世界之最-蘇通GIL管廊工程的創新特高壓技術

    在長江徐六涇段江面上船只穿行而過，遠處是世界上首座超千米的跨徑斜拉橋——蘇通大橋，蔚為壯觀。就在這里，將建設一條項世界之最——蘇通GIL管廊工程。 那么，蘇通GIL管廊工程是什么？

    不上天，就遁地

    蘇通GIL管廊工程是淮南—南京—上海1000千伏交流特高壓輸變電工程的一部分。作為重要的過江工程，蘇通GIL管廊工程建成后，淮南—南京—上海工程將與已投運的皖電東送淮南—皖南—上海特高壓交流工程合環運行，形成貫穿皖、蘇、浙、滬負荷中心的華東1000千伏特高壓交流環網。蘇通GIL管廊工程可謂華東特高壓交流環網合環運行的咽喉要道和控制性工程。

    為什么要在淮南—南京—上海特高壓工程中采用GIL技術呢？說起這些，還真有一段不得不提的故事。

    GIL是GasInsulatedMetalenclosedTransmissionLine的簡稱，中文稱為氣體絕緣金屬封閉輸電線路，是一種采用金屬導電桿輸電并將其封閉于接地的金屬外殼中，采用壓力氣絕緣的一種輸電線路。蘇通GIL管廊工程就是依托這一技術，以綜合管廊為載體穿越長江。

    起初，蘇通長江過江工程原本采用架空跨越過江方案，跨越5公里寬的長江，可研方案主檔跨距2150米，跨越塔塔高346米，需要在長江建設跨越塔3基。可研方案取得了環保、水保、國土、交通及地方政府所有協議，并通過核準。

    蘇通大跨越位于長江下游徐六涇河道，這段河道是長江入海前的最后一段，長江上游水道在此處迅速收窄，徐六涇河道下游又迅速變寬。這里是長江最為繁忙的“黃金”航道，江面僅有4.7公里，每天有3000多艘船只往來。面對這樣的現實，在施工許可辦理過程中，江蘇海事局提出：為保障通航安全，要求增大跨越檔距，減少江中立塔數量，同時增加基礎防撞能力，滿足通航安全要求。

    2015年1月，按照地方海事、港口主管部門要求，為減少對航道影響、提高通航安全性，江中立塔數量由可研方案的3基減少到2基，最大跨越檔距由2150米增大至2600米、跨越塔高由346米提高至455米，塔重由6000噸增至12000噸，基礎尺寸由90米×90米增加至120米×130米，單基跨越塔基礎混凝土由10萬立方米增加至20多萬立方米。2015年11月，交通運輸部組織對《蘇通長江大跨越工程航道條件與通航安全影響評價報告》進行評審，評審意見要求補充論證架空方案不可替代性的合理分析，并提供相關支撐性文件。2016年1月，水利部長江水利委員會組織對《蘇通長江大跨越工程防洪報告》進行了評審，評審意見提出，鑒于工程河段河勢敏感、綜合開發利用率要求高，建議開展隧道穿越方案研究工作。

    鑒于此種情況，在前期研究的基礎上，國家電網公司緊急啟動了過江備選方案（GIL管廊方案）的研究論證工作，并于2016年1月6日召開淮南—南京—上海1000千伏交流特高壓輸變電工程蘇通長江過江方案專家評審會，會議認為，在綜合考慮技術、安全、工期、投資、港口規劃調整、社會影響等因素，推薦采用GIL綜合管廊過江方案。采用GIL技術建設過江工程看似是不得已而為之的選擇，但其實國家電網公司早有技術儲備。2009年，淮南—南京—上海工程進行可行性研究時，就對GIL管廊跨越過江做了初步論證，并在2014年初正式啟動了1000千伏GIL關鍵技術研究框架論證、系統分析研究和設備研發工作，決心拿下這個技術難題。

    從1972年世界上首條GIL投入商業運行以來，GIL技術發展緩慢推進。截至目前，GIL產品電壓等級覆蓋73千伏～800千伏，在全世界范圍內投入應用的總長度超過700公里，主要用于核電站、水電站地下送出工程，電網輸電線路中少有應用。現有產品中，550千伏和420千伏等級的GIL應用最為普遍，特高壓等級GIL尚未有正式的產品。近年來，隨著特高壓輸電技術的進步，國內開展了特高壓交流GIL樣機的研制工作，基本完成了特高壓GIL樣機的研發，并在特高壓變電站實現了替代GIS母線的示范應用。特高壓GIL具有傳輸容量大、損耗小、不受環境影響、運行可靠性高、節省占地等顯著優點。與架空線路或電力電纜相比，GIL的傳輸容量更大、電能損耗更低。蘇通GIL管廊工程是世界上首次在重要輸電通道中采用特高壓GIL，兩回1000千伏GIL管線單向長度達5.8公里，6相總長約35公里，是目前世界上電壓等級最高、輸送容量最大、技術水平最高的超長距離GIL創新工程。

    從技術創新的角度看，蘇通GIL管廊工程需要突破不少技術難題。“GIL設備要敷設在存在多個轉角及坡度段的水下管廊內，每根GIL管長度為18米，要一根一根連接成總長為5880米的管道，每根管道需要彎頭連接并保證氣體不泄露，這是一項非常關鍵的技術。”國家電網公司交流建設部輸配電處處長袁駿介紹，“此外，合理設計特高壓GIL結構，采用有效的金屬微粒印制措施和手段提高GIL的可靠性，也十分關鍵。”

    目前，GIL工程技術的各項研究正在穩步推進，未來隨著設備制造水平的提高，GIL將朝著小型化、低損耗、高可靠、綠色環保的方向發展。特高壓GIL輸電技術適合作為架空輸電方式或電纜送電容量受限情況下的補充輸電技術，更為全球能源互聯網的建設提供了新的技術手段。

    橫跨大陸，穿越大洋

    相比特高壓GIL輸電技術，半波長交流輸電技術在未來建設全球能源互聯網中，將逾越輸送距離和輸送能力的難題，發揮諸多優勢。

    半波長交流輸電技術（HalfWave-lengthACTransmission，HWACT）是指輸電的電氣距離接近1個工頻半波，即3000公里(50Hz)或2600公里(60Hz)的超遠距離交流輸電技術。半波長輸電技術作為一種特殊的超長距離交流輸電方式，與常規交流輸電相比，有一些截然不同的特性和優勢，比如，當線路長度等于或略大于半波長時，線路兩端電壓始終保持或接近相等，全線無需安裝無功補償設備。在輸送能力方面，3000公里左右的半波長輸電最大傳輸容量可以達到1.0～1.2倍的自然功率。而且，半波長輸電技術不需無功補償具備大功率輸送的能力，從理論上講不需要設中間開關站，可以和直流輸電一樣實現點對點輸電或點對網輸電。該技術的經濟性更好，在送端，發電廠升壓變壓器可將機端電壓直接升至1000千伏，僅需建設開關站進行匯集，比直流輸電節省了整流站設備投資。在受端，特高壓線路直接接入同步電網的特高壓變電站，比直流輸電節省了逆變站設備投資。半波長輸電技術是在上世紀40年代由前蘇聯專家提出。美國、印度、意大利等國專家都開展了相關的研究，對半波長輸電理論和主要問題進行了闡述和研究，卻沒有實際進展。進入21世紀，國外對半波長輸電技術的研究又漸趨活躍。2006年國際大電網（CIGRE）會議A3.13工作組對半波長輸電技術對工頻過電壓及斷路器瞬態恢復電壓問題進行了分析。韓國、巴西學者也開展了初步研究，但由于需求原因，以及一些關鍵技術問題沒有解決，半波長輸電目前未實現商業運行。

    我國特高壓交流試驗示范工程的成功投運，為特高壓半波長輸電工程應用創造了條件。2009年國家電網科技部安排公司科技項目《特高壓交流半波長輸電技術經濟可行性初步研究》，研究認為，“特高壓半波長輸電具有良好的經濟性，在技術上沒有不可解決的問題，可大量采用現有特高壓試驗示范工程的研究成果和主要裝備。”并建議針對可能的目標工程開展深入研究，進一步解決工程應用的關鍵技術問題。2015年，在前期研究的基礎上，國家電網公司再次設立《特高壓半波長輸電系統構建技術研究》《半波長輸電電磁暫態特性及控制措施研究》《半波長輸電工程投運后系統運行特性分析與控制技術研究》等7個專項，對半波長輸電技術開展深化研究，為后續工程應用奠定堅實基礎。

    半波長交流輸電距離遠，容量大，經濟性好，因此適用于大型電源基地的電力外送。此外，適合于構建超大規模交流同步電網。在3000公里距離范圍，是構建全球能源互聯網的重要技術手段。在非洲水電基地外送、北極風電外送、重要跨洲通道方面具有較好的應用前景。半波長輸電不僅可以實現點對點送電，還可沿線取電，為線路沿途的負荷需求提供了通道。

    半波長交流輸電技術可作為歐亞大陸同步互聯電網設想的技術選項，那么作為構建直流電網的物理基礎的大容量高壓電纜將為未來全球能源互聯網，尤其是跨海洲際互聯作支撐。以直流電纜為核心的高壓柔性直流輸電技術還將是大容量遠距離海上風電接入與島嶼供電的最佳解決方案。

    無疑，推動全球能源互聯網構建，首先面臨的就是如何實現更大容量、超遠距離輸電。無論是即將投入應用的GIL技術，還是極具前瞻性的半波長交流輸電技術、直流電纜技術，作為國家電網公司十大創新工程在特高壓領域開展的創新科研項目，將為全球能源互聯網構建提供重要的技術支撐。相信在不久的將來，特高壓技術在全球范圍內都能夠實現上天遁地、跨洲越洋的超遠距離、超大規模送電，到那時，世界將會成為一個天藍地綠、亮亮堂堂、和平和諧的“地球村”。<