浅析考虑环境适应性的气体绝缘输电线路的研发

许宏颂

摘 要：通过对SF6气体、SF6气体+空气、空气三种方式绝缘的GIL绝缘性能、生产工艺及成本、使用和维护以及对大气环境的影响分析，说明了气体绝缘输电线路少用或不用SF6气体无论从产品性能上或经济成本上都是可行的，是今后的发展方向。

关键词：气体绝缘输电线路 SF6 混合气体 环境适应性 环保

0 引言：气体绝缘输电线路（GIL），虽然从分类角度上看是属于电线电缆行业，但从结构上类似于GIS中的母线，即把导电体密封在充有绝缘气体的筒体中，同时绝缘气体具有一定的压力，因此，此输电线路（GIL）基本不受环境影响，具有输电容量大、占地少、布置灵活、可靠性高、免维护、寿命长等优点，能够在一些场合替代架空线和高压电缆的使用。随着人们生活的提高，人们对环境的美观有了更高的要求，电力设备特别是传统的输电线路对环境的美观造成了一定的影响，而GIL可架空可埋地下，基本对景观没有什么影响。

近年来欧美等发达国家都对GIL进行了研发，并且有产品运行在一些电力工程中。中国GIL起步较晚，近年来由于特大型水电站的建设以及城市电网容量的迅速增长，超高压、特高压得到了迅速发展，进一步带动了GIL的研发。目前，国内外气体绝缘输电线路（GIL）中绝缘气体基本上是SF6气体，少数是SF6与N2的混合气体，由于SF6气体绝缘性能优越，体积可以做得小，因此在GIL得到了广泛应用。

1997年京都会议，通过了温室气体限制方案，2005年2月16日限排温室气体的“京都议定书”正式生效，列入国际规定的6种温室气体中就有SF6气体，SF6气体单位气体量对温室效应的影响是相当大的，在自然界中自然分解的周期很长，因此，基于环境适应性和环保性的两个理念，开发具有环境适应性的环保的气体绝缘输电线路是GIL今后的发展方向。

1 SF6气体、SF6气体+空气、空气三种方式绝缘的GIL绝缘性能分析比较

传统气体绝缘输电线路采用SF6气体或SF6气体+空气（N2）的混合气体，不仅其成本比较高，而且SF6气体对地球大气臭氧层有很强的破坏作用，但SF6气体是一种优良的绝缘介质，其绝缘性能在零表压以下是空气的3倍，为了减少SF6气体的用量，不少科研人员进行了大量的SF6气体和干净干燥空气的混合气体的绝缘特性和开断特性的研究，研究发现，不同比例的SF6气体和空气的混合气体，随着SF6比例的不断减少，混合气体的开断能力不断降低，而绝缘水平降低幅度不是很大，当混合气体中SF6比例降到10%～20%时，仍具有较高的绝缘水平，而GIL产品需要解决的也只是绝缘问题，在一定程度上，混合气体在GIL中的使用，大大地减少了SF6气体的使用量，同时保证了GIL的绝缘强度。本文提出的一种环境适应性的气体绝缘输电线路是用干净干燥的压缩空气或用于干净干燥的压缩空气和少量SF6气体的混合气体取代传统的SF6气体，从而在保证绝缘强度的情况下，可以降低成本的同时有利于环保，压缩空气的工频击穿特性见图一，图中，S为均匀电场间隙宽度，Ub为均匀电场中压缩空气的击穿电压值，有图可见，0.35MPa时，GIL中的空气的介电强度就和一般的绝缘材料的介电强度接近了。

2 SF6气体、SF6气体+空气、空气三种方式绝缘的GIL生产工艺及成本分析比较

下面以550kVGIL为例进行分析为了保证与SF6气体有相当的绝缘水平，SF6+空气的混合气体的工作压力要提高50%左右，这样SF6气体+空气混合气体中的SF6的使用量仅为纯SF6气体的30%，这样就节省了70%的SF6气体，从而节省了不小的材料费，但是混合气体压力的提高，从外壳制造工艺上讲，应选用更好的材料和工艺，外壳材料的厚度要增大20%左右，增加了铝材料的用料成本。而干净干燥的压缩空气的工作压力相比SF6气体要提高2～3倍左右，随着压力的升高，壳体的厚度由SF6气体壳体的6～7mm的壁厚增大到18mm左右因此铝材料成本增加很多，加工工艺也复杂多了，但目前国内的铝加工水平已经很高，这些工艺已经很成熟，加工成本已经下降很多，由于不使用SF6气体，因此没有了充气气体的费用，但所充的干净干燥空气要求比较高，所以空气的处理设备比较昂贵。

3 SF6气体、SF6气体+空气、空气三种方式绝缘的GIL使用维护分析比较

SF6气体GIL：SF6气体随着压力的升高，它的液化温度会提高，见图二，当工作压力在0.4MPa左右时液化温度在-35℃左右，因此在寒冷地区，防止SF6气体液化后丧失绝缘能力是个重要的问题，目前SF6设备一般有二种防液化的方法：最常用的方法是对SF6气体加热，提高SF6的温度，其次是在保证绝缘能力的前提下降低SF6的工作压力。SF6气体GIL补气和回收比较容易。

SF6+空气的混合气体GIL：SF6+空气的混合气体具有较强的耐寒性，虽然总工作压力提高了，但是降低了SF6的分压力，也就是降低了工作温度的下限，从而降低了混合气体的液化温度。混合气体的GIL比较大的问题：第一是回收分离的问题，第二是补气时两种气体比例控制的问题。

干净干燥空气的GIL：具有较强在耐寒性，补气方便，由于是空气，所以不需要回收气体。

4 结语

通过对SF6气体、SF6气体+空气、空气三种方式绝缘的GIL的分析，虽然SF6气体具有优良的绝缘性能，但也有不足的地方：一是对大气环境产生影响，二是低温容易液化，三是SF6气体价格较高，而SF6气体+空气的GIL由于只少量使用SF6气体，因此对环境的影响已大大降低，也不存在低温液化的问题，缺點是回收分离困难和筒体价格增大的问题；纯空气绝缘的GIL由于压力高，对筒体的要求比较高，因此筒体的材料和加工成本较高，综上，目前SF6气体+空气的GIL和干净干燥的空气的GIL是比较环保的GIL，开发价格适中的、环境适应性的气体绝缘输电线路是今后GIL的发展方向。