三相共箱GIL输电技术在110 kV线路安全隐患整改中的应用

常青　栾玉恒　李丽　曲春杰　李新强　何守英

摘 要 提出将110 kV架空线路改造为三相共箱GIL敷设的方案。介绍三相共箱GIL输电技术的结构特点和优势，给出了工程设计方案、GIL管道在线监测系统原理与功能以及现场交接试验项目。经过隐患整改，提高了供电线路的可靠性、安全防护性，实现了110 kV供电的本质安全。

关键词 110 kV输电线路 三相共箱GIL 隐患整改 本质安全

中图分类号 TM75   文献标识码 B   文章编号 1000?3932（2023）02?0256?06

某110 kV变电站中，3回110 kV线路分别为华集线和永华线2路专线以及1路乐兴线T接线，其中1路110 kV单回架空线路下挂1回35 kV线路。

110 kV输电线路进变电所架空区域跨越两处厂区的公共管廊，导致110 kV输电线路的安全距离低于GB 50545—2010《110kV～750kV架空输电线路设计规范》规定的最低离地安全距离。因此，在该处管廊作业或者巡检时会有触电的风险；如果该处输电线路断裂掉落在管廊，还存在管廊管线内可燃物着火的危险，故有较大的安全隐患；同时架空输电线路距离一级重大危险源液化烃罐区距离较近，也存在一定的安全风险。为消除安全隐患实现本质安全，对110 kV架空线路进行改造优化是十分必要的，为此笔者将110 kV架空线路改造为三相共箱GIL敷设，以实现110 kV输电线路的本质安全。

1 三相共箱GIL结构特点

气体绝缘金属封闭输电线路（Gas Insulated Metal Enclosed Transmission Line，GIL）由壳体、导体、三支撑等部件组成，具有输电容量大、损耗低、占地小、布置灵活、可靠性高、安全防护性好、免维护、寿命长及环境影响小等优点。三支撑采用环氧树脂材料，起支撑导体和绝缘的作用。壳体采用高导电率、耐腐蚀的铝合金管材，内部充有绝缘性能优良的SF6气体。每个GIL单元内部包括3根导体，导体采用较高导电率的铝合金管材。GIL单元由直段单元、转角单元、隔室/补偿/可拆卸单元及套管单元等组成，采用标准模块化设计，标准化程度高，工程应用方便，转角单元可实现90～179°的角度变化，工程适用性强。

2 三相共箱GIL的优势

三相共箱GIL相对分相GIL的优势包括以下5点：

a. 降低关键部件质量风险。在同等质量水平下，三相共箱的关键部件数量为分相的1/3，产品故障概率可降低至33%。

b. 缩短安装工期。本项目若采用分相GIL结构，则共计750个单元，而采用三相共箱结构，则为240个单元，以一个工作面每天安装9个单元计算，安装周期可以减少57天，可大幅缩短安装周期。

c. 降低运行损耗、响应“碳达峰”。三相共箱GIL内部导体呈品字形布置，三相导体对筒体产生的感应电流相互抵消，外壳涡流损耗较小，运行损耗大幅降低，损耗比分相结构降低34%。

d. 占用空间小。采用三相共箱GIL相对于分相GIL可节约50%的空间，可大幅降低土建成本。

e. 运维费用低。二次元件的寿命大约10年，三相共箱GIL所需的二次监测传感器数量约为分相的1/3，故可减少约67%的运维费用。

3 工程设计

整体GIL工程设计总路径约710 m，双回GIL共约1 596 m。整个GIL按照ASME B31.1动力管道柔性设计，GIL管道在温度、地震、重力及内压等工况下的应力均在许用应力之下，保证使用的可靠性。

3.1 GIL管道断面设计

GIL管道下方的通过尺寸不小于2 500 mm，两回GIL管道间距800 mm，如图1所示。

长距离跨路、跨管廊共计3处，采用桁架支撑GIL管道，跨越高度分别为8、12 m。

3.2 跨化工管廊、跨路设计

笔者所提跨化工管廊处的设计方案如图2所示，其中桁架跨距为22.7 m，跨越12 m高的化工管道和道路。

跨路设计方案如图3所示，最长桁架跨距为27 m（两处），跨越路边大范围的地下管道及道路。

3.3 直段布置

直段布置方案如图4所示，根据路径走势，长直线段一般100 m左右，在水平或垂直拐弯处设置一组角向伸缩节，通过角向伸缩节的角度偏转来吸收长直段的热胀冷缩。角向伸缩节原理如图5所示。

3.4 GIL管道气室设计

整体GIL气室共划分成16个。单个气室的气体回收时间小于3 h，气室设置得合理既可以达到快速检修的目的又可以合理降低工作量，能够很好地平衡气室大小和检修时间的冲突。同时，配合带有变送器的密度继电器还可以将气室的密度、温度同步传输到控制室，方便监控及运维。

3.5 接地设计

所有外壳均采用多点接地方式，其截面应能承受长期通过的最大感应电流和接地短路电流。气体绝缘金属封闭输电线路宜设置专用的接地母线。所有外壳接地引线应直接接在接地母线上。接地母线与地网连接线截面应按最大单相短路电流的70%进行选择。接地电极的设计应考虑系统中所处位置的最大接地故障电流、故障持续时间和土壤电阻率，同时考虑在安装及故障情况下可能出现的机械应力，接地电极的材料应做防腐处理。在短路情况下，外壳上会有电压降。为将此电压保持在安全范围内以确保人身安全，将GIL与主接地网连接，并沿着GIL单元长度方向上进行周期性接地。

3.6 接口设计

GIL管道北端采用套管和架空线连接，南端通过套管及架空線和GIS套管连接。

4 GIL管道在线监测系统

4.1 SF6微水密度在线监测系统

SF6微水密度在线监测系统（图6）负责长期在线监测SF6气体的密度、温度及其变化趋势，当气体密度下降或微水含量超标时会发出报警信号。气体密度报警值由GIL厂家设定，运行时微水含量小于500 μL/L。同时，GIL本体也装有密度继电器，显示温度补偿后的SF6气体压力。

4.2 GIL管道位移在线监测系统

GIL管道位移在线监测系统（图7）中的位移传感器用于监测GIL运行过程中GIL壳体的热胀冷缩位移情况，监测点的位移实时在计算机显示，当位移超过设定值时发出报警信号，由运维检修人员处理。

4.3 GIL管道故障定位在线监测系统

GIL发生内部故障时会产生超声信号，GIL管道故障定位在线监测系统通过压电式超声波传感器采集故障电弧放电時产生的超声波信号，通过寻找最大幅值的超声信号或是测量两个传感器之间的时延来确定故障位置，从而可以快速定位并开展检修工作。GIL管道故障定位在线监测系统原理如图8所示。

5 现场试验项目及要求

为了确认GIL在经过运输、储存、现场安装或调整等过程后是否存在损坏、各个单元是否兼容、装配是否正确等，GIL安装后应按照DL/T 304—2011《气体绝缘金属封闭输电线路现场交接试验导则》以及GB/T 22383—2017《额定电压72.5 kV及以上刚性气体绝缘输电线路》的要求进行现场交接试验，现场试验项目及要求见表1。

6 结束语

110 kV三相共箱GIL项目的设计、设备制造、土建施工、现场设备安装、现场试验和设备投用仅用了4个月时间，利用全厂装置大检修期间进行现场施工，仅用30天时间便完成了全部设备安装、试验及投运工作。该项目于2022年5月正式投运，目前运行状况良好。该项目使用的110 kV三相共箱GIL线路供电技术，为石油化工行业供电线路的安全隐患整改提供了一种新型输电方式，极大地提高了厂区内的输变电安全性及可靠性，实现了供电线路的本质安全。

（收稿日期：2022-09-14，修回日期：2023-02-13）

作者简介：常青（1986-），工程师，从事石油化工仪表自动化专业技术管理工作，lnshcq0701@163.com。

引用本文：常青，栾玉恒，李丽，等.三相共箱GIL输电技术在110 kV线路安全隐患整改中的应用［J］.化工自动化及仪表，2023，50（2）：256-261.