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图1GIL的结构示意图Fig.1StructureofGIL
图2架空输电线路、聚乙烯电缆和GIL线路损耗对比
表1架空输电线路、聚乙烯电缆和GIL线路技术经济比较(上海某变电站出线)
目前运行的GIL的额定电压都在110kV及以上,随着电压等级的提高,从绝缘和经济方面,GIL的优势越来越明显。
2)输送容量较大的回路,特别是单回电缆无法满足送出要求。GIL相对多回并联电缆输电回路,在可靠性和经济方面都占优。另外,采用大容量的GIL输电线路,可以简化电站和变电所接线,节省高压开关设备。
3)高落差垂直竖井或斜井中。在高落差垂直竖井或斜井,采用电缆回路需要考虑其安装和运行对落差要求。
4)环境要求高的场所。
GIL的安装和应用场所除了以上这些应用场合之外,还有三个较为特殊的场合。一是全部或部分GIL直接埋入地下的场合;二是GIL的安装场合,在全部或部分在公众可接近的区域;三是GIL线路较长(典型的长度为500m及以上)的场合。这就说明了GIL是一种介于架空线路和电力电缆之间的高电压电力输电设备,是为超长距离、大容量的地下输电线路开发的一种电力设备。
GIL的国内外应用现状
从20世纪七八十年代开始,美国、日本、加拿大、法国、俄罗斯、德国等国家都将GIL投入实用化过程,早在30年前就已经建成世纪的高压输电线路。美国CGIT、西屋,日本三菱电机、东芝、日立、住友电气,包括西门子等公司都能够独立生产并且供应GIL产品。其中,美国的AZZCGIT公司生产的第一代GIL(充SF6气体)应用到美国、加拿大、墨西哥、沙特阿拉伯、韩国、印度、泰国、埃及、澳大利亚包括中国等国家,总长度达到10万单相米以上,电压等级涵盖了110kV、220kV、330kV、500kV、800kV和1200kV,其中500kV的GIL就有4万多单相米,已达到该公司产品种类的40.1%。截止至2006年4月,安装在世界各地的CGIT公司生产的GIL总长度接近143km,达到全世界GIL总长度的1/2。2003—2004年,俄罗斯已将420kV电压等级的环保型压缩空气绝缘输电线路和第一代SF6气体绝缘的GIL技术转让给印度、伊朗等国家。GIL的安全可靠性非常高,在过去30年的运行中从未出现重大故障记录,全球安装总长度已经超过300km[3]。
1972年世界上第一条交流GIL输电系统在美国新泽西州的Hudson电厂落成,该条输电线路电压等级为242kV,载流量1600A,采用美国CGIT公司和麻省理工学院合作开发的技术。美国CGIT公司的产品线涵盖了电压等级115~1200kV、载流量6000A的输电系统,是目前GIL产品市场占有率第一的公司。1975年德国Siemens公司在德国的Wehr抽水蓄能电站建成了欧洲首个GIL输电工程,电压等级400kV,采用斜井式敷设方式,用来连接山顶的架空线路和发电机组[4]。2001年Siemens公司在瑞士日内瓦PALEXPO机场建成了一条长420m的220kV电压等级的GIL线路(见图3),该GIL输电系统首次采用了Siemens公司开发的第2代GIL技术,最突出的改进是绝缘介质采用了体积分数20%SF6和80%N2构成的混合气体,通过适当提高混合气体的气压,可使其绝缘性能与纯SF6相当,且减少SF6的使用量可以有效控制成本和满足环保的要求。日本多家电力公司通过联合研究在1979年和1980年先后开发出电压等级为154kV和275kV的GIL线路。1998年日本建成了世界上最长的GIL线路,即Shinmeika-Tokai线,该输电系统全长3.3km,电压等级275kV,载流量6.3kA,采用隧道安装方式。隧道上层为双回GIL输电线路,下层是为电站提供液化天然气的管道,通过共享安装通道极大地提高了空间利用率[5]。
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