GIL 三支撐自潤滑接地電極的研究

程偉然 馬延柯 龔咪咪 付佳佳 王 磊

（河南平高電氣股份有限公司，河南 平頂山467000）

1 概述

氣體絕緣輸電線路（Gas Insulated transmission Lines，以下簡稱“GIL”）是一種采用氣體絕緣、外殼與導體同軸布置的高電壓、大電流電力傳輸設備，是繼傳統的架空線路和地下電纜之后的新型輸電方式。GIL 具有傳輸容量大、損耗小、不受環境影響、運行可靠、節省占地、安全環保等優點。

GIL 主要應用在水電站電氣連接、特高壓跨江輸電（圖1）等特殊應用場景下，取代常規架空線和高壓電纜，城市綜合管廊，應用場景相對廣泛。

長久以來GIL 核心技術被歐美電力設備公司控制，隨著國內GIL 市場的發展，部分工程采用了一些國產GIL 但是效果不太理想，設備運行中數次出現接地故障，對業主造成了損失，對國產GIL 的推廣造成了一定影響。

據調查，造成接地故障的一個原因就是GIL 用接地電極材質問題，滑動三支撐在熱脹冷縮的過程中相對運動使接地電極產生了粉屑，進而引起接地故障，或者接地電極卡滯，引起局部放電。

2.1 三支撐接地電極結構及其作用

目前，各廠家的接地電極結構各有特點，但是其總體設計思路一般接地電極與彈性結構相連接，保持一定的壓緊力，以確保接地電極受到一定磨損或者筒體圓度有誤差時，接地電極能夠有效接地。三支撐接地電極是GIL 的核心零部件之一，主要作用如下：

2.1.1 避免產生金屬屑，特別是豎井結構，一旦產生較多的金屬屑，很大幾率掉落在絕緣件上，引起接地故障。

2.1.2 避免接地電極與殼體之間卡滯，造成絕緣件受力異常，造成絕緣損傷。

2.1.3 避免接地電極損壞，避免造成微粒捕捉器或者絕緣件嵌件接地不良，進而產生懸浮電位，引發局部放電故障。

圖1 蘇通1100kV GIL

圖2 滑動三支撐和接地電極結構

2 三支撐接地電極研究

GIL 滑動式三支柱共有三個支點呈三角形布置。在筒體下側的兩個支點與筒體內壁接觸，以較小的移動阻力在筒體內支撐導體以適應GIL 運行過程中的熱伸縮現象，如圖2 所示。而頂部支點外端部則設置兩處彈性電氣接點（接地電極），使得微粒捕捉裝置和三支柱絕緣子嵌件始終與筒體同電位。

2.2 目前國內接地電極現狀

GIL 核心技術長期為國外企業壟斷，起自潤滑作用的接地電極同樣長期被國外企業控制且限制出口，前幾年，有部分開關廠嘗試進行國產化，但是效果不甚理想，其主要原因如下：

2.2.1 國外技術壟斷，限制出口。

2.2.2 難以找到接地電極所必須的具有自潤滑材質，一些廠家在開發過程中，發現選用的材質或者是過硬損傷殼體本體；或者是材質過軟，接地電極本身損耗嚴重；或者是材質易脆斷裂，都嚴重影響設備自身運行安全。

2.2.3 因具有自潤滑材質的接地電極，價格遠高于普通紫銅的價格，部分供應商為了節約成本，采用了普通銅質的接地電極。

2.2.4 技術限制，不了解自潤滑接地電極的技術。

2.3 普通銅材質與自潤滑材質接地電極的對比試驗

為了徹底打破國外技術壟斷，掌握核心技術，經過不斷技術攻關，在原材料供應商（天津尚圣科技有限公司）的鼎力支持，經過不斷摸索試制，最終開發成功了國產化的具有自潤滑作用的接地電極。通過苛刻的試驗驗證，發現其性能優于進口材料，并已經應用到了部分工程項目中。

另外，為了徹底了解普通銅材質與自潤滑材質接地電極的性能差異，針對國產化自潤滑材質接地電極（及其不同含量）、普通銅材質接地電極、進口接地電極，性能對比試驗，試驗情況如下表1 及圖3。

表1 驗證試驗

圖3 不同材質試驗結果圖

2.4 試驗結論

2.4.1 一般銅材質的接地電極，在經過20-50 次摩擦后，會產生大量金屬屑，嚴重威脅設備的安全運行。

2.4.2 采用了含自潤滑材質的接地電極，可以有效解決三支撐在運動過程中產生的金屬屑，且不會損傷鋁殼體；但自潤滑材質含量越高，接地電極自身磨損越嚴重，含量越高，對殼體的損傷越大，因此自潤滑材質必須控制在一定范圍內。

2.4.3 國產自潤滑接地電極可以完全取代進口電極。

3 結論

經過相關苛刻試驗，國產化的自潤滑材質接地電極性能完全達到甚至超越進口接地電極性能，可以極其有效解決GIL 滑動三支撐在熱脹冷縮過程中相對運動產生的金屬屑，最大程度的保護GIL 的安全運行。