GIL接地系统设计

                 GIL接地系统设计

付宏洋,卢湘涛,赵高帅

平高集团有限公司 河南省平顶山市 467001

摘要：GIL在正常工作和最大短路功率的情况下，设备外壳内有感应电压，感应电流有一定的增加，会威胁到接触设备的人的安全，影响接地设备的正常工作。本文以GIL管道管为例，完成了接地导体系统的结构计算，安装地排距离、接地排尺寸和导流排设计。完成计算分析，确定接地系统的设计方法，并根据相关设计实例的计算验证设计方法。

关键词：GIL；接地排；相间导流排；电位计算

GIL是一种类似GIS导线的新型输电方式。它由金属管道、管状和导体支架组成，在金属管道和管状导体之间形成同心圆，布置为金属管道和管状导体支架固定管道导体，并用密封绝缘内部填充绝缘气体。由于GIL使用管道绝缘密封，这种线路参考通常不受环境因素的影响，如极端气候和特殊地形。通过有效利用有限的空间资源，利用人口众多的大城市的GIL功率，是负荷中心的一个很好的选择，比如，超高压、超高压管理，直接进入城市的地下变电所。

一、GIL的特点

GIL是一种新型电力电缆架设，它采用金属刚性结构，用易受极端条件影响的管道对其进行绝缘，同时有效利用空间资源，实现高电压、高电压、高容量。电力直接进入城市的变电所。与普通高压电缆相比，GIL输电网络是一种极其高效、安全的传输方式，具有使用寿命长、传输速度低、布线技术经济指标好等明显优点。适合环境的电磁效果非常低，壳外磁场对员工和其他设备的影响几乎很小。随着电容量的改善以及环境和城乡环境需求的不断增长，GIL是电力电缆和架空线路的绝佳替代品，在一定条件下实现了广泛的市场前景。GIL具有以下优点:

1.整体结构和连接方式。为了便于生产和安装，GIL通常采用模块化结构，施工现场所有主要组装单元充气、可拆、套管、连接及弯头模块等。直线充气通常由多种生产单元组成，导杆通常插接方法和壳体法兰连接方法焊接或垂直装配。弯头用于转角处，可以连接4到90°之间的所有角度。GIL模块化设计已经简化，只有标准单元用于气室绝缘和高压测试设备，用于检测和改进气体绝缘输电线路，接头的作用主要是处理和加热外壳。

2.实时监控系统。为了监测气体绝缘输电线路，必须控制温度、局部放电、微水、大气压力。两种监测:离线和在线监控。离线时，温度、气压、气体密度、温度和微水含量可以从密度监控表中监控，以监控数据变化。内置超高频探头可用于局部放电，并符合定期检测和测试标准。定期检查可以通过将设备与专家系统运行异常信号进行比较，准确局放信号来源掌握。光纤传输时间和数字传感器跟踪和分析SF6泄漏趋势，并在发生燃烧弧时定位。重要趋势是研究和监控智能电网中的气体绝缘输电线路。

二、GIL的优势

GIL输电主要优点：一是损耗低传输，大容量输送；目前，GIL的最大额定电流为8 ka，最大传输功率超过10千兆瓦。其次，安全环保的，GIL可以直接安装在地下或隧道中，而不会影响外部自然景观；高压导体安装在一个完全密封的金属外壳中，不受外部影响，将气体混合物作为绝缘介质放入室内，难以燃烧和爆炸。电流与外壳中检测到的等值反向，外部空间的电磁场接近0，对环境的影响很小。第三，它可用于大跨度高坡度地区的长距离、大容量传输。GIL电容值比电缆的容量小，即使功率被远距离传输，运行成本也会大大降低，因为不需要无功补偿或冷却系统。无论位置高度和曲率半径有多不同，GIL设备都可以在大跨度、高落差地区远距离使用。第四，虽然初期投资很大，但长期运营成本很低。电缆投资的四至五倍，是架空线成本的10倍。一次性投资成本高，但维护成本和损耗相对较低。与国外方法相比，投资的初始成本很高，但投资回报只有五年左右，GIL超、特高压，如所采用的大型水电站和变电站，处于高海拔、大落差、长距离、不良走廊和恶劣的自然条件下，并可通过GIL设备提出和解决技术问题

三、GIL接地系统设计

1.计算接地排距离。通过地闪络电流的接地电阻(低电阻)确保接地电流的安全。GIL采用多点接地结构，控制地闪络电流小于100V时交流分量的上升值；为了降低控制系统接线的感应，GIL本体采用多点接地降低外部泄漏磁场(电磁波)。GIL壳体的连续电气结构与低阻抗结构相连接，通过减小工频电压或VFTO作用下电位差，降低了控制系统的过度感应电压。GIL外壳多个完整的接线点固定接地，接线位置的设计应确保外壳、构架及容易连接的接点的感应电压，在正常作业条件下不超过24V，在故障条件下不超过100V。母线电位升高的计算公式如下:

（1）

（2）

施工中常用的母线GIL通常采用层叠结构，三相高度分别为4000、2500和1000mm，平均内径和外径母线为445mm，应急电流为6300安，50Hz频率，数据通过上方程传输如果母线高度为1000mm，则长度l约为18米。考虑到上述计算，两个接地点之间的距离对于GIL来说不得超过18米，以满足使用要求。

2.设计相间导流排。GIL使用多点接地系统，因此流过感应电流通过外壳、接地线、网，随着主回路的电流增加，接地线、网的感应电流也增加了。为了防止接地线过热，设置连接分相壳体的导流排；图1使用GIL项目的例子来说明相位间导流排的设计，如下所示:

图1

垂直导体上的电压波与电流损耗的比率不同，垂直导体上每个点处的阻抗值因高度而异。接地线可以显示为:

（3）

接线三相壳体的短路集中电感，计算公式等于类型(3)。根据导体的位置和标准，结构通常采用4000*70*6mm铜排和接地线。规格见表1。其中R1和R5是两条短线和一条接地线。为了说明以后的计算，为每条短导线和地线计算电流值。

表1导线规格

3.校验接地线、短电线、接地网。在确定接地和短路导体类型后，通过短路电流研究热稳定性。根据实际施工经验，接地线选用铜排70*6mm，运行电流电流一般为6300 A。接地线和短电缆的尺寸符合IEEE Std 80标准。对于接地线R1，短路时刻的电流超过最大稳定值13.38kA。考虑到周围空气温度为20℃，短路电流持续时间为2s，接地导线的控制计算截面积为59.73 mm2，单条R1截面积较小，另一条接地导线的最大恒定电流状态值为11.03kA。考虑到环境温度20℃和短路电流持续时间2s，横向地面控制线的计算面积为49.24 mm2面积小于420mm2的单条接地线，符合上接地线要求。对于短接线，进线套管最大电流在A-B相之间；最大电流稳定性为22.93kA；考虑到20℃的环境温度，短路电流持续时间为2s；计算的最大短路面积:102.37 mm2，短电缆尺寸小于420 mm2。

额定电流为6300A时，外壳检测电压符合操作要求，且容差大。短路检查后，热稳定性检查符合设计要求。GIL外壳采用多点接地方式，连接位置之间的距离可达18米，每个支架都有单独的连接组件、连接材料和方式。长期使用必须采用可持续的性能设计，焊接应在无损坏和腐蚀的情况下进行处理。

参考文献：

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