常青　欒玉恒　李麗　曲春杰　李新強(qiáng)　何守英

摘 要 提出將110 kV架空線路改造為三相共箱GIL敷設(shè)的方案。介紹三相共箱GIL輸電技術(shù)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，給出了工程設(shè)計(jì)方案、GIL管道在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理與功能以及現(xiàn)場(chǎng)交接試驗(yàn)項(xiàng)目。經(jīng)過(guò)隱患整改，提高了供電線路的可靠性、安全防護(hù)性，實(shí)現(xiàn)了110 kV供電的本質(zhì)安全。

關(guān)鍵詞 110 kV輸電線路 三相共箱GIL 隱患整改 本質(zhì)安全

中圖分類(lèi)號(hào) TM75? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 B? ?文章編號(hào) 1000?3932（2023）02?0256?06

某110 kV變電站中，3回110 kV線路分別為華集線和永華線2路專(zhuān)線以及1路樂(lè)興線T接線，其中1路110 kV單回架空線路下掛1回35 kV線路。

110 kV輸電線路進(jìn)變電所架空區(qū)域跨越兩處廠區(qū)的公共管廊，導(dǎo)致110 kV輸電線路的安全距離低于GB 50545—2010《110kV～750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的最低離地安全距離。因此，在該處管廊作業(yè)或者巡檢時(shí)會(huì)有觸電的風(fēng)險(xiǎn)；如果該處輸電線路斷裂掉落在管廊，還存在管廊管線內(nèi)可燃物著火的危險(xiǎn)，故有較大的安全隱患；同時(shí)架空輸電線路距離一級(jí)重大危險(xiǎn)源液化烴罐區(qū)距離較近，也存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。為消除安全隱患實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全，對(duì)110 kV架空線路進(jìn)行改造優(yōu)化是十分必要的，為此筆者將110 kV架空線路改造為三相共箱GIL敷設(shè)，以實(shí)現(xiàn)110 kV輸電線路的本質(zhì)安全。

1 三相共箱GIL結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

氣體絕緣金屬封閉輸電線路（Gas Insulated Metal Enclosed Transmission Line，GIL）由殼體、導(dǎo)體、三支撐等部件組成，具有輸電容量大、損耗低、占地小、布置靈活、可靠性高、安全防護(hù)性好、免維護(hù)、壽命長(zhǎng)及環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)。三支撐采用環(huán)氧樹(shù)脂材料，起支撐導(dǎo)體和絕緣的作用。殼體采用高導(dǎo)電率、耐腐蝕的鋁合金管材，內(nèi)部充有絕緣性能優(yōu)良的SF6氣體。每個(gè)GIL單元內(nèi)部包括3根導(dǎo)體，導(dǎo)體采用較高導(dǎo)電率的鋁合金管材。GIL單元由直段單元、轉(zhuǎn)角單元、隔室/補(bǔ)償/可拆卸單元及套管單元等組成，采用標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，工程應(yīng)用方便，轉(zhuǎn)角單元可實(shí)現(xiàn)90～179°的角度變化，工程適用性強(qiáng)。

2 三相共箱GIL的優(yōu)勢(shì)

三相共箱GIL相對(duì)分相GIL的優(yōu)勢(shì)包括以下5點(diǎn)：

a. 降低關(guān)鍵部件質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。在同等質(zhì)量水平下，三相共箱的關(guān)鍵部件數(shù)量為分相的1/3，產(chǎn)品故障概率可降低至33%。

b. 縮短安裝工期。本項(xiàng)目若采用分相GIL結(jié)構(gòu)，則共計(jì)750個(gè)單元，而采用三相共箱結(jié)構(gòu)，則為240個(gè)單元，以一個(gè)工作面每天安裝9個(gè)單元計(jì)算，安裝周期可以減少57天，可大幅縮短安裝周期。

c. 降低運(yùn)行損耗、響應(yīng)“碳達(dá)峰”。三相共箱GIL內(nèi)部導(dǎo)體呈品字形布置，三相導(dǎo)體對(duì)筒體產(chǎn)生的感應(yīng)電流相互抵消，外殼渦流損耗較小，運(yùn)行損耗大幅降低，損耗比分相結(jié)構(gòu)降低34%。

d. 占用空間小。采用三相共箱GIL相對(duì)于分相GIL可節(jié)約50%的空間，可大幅降低土建成本。

e. 運(yùn)維費(fèi)用低。二次元件的壽命大約10年，三相共箱GIL所需的二次監(jiān)測(cè)傳感器數(shù)量約為分相的1/3，故可減少約67%的運(yùn)維費(fèi)用。

3 工程設(shè)計(jì)

整體GIL工程設(shè)計(jì)總路徑約710 m，雙回GIL共約1 596 m。整個(gè)GIL按照ASME B31.1動(dòng)力管道柔性設(shè)計(jì)，GIL管道在溫度、地震、重力及內(nèi)壓等工況下的應(yīng)力均在許用應(yīng)力之下，保證使用的可靠性。

3.1 GIL管道斷面設(shè)計(jì)

GIL管道下方的通過(guò)尺寸不小于2 500 mm，兩回GIL管道間距800 mm，如圖1所示。

長(zhǎng)距離跨路、跨管廊共計(jì)3處，采用桁架支撐GIL管道，跨越高度分別為8、12 m。

3.2 跨化工管廊、跨路設(shè)計(jì)

筆者所提跨化工管廊處的設(shè)計(jì)方案如圖2所示，其中桁架跨距為22.7 m，跨越12 m高的化工管道和道路。

跨路設(shè)計(jì)方案如圖3所示，最長(zhǎng)桁架跨距為27 m（兩處），跨越路邊大范圍的地下管道及道路。

3.3 直段布置

直段布置方案如圖4所示，根據(jù)路徑走勢(shì)，長(zhǎng)直線段一般100 m左右，在水平或垂直拐彎處設(shè)置一組角向伸縮節(jié)，通過(guò)角向伸縮節(jié)的角度偏轉(zhuǎn)來(lái)吸收長(zhǎng)直段的熱脹冷縮。角向伸縮節(jié)原理如圖5所示。

3.4 GIL管道氣室設(shè)計(jì)

整體GIL氣室共劃分成16個(gè)。單個(gè)氣室的氣體回收時(shí)間小于3 h，氣室設(shè)置得合理既可以達(dá)到快速檢修的目的又可以合理降低工作量，能夠很好地平衡氣室大小和檢修時(shí)間的沖突。同時(shí)，配合帶有變送器的密度繼電器還可以將氣室的密度、溫度同步傳輸?shù)娇刂剖遥奖惚O(jiān)控及運(yùn)維。

3.5 接地設(shè)計(jì)

所有外殼均采用多點(diǎn)接地方式，其截面應(yīng)能承受長(zhǎng)期通過(guò)的最大感應(yīng)電流和接地短路電流。氣體絕緣金屬封閉輸電線路宜設(shè)置專(zhuān)用的接地母線。所有外殼接地引線應(yīng)直接接在接地母線上。接地母線與地網(wǎng)連接線截面應(yīng)按最大單相短路電流的70%進(jìn)行選擇。接地電極的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮系統(tǒng)中所處位置的最大接地故障電流、故障持續(xù)時(shí)間和土壤電阻率，同時(shí)考慮在安裝及故障情況下可能出現(xiàn)的機(jī)械應(yīng)力，接地電極的材料應(yīng)做防腐處理。在短路情況下，外殼上會(huì)有電壓降。為將此電壓保持在安全范圍內(nèi)以確保人身安全，將GIL與主接地網(wǎng)連接，并沿著GIL單元長(zhǎng)度方向上進(jìn)行周期性接地。

3.6 接口設(shè)計(jì)

GIL管道北端采用套管和架空線連接，南端通過(guò)套管及架空線和GIS套管連接。

4 GIL管道在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

4.1 SF6微水密度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

SF6微水密度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（圖6）負(fù)責(zé)長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)SF6氣體的密度、溫度及其變化趨勢(shì)，當(dāng)氣體密度下降或微水含量超標(biāo)時(shí)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。氣體密度報(bào)警值由GIL廠家設(shè)定，運(yùn)行時(shí)微水含量小于500 μL/L。同時(shí)，GIL本體也裝有密度繼電器，顯示溫度補(bǔ)償后的SF6氣體壓力。

4.2 GIL管道位移在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

GIL管道位移在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（圖7）中的位移傳感器用于監(jiān)測(cè)GIL運(yùn)行過(guò)程中GIL殼體的熱脹冷縮位移情況，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移實(shí)時(shí)在計(jì)算機(jī)顯示，當(dāng)位移超過(guò)設(shè)定值時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，由運(yùn)維檢修人員處理。

4.3 GIL管道故障定位在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

GIL發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)會(huì)產(chǎn)生超聲信號(hào)，GIL管道故障定位在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)壓電式超聲波傳感器采集故障電弧放電時(shí)產(chǎn)生的超聲波信號(hào)，通過(guò)尋找最大幅值的超聲信號(hào)或是測(cè)量?jī)蓚€(gè)傳感器之間的時(shí)延來(lái)確定故障位置，從而可以快速定位并開(kāi)展檢修工作。GIL管道故障定位在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理如圖8所示。

5 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)項(xiàng)目及要求

為了確認(rèn)GIL在經(jīng)過(guò)運(yùn)輸、儲(chǔ)存、現(xiàn)場(chǎng)安裝或調(diào)整等過(guò)程后是否存在損壞、各個(gè)單元是否兼容、裝配是否正確等，GIL安裝后應(yīng)按照DL/T 304—2011《氣體絕緣金屬封閉輸電線路現(xiàn)場(chǎng)交接試驗(yàn)導(dǎo)則》以及GB/T 22383—2017《額定電壓72.5 kV及以上剛性氣體絕緣輸電線路》的要求進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)交接試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)項(xiàng)目及要求見(jiàn)表1。

6 結(jié)束語(yǔ)

110 kV三相共箱GIL項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、土建施工、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安裝、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和設(shè)備投用僅用了4個(gè)月時(shí)間，利用全廠裝置大檢修期間進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工，僅用30天時(shí)間便完成了全部設(shè)備安裝、試驗(yàn)及投運(yùn)工作。該項(xiàng)目于2022年5月正式投運(yùn)，目前運(yùn)行狀況良好。該項(xiàng)目使用的110 kV三相共箱GIL線路供電技術(shù)，為石油化工行業(yè)供電線路的安全隱患整改提供了一種新型輸電方式，極大地提高了廠區(qū)內(nèi)的輸變電安全性及可靠性，實(shí)現(xiàn)了供電線路的本質(zhì)安全。

（收稿日期：2022-09-14，修回日期：2023-02-13）

作者簡(jiǎn)介：常青（1986-），工程師，從事石油化工儀表自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)技術(shù)管理工作，lnshcq0701@163.com。

引用本文：常青，欒玉恒，李麗，等.三相共箱GIL輸電技術(shù)在110 kV線路安全隱患整改中的應(yīng)用［J］.化工自動(dòng)化及儀表，2023，50（2）：256-261.