GIL 三支撑自润滑接地电极的研究

程伟然 马延柯 龚咪咪 付佳佳 王 磊

（河南平高电气股份有限公司，河南 平顶山467000）

1 概述

气体绝缘输电线路（Gas Insulated transmission Lines，以下简称“GIL”）是一种采用气体绝缘、外壳与导体同轴布置的高电压、大电流电力传输设备，是继传统的架空线路和地下电缆之后的新型输电方式。GIL 具有传输容量大、损耗小、不受环境影响、运行可靠、节省占地、安全环保等优点。

GIL 主要应用在水电站电气连接、特高压跨江输电（图1）等特殊应用场景下，取代常规架空线和高压电缆，城市综合管廊，应用场景相对广泛。

长久以来GIL 核心技术被欧美电力设备公司控制，随着国内GIL 市场的发展，部分工程采用了一些国产GIL 但是效果不太理想，设备运行中数次出现接地故障，对业主造成了损失，对国产GIL 的推广造成了一定影响。

据调查，造成接地故障的一个原因就是GIL 用接地电极材质问题，滑动三支撑在热胀冷缩的过程中相对运动使接地电极产生了粉屑，进而引起接地故障，或者接地电极卡滞，引起局部放电。

2.1 三支撑接地电极结构及其作用

目前，各厂家的接地电极结构各有特点，但是其总体设计思路一般接地电极与弹性结构相连接，保持一定的压紧力，以确保接地电极受到一定磨损或者筒体圆度有误差时，接地电极能够有效接地。三支撑接地电极是GIL 的核心零部件之一，主要作用如下：

2.1.1 避免产生金属屑，特别是竖井结构，一旦产生较多的金属屑，很大几率掉落在绝缘件上，引起接地故障。

2.1.2 避免接地电极与壳体之间卡滞，造成绝缘件受力异常，造成绝缘损伤。

2.1.3 避免接地电极损坏，避免造成微粒捕捉器或者绝缘件嵌件接地不良，进而产生悬浮电位，引发局部放电故障。

图1 苏通1100kV GIL

图2 滑动三支撑和接地电极结构

2 三支撑接地电极研究

GIL 滑动式三支柱共有三个支点呈三角形布置。在筒体下侧的两个支点与筒体内壁接触，以较小的移动阻力在筒体内支撑导体以适应GIL 运行过程中的热伸缩现象，如图2 所示。而顶部支点外端部则设置两处弹性电气接点（接地电极），使得微粒捕捉装置和三支柱绝缘子嵌件始终与筒体同电位。

2.2 目前国内接地电极现状

GIL 核心技术长期为国外企业垄断，起自润滑作用的接地电极同样长期被国外企业控制且限制出口，前几年，有部分开关厂尝试进行国产化，但是效果不甚理想，其主要原因如下：

2.2.1 国外技术垄断，限制出口。

2.2.2 难以找到接地电极所必须的具有自润滑材质，一些厂家在开发过程中，发现选用的材质或者是过硬损伤壳体本体；或者是材质过软，接地电极本身损耗严重；或者是材质易脆断裂，都严重影响设备自身运行安全。

2.2.3 因具有自润滑材质的接地电极，价格远高于普通紫铜的价格，部分供应商为了节约成本，采用了普通铜质的接地电极。

2.2.4 技术限制，不了解自润滑接地电极的技术。

2.3 普通铜材质与自润滑材质接地电极的对比试验

为了彻底打破国外技术垄断，掌握核心技术，经过不断技术攻关，在原材料供应商（天津尚圣科技有限公司）的鼎力支持，经过不断摸索试制，最终开发成功了国产化的具有自润滑作用的接地电极。通过苛刻的试验验证，发现其性能优于进口材料，并已经应用到了部分工程项目中。

另外，为了彻底了解普通铜材质与自润滑材质接地电极的性能差异，针对国产化自润滑材质接地电极（及其不同含量）、普通铜材质接地电极、进口接地电极，性能对比试验，试验情况如下表1 及图3。

表1 验证试验

图3 不同材质试验结果图

2.4 试验结论

2.4.1 一般铜材质的接地电极，在经过20-50 次摩擦后，会产生大量金属屑，严重威胁设备的安全运行。

2.4.2 采用了含自润滑材质的接地电极，可以有效解决三支撑在运动过程中产生的金属屑，且不会损伤铝壳体；但自润滑材质含量越高，接地电极自身磨损越严重，含量越高，对壳体的损伤越大，因此自润滑材质必须控制在一定范围内。

2.4.3 国产自润滑接地电极可以完全取代进口电极。

3 结论

经过相关苛刻试验，国产化的自润滑材质接地电极性能完全达到甚至超越进口接地电极性能，可以极其有效解决GIL 滑动三支撑在热胀冷缩过程中相对运动产生的金属屑，最大程度的保护GIL 的安全运行。