（国网浑源县供电公司 山西大同 037400）
摘要：近年来，随着我国市场经济发展迅速，对电网装机容量需求越来越大。由于发电厂受到建设成本、施工场地以及环境保护等因素制约，在一般情况下，发电厂设置在比较偏远的地区，距离负荷中心较远。输电线路技术对发电厂安全稳定供电有十分重要的影响，因此，研究距离长、容量大的输电技术十分必要，也逐渐得到人们的关注。文章研究了气体绝缘输电线路(GIL)的应用及发展，旨在提升输电线路供电质量，促进供电企业的不断发展。
关键词：气体绝缘输电线路；应用；发展
在传统输电发展中，一般采用电力电缆或者架空线路方式，此种方式易受 到周围环境因素影响，电力长期运行 中，可能造成绝缘老化现象，威胁电网 运输安全。现阶段，主要采用气体绝缘 金属封闭输电线路(GIL)的方式代替电 力电缆和架空线路，其能够保障距离 长、容量大的输电系统安全稳定地运 行，逐渐得到人们认可，被广泛应用。
1气体绝缘输电线路主要特点及应用
气体绝缘输电线路和GIS母线有很多地方都相像，然而因为应用场所的差异，尤其是需要负责距离较长输电量较大的情况下，其还是和GIS有很多关键技术不一样，专业性更高。气体绝缘输电线路因为不用灭弧以及开断，所以制造比较简单，且可以选择不一样的绝缘气体、直径、壁厚，所以更具经济性。以往的架空线路输电容易受到污秽以及恶劣天气的影响，而特高压电网输电等级越来越高，给输电效果带去的影响也不断加大。社会上对电磁环境的关注度不断提升，对市容市貌也提出了更高的要求，输电走廊成为限制电力发展的稀缺资源，特别是想要在人口密集的大城市中使用架空线路方式输电难度加大。
使用电缆输电需要受载流量截面积和最高运行电压制约，在经济以及技术上都达到了极限，如果长时间的运行就会导致散热难度大，电容大等问题。气体绝缘输电线路和架空线路的电气特性差不多，然而因为其是金属封闭感性结构，使用的是管道密封绝缘，所以一般不会受到雨雪冰冻天气以及特殊地形等影响。气体绝缘输电线路一般都不会有电磁影响，因此，不用关注其壳外磁场给人员及设备造成不利影响。气体绝缘输电线路能够科学的应用受限的空间资源，高压超高压大容量电可以进入城市的地下变电所等负荷中心，所以，在人口密集的大城市中使用该方式输电是一种趋势。优点多多，最显著的一个就是有很高的载流量，可以进行大容量传输。另外，电容比高压电缆小很多也是一个优点，适合在长距离情况下进行输电，也不用无功补偿，可以安全运行，具有较大输送容量，和周边环境能够和谐相处，损耗比另外两种输电方式都要少。在建立坚强智能电网上可以将强电输送和信息技术业务结合到一起，其对城市安全、军事战争都有重要作用。且气体绝缘输电线路在外观审美方面也符合要求，可以满足人们对市容的要求，容易安装和维护，不容易出现故障，一般不用检修等，让其在国外和国内都得到了广泛的应用，为现代电力工业发展奠定了坚实的基础。
近年来，随着西电东送、西部大开发战略的落实，国内连续建设了很多大型水电站。在西南，正在建设以及以后5年内准备开工的大中型水电站总装机容量会实现数千万千瓦；在西北，黄河上游拉西瓦水电站已经完成建设。很多大规模的工程在位置选择上一般都会选西部高原地区的深山峡谷中，和中部以及东部的负荷中心距离较远，有很大的机组容量，一般都是采取地下厂房的布置方法，在输送工程上存在较大难度，而要解决这一问题，气体绝缘输电线路就是一个有效方式。国内一些水电站和核电站工程都开始使用气体绝缘输电线路作为进出线方法，比如，大亚湾岭澳核电站500kVGIL工程和拉西瓦水电站800kVGIL工程岭澳核电站（一期）中就应用了550kV气体绝缘输电线路，为其安全可靠运行提供保证。拉西瓦水电站地下厂房工程量大、较为复杂，因此，使用两回800kV气体绝缘输电线路把电能从地下传输到地面出线站，之后和架空线路进行连接，让电能可以进入电网中。
2 GIL的发展
2.1 GIL发展的3个时代
1）第一代GIL采用纯SF6气体作为绝缘介质，充气压力为0.3~0.4MPa。
2）第二代GIL采用体积分数20%SF6-80%N2混合气体作为绝缘介质，充气压力为0.7~0.8MPa。
3）第三代的干燥洁净压缩空气，充气压力为1~1.5MPa。GIL从1970年起开始在全世界范围内投入使用。
第一代GIL采用SF6气体作为绝缘介质，首次应用于德国Schluchseewerke股份公司的Wehr抽水蓄能电站。这条线路电压等级为420kV，额定电流2500A，全长700m，敷设在山体隧道内，通过长约570m的斜井连接发电机与洞顶架空线。到了20世纪90年代，第二代GIL技术诞生。第二代GIL与第一代GIL相比，大大简化了绝缘概念，减少了绝缘材料的使用，使用了新的焊接工艺，同时改善了敷设技术，最重要的是采用了SF6-N2混合气体作为新的绝缘媒介。
因此，第二代GIL的成本比第一代降低了50%以上。之所以能够采用SF6-N2混合气体来作为GIL中的绝缘气体，是因为在GIL的内部没有开关和电弧，没有开断和灭弧的要求，不需要SF6的灭弧性能。因此通过适当增大运行气压，SF6-N2混合气体就能够在一定压力下达到与纯SF6气体相当的绝缘水平。
2000年，第二代GIL技术首次应用于瑞士日内瓦机场旁的Palexpo展厅工程。这条线路额定电压为220kV，全长约450m，架空敷设，单相铝管结构，使用20%的SF6和80%的N2混合气体绝缘。由于SF6是一种很强的温室气体，所以有学者提出不使用SF6气体的绿色节能环保型GIL，并建议采用压缩空气为绝缘媒介来取代SF6，由此诞生了第三代GIL的新概念，即压缩空气绝缘输电线路（compressedairinsulatedtransmissionlines,CAIL）。但是如果要求压缩空气的绝缘强度接近纯SF6气体相当的水平，充气压力将会超过十个大气压（1MPa）以上，不仅会增加制造工艺的难度，同时更不利于设备的稳定运行，对设备的防泄漏水平提出了更加严苛的要求。然而，依据国内有关单位的研究报道，充气压力达到1.5MPa的CAIL，其耐压水平也没有到达要求，显然，CAIL不适合应用于高压或超高压等级，仅可考虑在中压系统的应用。
2.2 SF6与N2混合气体的GIL
考虑到SF6气体具有很强的温室效应，国际上对SF6混合气体的应用研究已开始转为降低SF6气体的排放量。通过对SF6-N2混合气体的击穿场强的研究发现，如果SF6-N2混合气体保持合适的配比，混合气体的耐电强度不比纯SF6气体低太多，SF6含量较低时，混合气体的液化温度降低，使高压电器也可在较高气体压力下适用于高寒地区。此外，SF6-N2混合气体还能降低纯SF6气体放电电压对电场不均匀、金属颗粒及电极表面粗糙度等的敏感性，目前具有良好的应用前景。与纯SF6气体相比，SF6-N2混合气体具有以下优点：
1）减少SF6气体的用量，有利于环保。SF6气体具有很强的温室效应，而目前研究的SF6-N2混合气体中SF6气体的体积分数较低，一般在5%~30%范围内，大大减少了SF6气体的用量。
2）价格便宜，通过混合N2，可以有效降低混合气体的成本。对于气体体积分数为50%SF6-50%N2混合气体而言，与纯净的SF6气体相比，即使提高0.1MPa的气压，仍可降低约40%的成本。对于420kV的GIL，若采用0.55MPa的SF6气体，SF6气体用量约为13.9t/km；若采用0.8MPa的20%SF6和80%N2混合气体，SF6气体用量约为4.0t/km，可节约SF6气体71.2%。
3）液化温度低。由SF6气体的特性可知，SF6气体液化温度很高。当SF6气体在0.7MPa压力下，环境温度下降到−20℃时就会液化。而N2的液化温度很低，在同样的0.7MPa压力下，环境温度下降到−150℃才会液化。所以在加入适量的N2之后，SF6-N2混合气体的液化温度与纯SF6气体相比会降低很多，0.7MPa的20%SF6和80%N2混合气体在环境温度下降为−130℃时才会液化。根据国内外科研院所的理论研究和试验数据可知，在SF6-N2混合气体中，当SF6的气体体积分数从0提高到20%时，混合气体的击穿电压迅速增加，而当气体体积分数超过20%后，击穿电压的增长变得缓慢。因此，在综合考虑各方面因素后，研究者认为用于GIL的SF6-N2混合气体中SF6的气体体积分数宜取在10%~20%范围内。同时，由于在此范围内混合气体的击穿电压低于纯净的SF6气体，因此在不改变GIL产品尺寸的前提下，若要达到相同的绝缘强度，将需要提高混合气体的充气压力。
此外，由于GIL中不含有开断和灭弧功能，因此对于气体绝缘介质而言，其灭弧能力并不用作为一个非常高的要求。这也是在GIL中能够采用该混合气体的一个重要原因。在能够保证GIL绝缘性能与短路能力的前提下，通过使用SF6-N2混合气体，可以大大降低GIL中SF6气体的含量，同时保障电力设备的安全可靠运行。
3结语
综上所述，气体绝缘输电线路和电力电缆等另外两种输电方式相比具有很多的优势，可以满足人们不断增长的电能 需求，对现阶段输配电网络面临进行提升，这就需要合理的 应用，充分发挥出气体绝缘输电线路优势。
参考文献
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