GIL结构、优势及应用场景有哪些？

GIL 核心是气体绝缘，首个工程已安全运营近 50 年。

GIL(Gas-Insulated Transmission Lines)即气体绝缘输电线路，是一种采用 SF6 等气体绝 缘、外壳与导体同轴布置的高电压、大电流、长距离电力传输设备。GIL 的气体绝缘系 统由绝缘件、导体、铝合金管材外壳以及绝缘气体组成。其中，绝缘件用于将导体固定 于管道系统中心从而保证电场的均匀分布，通常由环氧树脂和填料制成，常用的主要有 支柱绝缘件、盆式绝缘件和气密盆式绝缘件三种；外壳材料为铝板或挤制型材，具有气 密特性的分子结构，同时通过严格的焊接条件保证输电线路的气密性；导体管由铝含 量>99.5%的电气铝制成，电阻和输电损耗低；滑动触头则用于补偿导体电流发热产生的 热膨胀。 GIL 通常由直线模块、转角模块、补偿器模块和隔离模块 4 种标准单元组成。直线模块 是单相绝缘的 GIL 段，可以在隧道内不采取任何外部防腐保护来敷设，其弯曲半径通常 大于 400m，如果需要比直线模块的弹性弯曲更大的转向则需加转角模块。隔离模块用于 分隔气室提升系统安全性，并且在 GIL 调试时连接高压试验设备，需每隔 1000-1500m 进 行放置。补偿器模块则用于补偿外壳管长度方向的热运动，可以吸收 300-400m 的外壳管 热膨胀，通常安装在隧道内，直埋 GIL 无需加装该模块。

GIL 技术在高压输电领域已有近 50 年安全可靠的运行经验。GIL 输电最早于 1975 年被 运用在德国施卢赫湖水电站，该电站对于德国 400kV 输电系统的电压和频率稳定性具有 重要作用，此前采用的充油电缆发生事故并造成重大损失，因此在修复时对绝缘材料的 选择提出了更高要求。SF6具有良好的电气性能，同时还有无毒、惰性且不燃的特点，这 使得 GIL 成为最优解。该工程所采用的 GIL 最高电流可达 2000A，雷电冲击耐受电压 1640kV，在此后近 50 年的运营中未出现过重失效和泄露，也无需进行气体补充，这初步 验证了 GIL 高压输电的长期可靠性。

具体来看，在实际进行输电线缆的选取时，GIL 输电的以下特点往往是重要优势： ① 绝缘气体 SF6性能优良：1）化学性质稳定：SF6 属于惰性气体，本身无毒，超过 700℃ 或在电弧作用下才会分解。一方面，GIL 不具备开断电功能，因此电弧分解风险小。 另一方面，GIL 运行的最高温度由绝缘材料决定，通常在 105-120℃，按照相关标准 规定的可触摸温度，直埋式 GIL 的土壤温度范围是 40-50℃，隧道安装时温度为 60～ 70℃，再加上气体优良的对流传热特性，GIL 壳体内局部过热风险较小。因此，在 实际运用中 SF6 几乎不会发生分解。2）电气性能优异：SF6 具有高灭弧能力和高绝 缘能力，而 GIL 的高灭弧能力是无足轻重的，因此可以部分地通过提高气压的 N2/SF6 混合气体来补偿其绝缘能力。有关研究显示，仅需使 SF6 含量从 0 提升到 20%，其 标幺固有电气强度??? 0 就能从使用纯 N2 时的不到 0.4 提升至 0.69，相同绝缘强度所 需的压力? 0减少一半以上。因此，为节约成本，在实际应用中也有采用混合绝缘气 体的案例。 ② 输电能力强：在高压输电应用中，线缆材料本身和环境都存在最高温度限额。线缆 的输电载流量与最高允许导体温度、周围环境温度、导体电阻等因素有关，输电能 力越强，对于线缆的散热能力和损耗的要求越高，因此高压线常以架空裸线的方式 敷设。GIL 采用 SF6 气体进行绝缘，能够有效降低输电时的温度和损耗，输电能力 大幅提升，这使得超、特高压输电入地成为可能。目前 GIL 技术已能够广泛覆盖 10- 1000kV 各电压等级，最高额定电流可达 8000A，当电流超过 400A 时损耗主要取决 于导体损耗，因此额定电流越高 GIL 输电优势越大。 ③ 安全性高：GIL 外部拥有坚硬的铝外壳，内部由铝、SF6 或混合绝缘气体和环氧树脂 组成，这些原料都具有不可燃特性，不会增加火灾载荷，相比于常规电缆能够有效 降低火灾隐患。 ④ 电磁辐射小：GIL 运行时有完整的接地系统和低阻抗的外壳管，能够产生相当于导 体流经电流 99%的反向感应电流，因此重叠电流产生的剩余磁场非常低，在接地系 统的作用下，电场可近乎为零。得益于此，GIL 与架空线和常规入地电缆相比磁通 量密度最小。

GIL 与其他输电形式相比具有综合优势。目前输电主要用到地下高压电缆、架空线和 GIL。 与另外两种方式相比，GIL 在安全性、线路损耗、额定电流、智能化程度与运维难度上占 优势。尽管因 SF6 的使用以及隧道建设等使得 GIL 工程的短期投入显著高于常规电缆与 架空线，但从全生命周期来看 GIL 更经济。

GIL 应用场景逐渐从发电端拓宽至配电端。随着经济发展，社会用电需求不断增长，带 动发电装机量增长、高压电网建设加速，再加上充电桩布局的提速，对电网的输电能力 和输电安全性提出了新要求，GIL 的使用场景也随之拓展。最初 GIL 主要用于发电厂进 线与架空线和变电站相连接的路段中，如今被广泛用于城市电网架空线入地迁改、工业 园区以及一些复杂、严酷环境的高压输电场景中。

Ⅰ.各类发电站：因 GIL 额定电流大、电压等级高，能够避免使用常规电缆时对电流的多 回路分流，弥补 500kV 以上电缆无法入地的缺憾，最初主要被用在核电站和大型水电站 的进线中，一直以来也是国外大型地下电站的高压引出线的首选方案。

Ⅱ.城市电网：城市电网在建设时主要考虑人居环境的安全性以及工程与城市经济发展的 协调性，近年来随着居民用电量的增加和电车充电等用电场景引入，高电压等级输电成 为刚需，加之城市面貌焕新和架空线整治的推动，GIL 在城市电网的应用空间更加广阔。 一方面，GIL 的绝缘气体化学性质稳定不存在毒害危险，电磁辐射小且所用材料不可燃， 有利于打造安全宜居的城市环境；另一方面，GIL 使用寿命高达 50 年以上，具备全生命 周期成本节约的优势，能够延长城市电缆翻新周期，且线缆入地能够提高城市地面空间 的利用率，改善城市面貌，创造更多的经济效益。因此，我们认为 GIL 是目前城市大容 量输电的最优解。

Ⅲ.工业园区：工业园区包括各类化工工业园、采矿冶金工业园、装配制造工业园、大数 据产业园区等，通常具有人员众多、环境复杂的特点，对于输电安全要求较高，同时园 内用电量大、所需电压等级高，采用 GIL 能够适配其输电容量和安全性要求。

Ⅳ.复杂场景输电：GIL 还用于一些自然环境恶劣、地形复杂、对输电安全性考验大的场 景。2019 年，苏通 GIL 综合管廊工程的投运打造了一个复杂环境下特高压领域的 GIL 应 用范例，该工程隧道长达 5468.5 米，盾构直径 12.07 米，最低点标高-74.83 米，是世界 上电压等级最高、输送容量最大、输电距离最长的 GIL 创新工程。工程建成后形成华东 特高压交流双环网，显著提高地区供电可靠性和安全稳定水平，为特殊环境高电压等级 输电提供优秀范例，也降低了对长江生态环境的影响。

GIL 在各种场景中的长期可靠性已获大量案例验证。40 多年以来，国际上已安装有数百 公里单相长度的 GIL，这些经验表明只要气室内部没有局部放电，GIL 就可以安全运行， 仅有的极个别故障案例与气体绝缘系统内部的局部放电强度增长有关，而即使在内部故 障情况下，GIL 对周围设备也不构成危险。丰富的案例不仅验证了 GIL 在高电压、复杂 环境的输电应用中的长期可靠性，同时也验证了其在城市架空线入地应用中的可靠性。