世界之最-蘇通GIL管廊工程的創(chuàng)新特高壓技術(shù)

    在長江徐六涇段江面上船只穿行而過，遠(yuǎn)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(shè)一條項(xiàng)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(yùn)的皖電東送淮南—皖南—上海特高壓交流工程合環(huán)運(yùn)行，形成貫穿皖、蘇、浙、滬負(fù)荷中心的華東1000千伏特高壓交流環(huán)網(wǎng)。蘇通GIL管廊工程可謂華東特高壓交流環(huán)網(wǎng)合環(huán)運(yùn)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(shù)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(dǎo)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(shù)，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(shè)跨越塔3基。可研方案取得了環(huán)保、水保、國土、交通及地方政府所有協(xié)議，并通過核準(zhǔn)。

    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(xiàn)實(shí)，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(shù)量，同時(shí)增加基礎(chǔ)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(shù)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(chǔ)尺寸由90米×90米增加至120米×130米，單基跨越塔基礎(chǔ)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(yùn)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(píng)價(jià)報(bào)告》進(jìn)行評(píng)審，評(píng)審意見要求補(bǔ)充論證架空方案不可替代性的合理分析，并提供相關(guān)支撐性文件。2016年1月，水利部長江水利委員會(huì)組織對《蘇通長江大跨越工程防洪報(bào)告》進(jìn)行了評(píng)審，評(píng)審意見提出，鑒于工程河段河勢敏感、綜合開發(fā)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(chǔ)上，國家電網(wǎng)公司緊急啟動(dòng)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(píng)審會(huì)，會(huì)議認(rèn)為，在綜合考慮技術(shù)、安全、工期、投資、港口規(guī)劃調(diào)整、社會(huì)影響等因素，推薦采用GIL綜合管廊過江方案。采用GIL技術(shù)建設(shè)過江工程看似是不得已而為之的選擇，但其實(shí)國家電網(wǎng)公司早有技術(shù)儲(chǔ)備。2009年，淮南—南京—上海工程進(jìn)行可行性研究時(shí)，就對GIL管廊跨越過江做了初步論證，并在2014年初正式啟動(dòng)了1000千伏GIL關(guān)鍵技術(shù)研究框架論證、系統(tǒng)分析研究和設(shè)備研發(fā)工作，決心拿下這個(gè)技術(shù)難題。

    從1972年世界上首條GIL投入商業(yè)運(yùn)行以來，GIL技術(shù)發(fā)展緩慢推進(jìn)。截至目前，GIL產(chǎn)品電壓等級(jí)覆蓋73千伏～800千伏，在全世界范圍內(nèi)投入應(yīng)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(wǎng)輸電線路中少有應(yīng)用。現(xiàn)有產(chǎn)品中，550千伏和420千伏等級(jí)的GIL應(yīng)用最為普遍，特高壓等級(jí)GIL尚未有正式的產(chǎn)品。近年來，隨著特高壓輸電技術(shù)的進(jìn)步，國內(nèi)開展了特高壓交流GIL樣機(jī)的研制工作，基本完成了特高壓GIL樣機(jī)的研發(fā)，并在特高壓變電站實(shí)現(xiàn)了替代GIS母線的示范應(yīng)用。特高壓GIL具有傳輸容量大、損耗小、不受環(huán)境影響、運(yùn)行可靠性高、節(jié)省占地等顯著優(yōu)點(diǎn)。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(dá)5.8公里，6相總長約35公里，是目前世界上電壓等級(jí)最高、輸送容量最大、技術(shù)水平最高的超長距離GIL創(chuàng)新工程。

    從技術(shù)創(chuàng)新的角度看，蘇通GIL管廊工程需要突破不少技術(shù)難題。“GIL設(shè)備要敷設(shè)在存在多個(gè)轉(zhuǎn)角及坡度段的水下管廊內(nèi)，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(xiàng)非常關(guān)鍵的技術(shù)。”國家電網(wǎng)公司交流建設(shè)部輸配電處處長袁駿介紹，“此外，合理設(shè)計(jì)特高壓GIL結(jié)構(gòu)，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(guān)鍵。”

    目前，GIL工程技術(shù)的各項(xiàng)研究正在穩(wěn)步推進(jìn)，未來隨著設(shè)備制造水平的提高，GIL將朝著小型化、低損耗、高可靠、綠色環(huán)保的方向發(fā)展。特高壓GIL輸電技術(shù)適合作為架空輸電方式或電纜送電容量受限情況下的補(bǔ)充輸電技術(shù)，更為全球能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)提供了新的技術(shù)手段。

    橫跨大陸，穿越大洋

    相比特高壓GIL輸電技術(shù)，半波長交流輸電技術(shù)在未來建設(shè)全球能源互聯(lián)網(wǎng)中，將逾越輸送距離和輸送能力的難題，發(fā)揮諸多優(yōu)勢。

    半波長交流輸電技術(shù)（HalfWave-lengthACTransmission，HWACT）是指輸電的電氣距離接近1個(gè)工頻半波，即3000公里(50Hz)或2600公里(60Hz)的超遠(yuǎn)距離交流輸電技術(shù)。半波長輸電技術(shù)作為一種特殊的超長距離交流輸電方式，與常規(guī)交流輸電相比，有一些截然不同的特性和優(yōu)勢，比如，當(dāng)線路長度等于或略大于半波長時(shí)，線路兩端電壓始終保持或接近相等，全線無需安裝無功補(bǔ)償設(shè)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(dá)到1.0～1.2倍的自然功率。而且，半波長輸電技術(shù)不需無功補(bǔ)償具備大功率輸送的能力，從理論上講不需要設(shè)中間開關(guān)站，可以和直流輸電一樣實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)輸電或點(diǎn)對網(wǎng)輸電。該技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性更好，在送端，發(fā)電廠升壓變壓器可將機(jī)端電壓直接升至1000千伏，僅需建設(shè)開關(guān)站進(jìn)行匯集，比直流輸電節(jié)省了整流站設(shè)備投資。在受端，特高壓線路直接接入同步電網(wǎng)的特高壓變電站，比直流輸電節(jié)省了逆變站設(shè)備投資。半波長輸電技術(shù)是在上世紀(jì)40年代由前蘇聯(lián)專家提出。美國、印度、意大利等國專家都開展了相關(guān)的研究，對半波長輸電理論和主要問題進(jìn)行了闡述和研究，卻沒有實(shí)際進(jìn)展。進(jìn)入21世紀(jì)，國外對半波長輸電技術(shù)的研究又漸趨活躍。2006年國際大電網(wǎng)（CIGRE）會(huì)議A3.13工作組對半波長輸電技術(shù)對工頻過電壓及斷路器瞬態(tài)恢復(fù)電壓問題進(jìn)行了分析。韓國、巴西學(xué)者也開展了初步研究，但由于需求原因，以及一些關(guān)鍵技術(shù)問題沒有解決，半波長輸電目前未實(shí)現(xiàn)商業(yè)運(yùn)行。

    我國特高壓交流試驗(yàn)示范工程的成功投運(yùn)，為特高壓半波長輸電工程應(yīng)用創(chuàng)造了條件。2009年國家電網(wǎng)科技部安排公司科技項(xiàng)目《特高壓交流半波長輸電技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性初步研究》，研究認(rèn)為，“特高壓半波長輸電具有良好的經(jīng)濟(jì)性，在技術(shù)上沒有不可解決的問題，可大量采用現(xiàn)有特高壓試驗(yàn)示范工程的研究成果和主要裝備。”并建議針對可能的目標(biāo)工程開展深入研究，進(jìn)一步解決工程應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)問題。2015年，在前期研究的基礎(chǔ)上，國家電網(wǎng)公司再次設(shè)立《特高壓半波長輸電系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)研究》《半波長輸電電磁暫態(tài)特性及控制措施研究》《半波長輸電工程投運(yùn)后系統(tǒng)運(yùn)行特性分析與控制技術(shù)研究》等7個(gè)專項(xiàng)，對半波長輸電技術(shù)開展深化研究，為后續(xù)工程應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

    半波長交流輸電距離遠(yuǎn)，容量大，經(jīng)濟(jì)性好，因此適用于大型電源基地的電力外送。此外，適合于構(gòu)建超大規(guī)模交流同步電網(wǎng)。在3000公里距離范圍，是構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)的重要技術(shù)手段。在非洲水電基地外送、北極風(fēng)電外送、重要跨洲通道方面具有較好的應(yīng)用前景。半波長輸電不僅可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)送電，還可沿線取電，為線路沿途的負(fù)荷需求提供了通道。

    半波長交流輸電技術(shù)可作為歐亞大陸同步互聯(lián)電網(wǎng)設(shè)想的技術(shù)選項(xiàng)，那么作為構(gòu)建直流電網(wǎng)的物理基礎(chǔ)的大容量高壓電纜將為未來全球能源互聯(lián)網(wǎng)，尤其是跨海洲際互聯(lián)作支撐。以直流電纜為核心的高壓柔性直流輸電技術(shù)還將是大容量遠(yuǎn)距離海上風(fēng)電接入與島嶼供電的最佳解決方案。

    無疑，推動(dòng)全球能源互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建，首先面臨的就是如何實(shí)現(xiàn)更大容量、超遠(yuǎn)距離輸電。無論是即將投入應(yīng)用的GIL技術(shù)，還是極具前瞻性的半波長交流輸電技術(shù)、直流電纜技術(shù)，作為國家電網(wǎng)公司十大創(chuàng)新工程在特高壓領(lǐng)域開展的創(chuàng)新科研項(xiàng)目，將為全球能源互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建提供重要的技術(shù)支撐。相信在不久的將來，特高壓技術(shù)在全球范圍內(nèi)都能夠?qū)崿F(xiàn)上天遁地、跨洲越洋的超遠(yuǎn)距離、超大規(guī)模送電，到那時(shí)，世界將會(huì)成為一個(gè)天藍(lán)地綠、亮亮堂堂、和平和諧的“地球村”。<