淺析考慮環境適應性的氣體絕緣輸電線路的研發

許宏頌

摘 要：通過對SF6氣體、SF6氣體+空氣、空氣三種方式絕緣的GIL絕緣性能、生產工藝及成本、使用和維護以及對大氣環境的影響分析，說明了氣體絕緣輸電線路少用或不用SF6氣體無論從產品性能上或經濟成本上都是可行的，是今后的發展方向。

關鍵詞：氣體絕緣輸電線路 SF6 混合氣體 環境適應性 環保

0 引言：氣體絕緣輸電線路（GIL），雖然從分類角度上看是屬于電線電纜行業，但從結構上類似于GIS中的母線，即把導電體密封在充有絕緣氣體的筒體中，同時絕緣氣體具有一定的壓力，因此，此輸電線路（GIL）基本不受環境影響，具有輸電容量大、占地少、布置靈活、可靠性高、免維護、壽命長等優點，能夠在一些場合替代架空線和高壓電纜的使用。隨著人們生活的提高，人們對環境的美觀有了更高的要求，電力設備特別是傳統的輸電線路對環境的美觀造成了一定的影響，而GIL可架空可埋地下，基本對景觀沒有什么影響。

近年來歐美等發達國家都對GIL進行了研發，并且有產品運行在一些電力工程中。中國GIL起步較晚，近年來由于特大型水電站的建設以及城市電網容量的迅速增長，超高壓、特高壓得到了迅速發展，進一步帶動了GIL的研發。目前，國內外氣體絕緣輸電線路（GIL）中絕緣氣體基本上是SF6氣體，少數是SF6與N2的混合氣體，由于SF6氣體絕緣性能優越，體積可以做得小，因此在GIL得到了廣泛應用。

1997年京都會議，通過了溫室氣體限制方案，2005年2月16日限排溫室氣體的“京都議定書”正式生效，列入國際規定的6種溫室氣體中就有SF6氣體，SF6氣體單位氣體量對溫室效應的影響是相當大的，在自然界中自然分解的周期很長，因此，基于環境適應性和環保性的兩個理念，開發具有環境適應性的環保的氣體絕緣輸電線路是GIL今后的發展方向。

1 SF6氣體、SF6氣體+空氣、空氣三種方式絕緣的GIL絕緣性能分析比較

傳統氣體絕緣輸電線路采用SF6氣體或SF6氣體+空氣（N2）的混合氣體，不僅其成本比較高，而且SF6氣體對地球大氣臭氧層有很強的破壞作用，但SF6氣體是一種優良的絕緣介質，其絕緣性能在零表壓以下是空氣的3倍，為了減少SF6氣體的用量，不少科研人員進行了大量的SF6氣體和干凈干燥空氣的混合氣體的絕緣特性和開斷特性的研究，研究發現，不同比例的SF6氣體和空氣的混合氣體，隨著SF6比例的不斷減少，混合氣體的開斷能力不斷降低，而絕緣水平降低幅度不是很大，當混合氣體中SF6比例降到10%～20%時，仍具有較高的絕緣水平，而GIL產品需要解決的也只是絕緣問題，在一定程度上，混合氣體在GIL中的使用，大大地減少了SF6氣體的使用量，同時保證了GIL的絕緣強度。本文提出的一種環境適應性的氣體絕緣輸電線路是用干凈干燥的壓縮空氣或用于干凈干燥的壓縮空氣和少量SF6氣體的混合氣體取代傳統的SF6氣體，從而在保證絕緣強度的情況下，可以降低成本的同時有利于環保，壓縮空氣的工頻擊穿特性見圖一，圖中，S為均勻電場間隙寬度，Ub為均勻電場中壓縮空氣的擊穿電壓值，有圖可見，0.35MPa時，GIL中的空氣的介電強度就和一般的絕緣材料的介電強度接近了。

2 SF6氣體、SF6氣體+空氣、空氣三種方式絕緣的GIL生產工藝及成本分析比較

下面以550kVGIL為例進行分析為了保證與SF6氣體有相當的絕緣水平，SF6+空氣的混合氣體的工作壓力要提高50%左右，這樣SF6氣體+空氣混合氣體中的SF6的使用量僅為純SF6氣體的30%，這樣就節省了70%的SF6氣體，從而節省了不小的材料費，但是混合氣體壓力的提高，從外殼制造工藝上講，應選用更好的材料和工藝，外殼材料的厚度要增大20%左右，增加了鋁材料的用料成本。而干凈干燥的壓縮空氣的工作壓力相比SF6氣體要提高2～3倍左右，隨著壓力的升高，殼體的厚度由SF6氣體殼體的6～7mm的壁厚增大到18mm左右因此鋁材料成本增加很多，加工工藝也復雜多了，但目前國內的鋁加工水平已經很高，這些工藝已經很成熟，加工成本已經下降很多，由于不使用SF6氣體，因此沒有了充氣氣體的費用，但所充的干凈干燥空氣要求比較高，所以空氣的處理設備比較昂貴。

3 SF6氣體、SF6氣體+空氣、空氣三種方式絕緣的GIL使用維護分析比較

SF6氣體GIL：SF6氣體隨著壓力的升高，它的液化溫度會提高，見圖二，當工作壓力在0.4MPa左右時液化溫度在-35℃左右，因此在寒冷地區，防止SF6氣體液化后喪失絕緣能力是個重要的問題，目前SF6設備一般有二種防液化的方法：最常用的方法是對SF6氣體加熱，提高SF6的溫度，其次是在保證絕緣能力的前提下降低SF6的工作壓力。SF6氣體GIL補氣和回收比較容易。

SF6+空氣的混合氣體GIL：SF6+空氣的混合氣體具有較強的耐寒性，雖然總工作壓力提高了，但是降低了SF6的分壓力，也就是降低了工作溫度的下限，從而降低了混合氣體的液化溫度。混合氣體的GIL比較大的問題：第一是回收分離的問題，第二是補氣時兩種氣體比例控制的問題。

干凈干燥空氣的GIL：具有較強在耐寒性，補氣方便，由于是空氣，所以不需要回收氣體。

4 結語

通過對SF6氣體、SF6氣體+空氣、空氣三種方式絕緣的GIL的分析，雖然SF6氣體具有優良的絕緣性能，但也有不足的地方：一是對大氣環境產生影響，二是低溫容易液化，三是SF6氣體價格較高，而SF6氣體+空氣的GIL由于只少量使用SF6氣體，因此對環境的影響已大大降低，也不存在低溫液化的問題，缺點是回收分離困難和筒體價格增大的問題；純空氣絕緣的GIL由于壓力高，對筒體的要求比較高，因此筒體的材料和加工成本較高，綜上，目前SF6氣體+空氣的GIL和干凈干燥的空氣的GIL是比較環保的GIL，開發價格適中的、環境適應性的氣體絕緣輸電線路是今后GIL的發展方向。