直竖井段和2个水平段组成，最长的3#引出线洞长度约640 m。

锦屏一级水电站大坝为305 m高的混凝土双曲拱坝，总装机容量6×600 MW，年平均发电量166.2 kW·h。电站出线电压等级为500 kV，出线回路数4回，其中3回出线至锦屏500 kV换流站（到锦屏换流站的直线距离约为81 km），预留1回。发电机-变压器组采用单元接线，6台发电机分别接6组单相变压器组，500 kV侧采用4/3接线方式，经过垂直竖井550 kV GIL引出至地面。

1 锦屏一级水电站GIL结构与布置

1.1 主要技术参数

锦屏一级水电站500kV GIL由德国西门子公司设计、制造并负责安装，其主要参数见表1。

表1 锦屏一级水电站GIL主要参数

1.2 GIL的整体布置

锦屏一级水电站GIL的布置如图1所示。4回GIL由地下500kV GIS室通过两个高度为225 m的垂直竖井引到地面出线场，每个引出线洞内布置2回GIL（其中GIL#1出线洞安装出线1和出线2，#2出线洞安装出线3和出线4（预留）。每回GIL出线共分为下平洞段（约22 m）、竖井段和上平洞段三个部分。

图1 GIL整体布置图

1.3 主要结构特点

（1）锦屏一级水电站GIL从结构和布置上考虑了225米的高落差垂直管道母线的机械稳定、导体和外壳的温升及垂直方向上温度梯度、空载和最大负载条件下SF6气体自重导致的隔室上下部压差及其对绝缘性能的差异、温度效应产生的热胀冷缩、现场安装等。GIL采用分相绝缘，外壳和导体均采用铝合金材料，外壳采用螺旋焊接工艺，标准段长11.5 m。在出厂前对外壳焊缝做100%超声波无损探伤。在水平段管道内设有微粒陷阱，导电微粒在电位差的作用下被诱导带电，进入并困于陷阱内。管道内装有内置超高频局放探头，用以高压试验时判断设备绝缘情况及根据局放量进行故障定位。

（2）多数母线段采用标准段，标准段长度较普通GIS母线长，减少了法兰连接面的数量，在安装进度及母线段互换性方面有一定的优势。管道模块包括：标准管道、弯头、盆式绝缘子、伸缩节等。外壳水平段采用法兰连接，竖直段采用焊接连接。

（3）GIL导体一端与盆式绝缘子螺接，一端与盆式绝缘子插接，导体段间的连接采用螺接方式。水平段导体长度最长段超过58 m，为了满足制造、安装、热胀冷缩、基础变化等引起的长度变化，保证导体和插接件的可靠运行，且不对与其连接的设备产生附加应力，插接连接处采取了伸缩节设计。水平段导体，除靠两端绝缘盆子支撑外，中间采用单柱滑动绝缘支撑结构。滑动支撑约11.5 m或23 m间隔设置一个，可在滑动支架内轴向滑动。每个竖井垂直段的底部设有固定支撑结构，承载垂直段GIL的全部重力。

（4）GIL内部充高纯度SF6气体作为内部导体和外壳之间的电气绝缘。GIL每相共设置5个气体隔室：垂直段2个、上平段2个、下平段1个，竖井内最长隔室长度达116 m，水平段最长隔室达151.5 m。竖井内隔室划分能克服空载和最大负载条件下SF6气体自重导致的隔室上下部可能出现的最大压差，保证隔室各点的压力配合。GIL垂直段SF6气体在不同温度及高度下压力分布如图2所示。与外部设备（电流互感器、套管）连接的部位，采用单独分隔。垂直段隔室采用盆式绝缘子隔离，盆式绝缘子的强度在承受标准段导体的重量的同时还可承受一侧隔室在正常压力下运行，而另一侧为真空状态而产生的压力差。额定设计压力0.59 MPa，最高工作压力(表压)0.82 MPa，报警压力0.56 MPa，最低工作压力0.54 MPa。每个隔室都配备带压力表的温度补偿的气体密度继电器和补气逆止阀接头。

图2 垂直段气体压力分布

2 GIL垂直段的安装

2.1 预组装

GIL管道模块在预组装棚内装配。预组装棚分机械处理区和预组装区2个功能区域，其内严格控制环境清洁度、温湿度。机械处理区主要是对管道进行扩径处理、切割处理等工作，预组装区进行绝缘盆子、导体、弯头等部件与管道进行组装。模块连接前，对内部导体插接头进行清理、加润滑剂，并组装。然后使用带有物料运输卡环的运输小车将预组装后的GIL模块从预组装棚穿过上平洞运至垂直竖井井口。

2.2 管道的吊装

竖井顶部装1台2.5吨的桥机1和1台15吨桥机2，安装布置和桥机吊装高度要求见图3。桥机2用于竖井底部进行焊接时和整个GIL垂直安装段管道的提升，该桥机可沿轴线移动，可覆盖垂直段的6相。桥机1将GIL管道通过垂直竖井一一运至竖井底部，将管道放置在运输导轨系统上。管道通过导轨运输到焊接作业安装平台与桥机2提升的管道下端面进行焊接，安装平台距离竖井地面14.5 m，长7 m、宽3 m。运输导轨大约距离平台下方5.5 m。焊接后，桥机2将焊接后的GIL管道提升到上一个平台进行焊口处理和探伤检验。

图3 安装过程示意图

探伤检验后，桥机2将GIL管道提升一段管道的长度，以便下段管道的定位安装，当竖井下段管道焊接完成后，然后再提升管道。在焊接管道的同时，新的管道通过桥机1吊运到运输轨道，并运到安装位置进行定位固定。此过程将重复进行直到GIL的垂直段安装完成。焊接完成的GIL垂直段固定在支架上后，桥机2松开。然后桥机2移动到GIL的下一相位置，重复上述步骤。

2.3 管道的焊接

外壳垂直段采用焊接方式，采用西门子背衬环专利技术。新管道的焊接端部在预组装棚内进行了扩径处理。焊接之前，在新管道焊接端部装入金属密封支承环。金属密封支撑环的外径稍大于管道的内直径，装配后与管道内壁紧密接触。新的管道与原管道由金属密封支撑环定位进行对接。对接后，会形成一圈防止焊渣或其它杂质进入管道的间隙，并可防止焊缝在内表面形成尖角，保证管道焊缝的内表面规则平滑。管道对接完成后，使用自动轨道焊机钨惰性气体保护方式进行全自动焊接。焊接时，不需要通风系统，焊接处须密闭空气，防止空气流动。焊接完成后，每条焊缝进行探伤检验。

3 GIL交流耐压试验

在GIL还未和GIS对接，GIL常规试验完成后，进行高压试验。工频交流耐压试验采用变频串联谐振方法，分相加压。试验原理如图4所示。

图4 试验原理图

变频柜FC型号为HVFP-260kW/550V；励磁变压器Tr为ZB-150kVA 2.5/5/10/20kV，60/30/15/ 7.5A/90min；电抗器L为HVDK-1800/300，300 kV/ 200 H/6 A/60 min，采用4台电抗器两两串联后并联加压；电容分压器C1、C2为HV-1000pF/ 750kV，3节。Cx为试品电容，GIL单相的最大电容量为Cxmax=22 589 pF，最小电容量为Cxmin= 18 287 pF。

试验设备布置在出线场，从出线套管处加压，耐压前每相GIL绝缘电阻值均大于200 GΩ。为更好的去除管道内部存在毛刺或少量尘埃，50 kV为一个升压段，停留2～3 min进行老练，在350 kV电压下对GIL进行老练净化15 min。加压至560 kV，持续耐压1 min后，将电压迅速降为0。交流耐压时，将多个GIL内置的超高频局放探头信号同时引到现地监控系统，实时监控GIL管道内的局放情况，如图5所示，可定性显示管道内部局放大小及频次。若发生高压闪络，可通过局放情况快速定位故障点。

图5 局放在线监测

局放测量时，将GIL升压至380 kV，持续耐压时间约60 min。每相GIL经过了足够的老练耐压时间，很好的消除了管道内部的毛刺、灰尘，对绝缘进行了充分的考验。

4 结语

（1）合理划分GIL气室。大气室需要使用大功率真空泵及SF6气体回收装置，气体处理所需时间长。可考虑减小气室长度，增加气室数量，便于试验过程中的故障定位及检修维护。

（2）由于锦屏一级水电站GIL单相最长达412米，最短相长度达323 m，局部的安装误差有可能造成远端较大的安装误差，并有可能造成与GIS对接问题，因此必须确保基础测量放点的准确性。同时，外壳配置有适量的伸缩节，来满足温度变化、基础不均匀沉降和变位、制造和安装误差的要求。

（3）安装过程中需严格控制工艺。保证预组装棚的环境要求，预组装阶段将导体及管道内彻底清理干净，焊接时防止金属屑进入管母线。

（4）交流耐压时，试验设备应有良好的保护功能，防止闪络时对设备的损坏。GIL安装内置超高频局放探头，有利于测量局放及快速的故障定位。增加老练时间，有利于更好的烧掉管道内灰尘、毛刺等，利于GIL的长期安全稳定运行。

［1］G.Schoeffner，T.Neumann.气体绝缘管道输电线和气体绝缘组合电器在电厂中的应用［J］.电力建设，2004，25（6）：4-7.

［2］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.

［3］阮全荣，施围，桑志强.750kV GIL在拉西瓦水电站应用需考虑的问题［J］.高压电器，2003，39（4）：66-69.

［4］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.

［5］冶海廷，王亦平，马仲鸣.拉西瓦水电站800kV GIL结构特点及安装试验［J］.水力发电，2009，35（11）：60-62.

Installation and Test of GIL in High Drop Vertical Shaft for JinpingⅠHydropower Station

YANG Xiao-ling
（Jinping Hydropower Plant，Xichang 615000，China）

550kV Gas insulated metal enclosed transmission line(GIL)project for the JinpingⅠhydropower station is an engineering project with the 500kV voltage level at home at present，vertical shaft，the vertical installation height 225m，total length 3376m，large transmission capacity and the maximum height above sea level.Installation in vertical shaft is more difficult and complicated at home.This paper discusses mainly its structural characteristics，field installation method in vertical shaft as well as field AC withstand voltage test. Reasonably dividing SF6chambers，strictly controlling installation procedures，Built-in Partial discharge couplers and increasing time of aging test are put forward.This project can be used for reference in the equipment selection and installation of other similar projects.

GIL；vertical shaft；high drop；JinpingⅠhydropower station

TV74

B

1009－9492(2014)05－0143－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.05.036

杨晓玲，女，1982年生，四川人，硕士，工程师。研究领域：水电站电气一次工作。

(编辑：向 飞)

2013－11－26