世界之最-苏通GIL管廊工程的创新特高压技术

    在长江徐六泾段江面上船只穿行而过，远处是世界上首座超千米的跨径斜拉桥——苏通大桥，蔚为壮观。就在这里，将建设一条项世界之最——苏通GIL管廊工程。 那么，苏通GIL管廊工程是什么？

    不上天，就遁地

    苏通GIL管廊工程是淮南—南京—上海1000千伏交流特高压输变电工程的一部分。作为重要的过江工程，苏通GIL管廊工程建成后，淮南—南京—上海工程将与已投运的皖电东送淮南—皖南—上海特高压交流工程合环运行，形成贯穿皖、苏、浙、沪负荷中心的华东1000千伏特高压交流环网。苏通GIL管廊工程可谓华东特高压交流环网合环运行的咽喉要道和控制性工程。

    为什么要在淮南—南京—上海特高压工程中采用GIL技术呢？说起这些，还真有一段不得不提的故事。

    GIL是GasInsulatedMetalenclosedTransmissionLine的简称，中文称为气体绝缘金属封闭输电线路，是一种采用金属导电杆输电并将其封闭于接地的金属外壳中，采用压力气绝缘的一种输电线路。苏通GIL管廊工程就是依托这一技术，以综合管廊为载体穿越长江。

    起初，苏通长江过江工程原本采用架空跨越过江方案，跨越5公里宽的长江，可研方案主档跨距2150米，跨越塔塔高346米，需要在长江建设跨越塔3基。可研方案取得了环保、水保、国土、交通及地方政府所有协议，并通过核准。

    苏通大跨越位于长江下游徐六泾河道，这段河道是长江入海前的最后一段，长江上游水道在此处迅速收窄，徐六泾河道下游又迅速变宽。这里是长江最为繁忙的“黄金”航道，江面仅有4.7公里，每天有3000多艘船只往来。面对这样的现实，在施工许可办理过程中，江苏海事局提出：为保障通航安全，要求增大跨越档距，减少江中立塔数量，同时增加基础防撞能力，满足通航安全要求。

    2015年1月，按照地方海事、港口主管部门要求，为减少对航道影响、提高通航安全性，江中立塔数量由可研方案的3基减少到2基，最大跨越档距由2150米增大至2600米、跨越塔高由346米提高至455米，塔重由6000吨增至12000吨，基础尺寸由90米×90米增加至120米×130米，单基跨越塔基础混凝土由10万立方米增加至20多万立方米。2015年11月，交通运输部组织对《苏通长江大跨越工程航道条件与通航安全影响评价报告》进行评审，评审意见要求补充论证架空方案不可替代性的合理分析，并提供相关支撑性文件。2016年1月，水利部长江水利委员会组织对《苏通长江大跨越工程防洪报告》进行了评审，评审意见提出，鉴于工程河段河势敏感、综合开发利用率要求高，建议开展隧道穿越方案研究工作。

    鉴于此种情况，在前期研究的基础上，国家电网公司紧急启动了过江备选方案（GIL管廊方案）的研究论证工作，并于2016年1月6日召开淮南—南京—上海1000千伏交流特高压输变电工程苏通长江过江方案专家评审会，会议认为，在综合考虑技术、安全、工期、投资、港口规划调整、社会影响等因素，推荐采用GIL综合管廊过江方案。采用GIL技术建设过江工程看似是不得已而为之的选择，但其实国家电网公司早有技术储备。2009年，淮南—南京—上海工程进行可行性研究时，就对GIL管廊跨越过江做了初步论证，并在2014年初正式启动了1000千伏GIL关键技术研究框架论证、系统分析研究和设备研发工作，决心拿下这个技术难题。

    从1972年世界上首条GIL投入商业运行以来，GIL技术发展缓慢推进。截至目前，GIL产品电压等级覆盖73千伏～800千伏，在全世界范围内投入应用的总长度超过700公里，主要用于核电站、水电站地下送出工程，电网输电线路中少有应用。现有产品中，550千伏和420千伏等级的GIL应用最为普遍，特高压等级GIL尚未有正式的产品。近年来，随着特高压输电技术的进步，国内开展了特高压交流GIL样机的研制工作，基本完成了特高压GIL样机的研发，并在特高压变电站实现了替代GIS母线的示范应用。特高压GIL具有传输容量大、损耗小、不受环境影响、运行可靠性高、节省占地等显著优点。与架空线路或电力电缆相比，GIL的传输容量更大、电能损耗更低。苏通GIL管廊工程是世界上首次在重要输电通道中采用特高压GIL，两回1000千伏GIL管线单向长度达5.8公里，6相总长约35公里，是目前世界上电压等级最高、输送容量最大、技术水平最高的超长距离GIL创新工程。

    从技术创新的角度看，苏通GIL管廊工程需要突破不少技术难题。“GIL设备要敷设在存在多个转角及坡度段的水下管廊内，每根GIL管长度为18米，要一根一根连接成总长为5880米的管道，每根管道需要弯头连接并保证气体不泄露，这是一项非常关键的技术。”国家电网公司交流建设部输配电处处长袁骏介绍，“此外，合理设计特高压GIL结构，采用有效的金属微粒印制措施和手段提高GIL的可靠性，也十分关键。”

    目前，GIL工程技术的各项研究正在稳步推进，未来随着设备制造水平的提高，GIL将朝着小型化、低损耗、高可靠、绿色环保的方向发展。特高压GIL输电技术适合作为架空输电方式或电缆送电容量受限情况下的补充输电技术，更为全球能源互联网的建设提供了新的技术手段。

    横跨大陆，穿越大洋

    相比特高压GIL输电技术，半波长交流输电技术在未来建设全球能源互联网中，将逾越输送距离和输送能力的难题，发挥诸多优势。

    半波长交流输电技术（HalfWave-lengthACTransmission，HWACT）是指输电的电气距离接近1个工频半波，即3000公里(50Hz)或2600公里(60Hz)的超远距离交流输电技术。半波长输电技术作为一种特殊的超长距离交流输电方式，与常规交流输电相比，有一些截然不同的特性和优势，比如，当线路长度等于或略大于半波长时，线路两端电压始终保持或接近相等，全线无需安装无功补偿设备。在输送能力方面，3000公里左右的半波长输电最大传输容量可以达到1.0～1.2倍的自然功率。而且，半波长输电技术不需无功补偿具备大功率输送的能力，从理论上讲不需要设中间开关站，可以和直流输电一样实现点对点输电或点对网输电。该技术的经济性更好，在送端，发电厂升压变压器可将机端电压直接升至1000千伏，仅需建设开关站进行汇集，比直流输电节省了整流站设备投资。在受端，特高压线路直接接入同步电网的特高压变电站，比直流输电节省了逆变站设备投资。半波长输电技术是在上世纪40年代由前苏联专家提出。美国、印度、意大利等国专家都开展了相关的研究，对半波长输电理论和主要问题进行了阐述和研究，却没有实际进展。进入21世纪，国外对半波长输电技术的研究又渐趋活跃。2006年国际大电网（CIGRE）会议A3.13工作组对半波长输电技术对工频过电压及断路器瞬态恢复电压问题进行了分析。韩国、巴西学者也开展了初步研究，但由于需求原因，以及一些关键技术问题没有解决，半波长输电目前未实现商业运行。

    我国特高压交流试验示范工程的成功投运，为特高压半波长输电工程应用创造了条件。2009年国家电网科技部安排公司科技项目《特高压交流半波长输电技术经济可行性初步研究》，研究认为，“特高压半波长输电具有良好的经济性，在技术上没有不可解决的问题，可大量采用现有特高压试验示范工程的研究成果和主要装备。”并建议针对可能的目标工程开展深入研究，进一步解决工程应用的关键技术问题。2015年，在前期研究的基础上，国家电网公司再次设立《特高压半波长输电系统构建技术研究》《半波长输电电磁暂态特性及控制措施研究》《半波长输电工程投运后系统运行特性分析与控制技术研究》等7个专项，对半波长输电技术开展深化研究，为后续工程应用奠定坚实基础。

    半波长交流输电距离远，容量大，经济性好，因此适用于大型电源基地的电力外送。此外，适合于构建超大规模交流同步电网。在3000公里距离范围，是构建全球能源互联网的重要技术手段。在非洲水电基地外送、北极风电外送、重要跨洲通道方面具有较好的应用前景。半波长输电不仅可以实现点对点送电，还可沿线取电，为线路沿途的负荷需求提供了通道。

    半波长交流输电技术可作为欧亚大陆同步互联电网设想的技术选项，那么作为构建直流电网的物理基础的大容量高压电缆将为未来全球能源互联网，尤其是跨海洲际互联作支撑。以直流电缆为核心的高压柔性直流输电技术还将是大容量远距离海上风电接入与岛屿供电的最佳解决方案。

    无疑，推动全球能源互联网构建，首先面临的就是如何实现更大容量、超远距离输电。无论是即将投入应用的GIL技术，还是极具前瞻性的半波长交流输电技术、直流电缆技术，作为国家电网公司十大创新工程在特高压领域开展的创新科研项目，将为全球能源互联网构建提供重要的技术支撑。相信在不久的将来，特高压技术在全球范围内都能够实现上天遁地、跨洲越洋的超远距离、超大规模送电，到那时，世界将会成为一个天蓝地绿、亮亮堂堂、和平和谐的“地球村”。<