特高压交流GIL伸缩节损耗分析及结构改进

特高压交流GIL伸缩节损耗分析及结构改进

李鑫

（西安高压电器研究院有限责任公司陕西西安710077）

摘要：本文通过对特高压交流GIL伸缩节损耗进行分析，根据特高压交流GIL的固有特点，关注损耗影响，如输电损耗和相对磁导率进行分析，引出关于伸缩节损耗的情况与计算结果的统计，最后，提出结构改进策略，以此改进特高压交流GIL伸缩节损耗结构。

关键词：特高压交流GIL；伸缩节损耗；结构改进

1.前言

在特高压交流GIL伸缩节损耗过程中，我们要充分注意输电损耗和相对磁导率可能会对损耗有着一定影响，将损耗的算法应用到实际数据分析中，得出导线的截面积，进行特高压交流和直流技术的经济性研究，并提出结构改进策略。

2.特高压交流GIL概述

2.1特高压交流GIL特点

气体绝缘金属封闭输电线路是一种采用高压气体绝缘，其外壳和导体同轴布置的高电压、大电流电力传输装备。其电气特性与架空线路相似，损耗小，安全防护性能好，空间小，不受天气影响，运行可靠，传输容量大，电容量小。它具有可靠性高、使用寿命长、传输能力强、损耗低、安全环保、抗震性强、适应大落差传输等特点。1000kV特高压苏州到南通跨江输电采用GIL管廊输电方式，伸缩节主要用于补偿吸收管在轴向、模向和角向的热膨胀和冷收缩引起的膨胀变形。

3.特高压交流GIL伸缩节损耗分析

GIL伸缩节各部分简要介绍及各部分损耗所占比例分析，引出伸缩节损耗内容外侧导流铝排的电导率远大于不锈钢波纹管，因而大部分电流还是流过铝排回流，并在边缘呈现集肤效应。在伸缩节的中部位置截取截面，通过积分统计，流经波纹管壳体的电流有效值为222.49A，大约占总体的3.19%

GIL伸缩节各部分损耗及所占比例

3.1计算结果统计

中心导体截面小，电流大，热损失最严重。由于集肤效应，导排的边缘位置损失有较大的热损失：伸缩节的伸缩部分，无论是磁性的还是非磁性的，都有较大的损失。这表明，这部分损耗主要是由电流的欧姆损耗引起的。虽然电流不大，但波纹部分的结构是曲折的。由于不锈钢的横截面积小，导电率低，不锈钢波纹部分损失较大。

3.2技术经济性分析

3.3相对磁导率分析

由于冷加工时的形变，伸缩节的主体波纹管部分不锈钢材料从无磁的奥氏体转变为具有铁磁性的马氏体，材料相对磁导率的变化与形变大小有关。通过使用永磁铁吸引比较，波纹处向内凹陷处基本无磁性，向外凸起部分有一定的磁性，相对磁导率小于铸铁（拉杆）。这种由于加工造成的材料：磁导率变化对伸缩节各部分损耗的影响程度需要进一步具体分析。

随着伸缩节磁性部分材料的磁导率的增加，中心导体和导杆的损耗基本不变，而非磁性部分、磁性部分和伸缩节拉杆的损耗增加，伸缩节磁性部分的损耗增加最为显著。直截了当。这是因为伸缩节磁性部分的磁导率的增加会增加伸缩节外壳上的感应电流，从而导致损耗的显著增加。计算表明，伸缩节加工引起的材料渗透性的增加对中心导体和导排的损耗影响不大，但对伸缩节壳体的损耗影响较大。当伸缩节磁性部分的相对磁导率从1增加到200时，伸缩节损耗率（磁性部分和非磁性部分之和）将从22.5%增加到50.5%。事实上，伸缩节磁性部分的相对磁导率并不是很高。然而，这种变化对伸缩节壳体损失的影响是不容忽视的。

4.特高压交流GIL伸缩节损耗结构改进

4.1总截面改进

输电线路导线总截面的选择对整个工程在全寿命期的综合经济效益至关重要。在工程可行性研究阶段、应重点考虑损耗时间对导线选择的影响。长期作用下的直流输电系统导线的经济电流密度应在Q5-06A/dm3水平。而通常轻载的特高压交流系统，其导线的经济电流密度应在19A/dm3水平。特高压直流输电工程应研发使用1500mm的大截面导线降低整个系统运行损耗率；特高压交流输电线路应研究采用扩径比达2倍以上的新型扩径导线。

4.2增加半导电层和绝缘层

伸缩节的损耗和发热主要是由流经伸缩节的电流引起的，而中心导体的尺寸对损耗影响不大。为了减少额定电流下的损耗，应采取措施限制流过外壳的电流。根据这一思想，提出了以下四个改进措施：一是在连接膨胀节与普通壳体的法兰处增设半导电层；二是在连接膨胀节与普通壳体的法兰处增设半导电层；另一面保持不变，第三面与一般壳体在伸缩缝两侧加上半导电层。通过壳体连接的法兰加绝缘层，膨胀节一侧与普通壳体连接的法兰加绝缘层，另一侧保持不变。

4.3涡流损耗改进

计算了涡流损耗。结果表明，铜屏蔽安装在油箱表面后，涡流损耗大大减小，而涡流损耗集中在交流导线屏蔽管端部，优化了换流变压器箱的尺寸。当铜屏蔽的厚度、高度和宽度分别为4mm、2.18m和3.175m时，油箱损耗满足要求，具有一定的经济性。通过在管端切槽，解决了交流铅铜屏蔽管端部温度集中的问题。切槽后铜管温度分布均匀，最高温度可降至102摄氏度，满足工程要求。

4.4重视环境温度影响

导体和外壳温度分布均呈现分层现象，外壳温度分层现象比导体更加明显，且GIL温度与轴向热应变均有近似的轴对称性。第二，GIL管道轴向热应变与负荷电流之间具有非线性关系，随着负荷电流的增大，GIL管道轴向热应变逐渐增大，且导体与外壳温差和GIL管道轴向热应变变化幅度均逐渐增大。第三，在无风无光照条件下，GIL管道轴向热应变与环境温度具有近似线性关系，环境温度增大过程中GIL温度及管道轴向热应变均近似线性增大。第四，GIL管道轴向热应变与绝缘气体压强之间具有非线性关系，随着压强的增大，GIL导体温度逐渐降低，GIL外壳温度和轴向热应变逐渐增大，且3者均趋于稳定。

当然随着环保意识的加强、设计水平的提高，GIL也会朝着小型化、低损耗、高可靠、绿色环保的方向不断发展。随着其经济性的提高，GIL必将在今后的工程中获得更为广泛的应用。

5.结束语

总之，在特高压交流GIL伸缩节损耗中，以相对应的方法进行损耗计算，在数据上分析计算结果，将总截面和半导电层绝缘层涡轮损耗进行相应改进，可以有效降低伸缩节损耗。

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