刚性气体绝缘输电线路_GIL_市场与技术探讨_王晋根

刚性气体绝缘输电线路（GIL），以前也称为气体绝缘管道电缆（GIC），尽管从分类角度看是属于电线电缆行业，但从结构和工艺看与传统的电缆完全不一样，而与高压开关行业的GIS母线技术和发电机端金属封闭母线有着类似的结构和工艺，GIS母线也可以说是一种特殊的GIL，因此GIL的IEC标准和国标都是由高压开关标委会起草的，并负责专业归口管理。

GIL的市场也引起高压开关行业的关心和重视，本文就GIL的市场和技术方向谈一点看法。

电力电缆的绝缘介质性能比较油纸绝缘是电力电缆的传统绝缘介质，但老化特性不好，散热差，不宜于敷设高落差大容量场合，且介质损耗因素差，防水性能差，维护复杂，是正在淘汰的产品。

目前中高压电缆中交联聚乙烯电缆使用量大，但发展到超特高压有困难，其绝缘老化特性一直受到电力部门的怀疑。

最近气体绝缘型电缆受到人们关注，SF6气体绝缘性能好，3个大气压的绝缘强度相当于矿物油绝缘强度，一个大气压的SF6气体绝缘强度相当于一个大气压空气的3倍。

5个大气压的SF6气体绝缘强度，如果压缩空气要达到这个绝缘强度，则压缩空气气压要达到20个大气压以上，电缆管道要用较高压力容器制造技术。

因此国际上“气体绝缘输电线路”采用介质的趋势是SF6或SF6＋N2的混合气体。

特高压输电与GIL/GIS自上世纪六十年代起，随着国际上电网装机容量迅速增加，大容量水电站开发，城市电网负荷密度快速提升，各国着力研究提升输电电压（包括特高压），以实现大范围电网互联及远距离大容量输电。

前苏联于1985年建成了埃基巴斯图至库斯塔奈1150kV约近千公里特高压输电线，运行五年后，因苏联解体及经济等因素影响而降到500kV运行。

日本拟建福岛-柏崎至东京的1050kV三相特高压输电线路，设备已经全电压大电流考核，已建426km线路，目前仍降压至500kV运行。

美国于1974年就建成1000kV至1500kV三相特高压试验线段，技术已趋成熟，由于环保方面原因一直没有建特高压正式线路。

意大利已建过1050kV特高压试验线段，但没有建正式线路。

中国于2008年底建成了晋东南-南阳至荆门600多km的1050kV特高压工业性试验线路，成功运行至今。

近几十年，许多国家在特高压领域做了大量工作，但一些国家至今没有实施，其主要原因如下：1．世界电网容量还不够大，大范围电网联网还不迫切；2．为避开超特高压输电，电源分布建设，离负荷点近；3．特高压敞开式变电站及架空线的高强度低频电磁波辐射，对生物生理功能有较大影响，但一直没有很好解决。

当年俄罗斯对已建特高压敞开式变电站，巡视走廊电场强度控制在5kV/m，变电站其他地方为每王晋根刚性气体绝缘输电线路（ＧＩＬ）市场与技术探讨米15kV～20kV，架空线经过人口稠密地区控制在12kV至15kV。

日本拟控制在3kV/m。

现在中国特高压变电站均采用GIS及HGIS，而线路仍采用架空线，但如用GIL因极少电磁辐射就可完满解决。

目前国际上为了提高电网的效益对大电网互联有积极性，中国迫切要求解决西电东送及区域电网联网，需发展交直流特高压输电。

俄罗斯有兴趣与中国联网，西欧要与东欧、北非联网，也要采用特高压输电。

其他国家如美国、日本也有能力发展特高压输电，而特高压输电，解决电磁辐射环境问题，最好办法是采用GIS和GIL。

GIL的技术特点和交联聚乙烯电缆的比较GIL（SF6）已经发展到特高压（1200kV）水平，这种输电线路是唯一可以在自然冷却条件下传输特大容量电力（一回输400万千瓦以上）的线路，GIL 有如下一些技术特点：1)介质损耗因素极低，导体截面容易做大，因此可以在特高压传输特大容量电力；2)对电磁干扰有较好屏蔽作用；3)电容电流小，可以长距离输送电力；4)可用于高落差敷设安装；5)防火性能优良；6)运行维护简单。

由于有以上优点，目前GIL技术开发比较快，在超特高压领域，345kV、400kV、500kV及800kV 均已开发成功并已投入商业运行，1200kV GIL已在美国投运。

Waltzmill早在1986年已完成高电场热循环长期运行试验，其雷电冲击绝缘水平约2175kV，刚性结构，内外导体均为铝管，SF6气体压力0.45Mpa，内导体直径279mm，外导体为皱纹铝管，其内径为711mm。

因此从目前技术进展看，国外一些大电气公司制造特高压GIL已无技术困难，GIL的运行可靠性已被证实。

中国GIS生产厂也应研发生产GIL。

目前超高压电缆中，油纸绝缘是淘汰产品，目前用的比较多的是交联聚乙稀电缆和GIL。

500kV 交联聚乙稀电缆于上世纪九十年代开发成功，刚开始价格比GIL低，所以使用还比较多，但相比GIL，损耗大，载流能力低，电容电流高，难以送得更远。

且随着GIL生产技术进步，其技术经济指标日益上升，近来GIL市场逐步上升。

下面举一个金沙江溪洛渡水电站例子来说明。

而GIL500kV，800m2截面额定电流4500A，显著高于聚乙稀电缆相同截面载流（1250A）。

GIL已成功开发8000A规格，聚乙稀电缆截面做大后，制造、运输、安装都很困难，在这方面GIL有明显优势。

目前GIL的单相米价格已从6～7万元降到2万元。

从上表可以看出，GIL总价仅为XLPE乙稀电缆的61%，加上运行损耗低，维护方便，因此用户更喜欢选择GIL。

核电站也有加快采用GIL的意向。

最近核电设计归口部门介绍，今后核电主变（TA）至GIS开关站（TB）之间的500kV导体将采用GIL。

其理由为：采用架空输电线受外部环境影响大，运行可靠性大大低于GIL，虽然GIL投资费用高，但占地面积小，布置灵活，运行可靠，维护方便，具有架空输电线不可比拟的优越性。

目前，超特高压GIL技术有下面一些问题尚需要完善：1)采用三维电场计算技术，优化绝缘支撑件设计，改进材料工艺及金属嵌件，提高绝缘性能；2)提高绝缘气体净化技术及改进金属粒陷阱捕获装置设计；3)完善内导体及外导体内表面优良光洁度处理技术；4)SF6气体密封及捡漏技术；5)单元GIL（一般12m~18m）的插接技术及外导体自动焊接技术及用螺钉将单元拼装密封技术；6)电缆终端及各种特殊单元（如转角单元、曲线形单元、伸缩单元及塞止单元的设计与制造）。

历史回顾美国是最早开发GIL的国家之一，早在1972年伟斯特堡气体绝缘母线公司（现名AZZ公司，已被ABB兼并）生产了242kV/600A长44m的GIL。

美国HUDSONGEN.NJ公司在1981年和1984年生产了1200kV/5000A单相长度为90m及330m的GIL，并于1986年通过了高电场热循环长期运行试验。

美国还生产了用于BALSAmMeadow抽水蓄能电站最高垂直305m的500kVGIL。

德国西门子于上世纪70年就开发成功了420kVGIL，目前已累计生产运行高压和超高压GIL150km。

另外ABB、法国阿海法等公司也生产了一些GIL。

据IEC/PFS GIS分专委2004年统计，全世界已有73~1200kV已投入运行总长度约198km，据此推算目前已投入运行GIL会有300多km。

由于GIL的生产技术日趋成熟，运行经验日益丰富，IEC17C分专委于1998年起草颁布了IEC61640-1998“72.5kV及以上刚性气体绝缘输电线路”的国际标准。

中国也于2008年颁布了国标: GB/T22383-2008，等效采用了IEC标准，这为GIL 的生产和使用提供了坚实基础。

一些国家电力部门已拟订GIL用于大城市电网发展规划，如法国拟建400kV地下100kmGIL输电网，俄国拟建莫斯科GIL 超高压环网。

可以预见GIL是国际上特大城市的地下超高压输电网的唯一可行方案。

GIL市场趋势架空输电线由于受苛酷自然环境影响，如台风、飓风、重污秽、沙尘暴、建筑施工、运输等外力影响而造成断线、停电，影响电网供电可靠性。

城市电网电缆化、架空线绝缘化是城市电网发展方向之一。

在发电机单机30万kW以上，母线侧装发电机断路器很贵，又常常需要进口，为了发电机安全运行，国内一些电力设计院倾向于在发电机端和升压站间采用金属封闭母线，额定电压36kV以下，额定电流可以高达1~2万安，采用一般金属封闭母线就可以了。

对于超特高压情况，如超高压地下变电站、大型水电站、大型梯级水电站、大型煤电基地，大电厂间超高压升压站及联络线，高海拔、重污秽等严酷环境条件，由于GIL可适用于超特高压大容量输电联络线、高落差敷设、可屏蔽电磁干扰、介电损耗因素低等优点采用GIL是比较合理的。

从国外看，超高压GIL已进入较快市场开拓阶段，美国、欧洲和日本的超高压GIL用得比较多，美国、日本采用纯SF6气体，而西门子采用20% SF6＋80%N2(0.7Mpa)混合气体。

全世界已运行GIL 有300多km，西门子已运行GIL近150km，最长运行时间已有30年，运行中没有补气，也没有发生事故、气体绝缘老化不明显，环氧浇注件没有发现异常。

从发展趋势看，油纸绝缘电缆由于介电损耗因素高、损耗大、发热缘故受制约，再加上不适于高落差场合敷设，使用也受到了限制。

目前城市电网扩容、超高压电缆进城，建设地下超高压变电站需要，交联聚乙烯电缆用得不少，但损耗大，容量做不大，可靠性不如GIL，目前受到了一定的限制，超高压GIL使用将日趋增多。

目前由于GIL工艺较复杂，投资成本较高，对于长距离输电，GIL经济性不好而受到制约，今后随着GIL工艺完善，较长距离GIL使用（如几百公里）还是有可能的。

目前近距离(如几公里\十几公里)GIL的技术经济指标已优于交联聚乙烯。

随着GIL技术逐渐成熟，从1992年天生桥水电站开始，中国一些重点电力工程已有不少采用该技术。

中国已进入特高压输电发展阶段（交流1000kV；直流±800kV），正开发特大型水电站，大煤电基地、城市电网容量迅速增长，已有特大城市在建设500kV地下变电站，据说正在上超高压GIL。

我国高海拔、重污秽等苛酷环境也比较严重，今后特高压输电线穿越人口稠密或环境严酷地区，完全可以局部采用GIL，因此我国超特高压GIL市场前景看好。

目前中国市场可归纳为以下几点:1)大容量水电站\核电站\火电站及超高压大容量地下变电站的出（进）口;2)进入特大城市，容量大、安全、可靠地下超高压输电网;3）特高压架空线过人囗稠密地段局部以GIL 代替;4）苛酷环境条件过境线路(如高海拔、重污秽、沙尘区);5）远景看交直流特高压大容量长距离输电线。

可以预测，今后3年内我国重点电力工程会加快采用GIL，每年平均可新增GIL约20km。

目前GIL的技术工艺水平，还处在部分或大部分替代超高压电缆，今后生产工艺水平进一步提高，其技术经济指标可以接近架空线，超特高压输电线路部分采用GIL，则GIL市场将会有突破性的发展。