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中国电力企业管理:创新攻坚 打造GIL“梦工程”
来源:中国电力企业管理 作者:张景锋、蒋玉坤 日期:2020-01-03 访问次数: 字号:[ ]

  由中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限公司承担总体设计、电气设计和勘察设计的苏通GIL综合管廊工程全长5468.5 米,是世界上电压等级最高、输送容量最大、输电距离最长、技术水平最先进的创新型工程,堪称GIL“梦工程”。
  2019年9月26日,由中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限公司(以下简称“华东院”)承担总体设计、电气设计和勘察设计的苏通GIL综合管廊工程成功投运。该工程南起苏州,北至南通,长5468.5米。其投运标志着世界上规模最大的特高压交流双环网——华东1000千伏特高压交流环网全部建成,将显著增强华东电网的资源优化配置能力、安全稳定水平和接受外来电能力。苏通GIL综合管廊工程是世界上电压等级最高、输送容量最大、输电距离最长、技术水平最先进的创新型工程,堪称GIL“梦工程”。

  攻坚克难:黄金水道上的勘察设计

  苏通管廊位于江苏苏通大桥上游约1公里处的长江江底,管廊建设水域是长江经济带上重要的12.5米深水航道,素有“水上高速”之称,在此水域勘察作业,作业船每日需避开约2000艘次的船舶流量,万吨级以上海轮就有60余艘。此外,建设区域年平均雾日约31天,江面6级以上大风平均179天,台风每年平均影响2.3次。如此复杂的水域作业条件,要在一年内完成约150个勘探孔,超过15000米总进尺,和数以万计的孔内取样、原位测试,对勘察设计而言是几乎不可能完成的任务。稍有不慎,不仅危及作业人员人身安全,甚至容易发生撞船、撞桥等重大事故。在长江下游黄金水道开展工程勘察,航道协调工作量大、风险高,江中水域勘察难度大。
  在磅礴的长江水面下存在厚200~300米的第四纪松散沉积层。其中,不规律分布的沼气、巨厚层的淤泥质软土、大范围分布的可严重液化砂土、多层高承压水等不利地质因素为后期盾构施工的成败带来诸多不确定性。
极速炸金花   为了给盾构施工提前开道探路,一年内,华东院勘察工程师竭尽所能,不断细化勘察作业窗口、交通组织方案及维护方案,采取了水上钻探、孔压静探、单波束水深量测、扁铲、旁压、土工试验、气体检测等方法,为复杂的河床进行了高精度的“全身体检”。采用的地球物理探测专题工作,整合了世界一流海洋探测设备,如浅层地震反射波、浅层剖面、旁侧声纳、水域高精度磁测等,解决了水下障碍物调查及地层划分等技术难题。2017年4月19日18时48分,勘探船船盐捞8自苏通大桥主航道安全返回港口,标志着苏通GIL综合管廊工程主航道勘察外业工作顺利竣工。

  穿“针”引“线”:GIL管线穿越隧道

  进入苏通管廊隧道,只见左右两排充满金属光泽的GIL管线,向前伸入弯曲的隧道深处,充满了奇幻的感觉。隧道空间狭小,这些巨大的GIL管线设备要布置在其间,需要克服多少困难呢?
  苏通隧道内布置2回(6相)1100千伏GIL管线,同时预留远景2回500千伏电缆过江通道。单回GIL长度5.7千米,管线总长34.2千米,隧道内GIL管线单根长度为18米。盾构隧道总长5468.545米。隧道内径10.5米,外径11.6米。隧道自南岸引接站始发工作井向北走行,水平弧线段最大移动近1000米,竖直方向有16个坡段,坡度从0.48%~5.27%不等,竖直方向下降/上升近80米,整个隧道走向三维蜿蜒曲折,18米长且刚性连接的GIL直管在隧道内穿越,就像一根根“钢针”要穿过弯曲的“细管”,而且GIL管线还要适应隧道施工误差和沉降的影响,满足运行中的温度变化、负荷变化、地震等工况下的变形要求,工程难度可想而知。
  盾构隧道的设计走向以及工作井的施工结果与原设计方案不可避免地会存在一定的偏差,且隧道在挖掘完成后短期内存在少量的沉降和变形,隧道和工作井的连接处也会存在一定的高差、偏移和偏角。
  为实现GIL“零漏气、零放电、确保一次投运成功,长期安全运行”的总体建设目标,华东院设计团队采用三维设计手段,开展全管系柔性化设计,针对水平和竖直方向上不同的弯曲弧段,选择采用大量非标准转角段GIL设备。从地面到竖井再到隧道对GIL的安装标高和位置进行精确联测,根据现场复测结果,进行调线调坡设计并滚动修改设计方案,精细化定位GIL布置方案,最终确定GIL的布置设计方案,确保GIL设备能够精准加工、顺利运输和对接安装。最终,GIL设备布置尺寸与设计方案完全匹配,设计团队交出了完美的答卷。

极速炸金花  从“零”开始:技术含金量十足的GIL管廊

  GIL是指气体绝缘金属封闭输电线路,是采用金属导电杆输电,并将其同轴封闭布置于接地的金属外壳中,通过压力气体绝缘的电能传输设备。隧道本体和隧道中GIL设备的安全,对于整个华东特高压环网的安全运行都至关重要,但是世界上尚未建设过同类规模的电力综合管廊,没有任何可借鉴的工程案例,一切技术方案都要从“零”开始。为确保隧道、GIL设备的安全稳定运行,华东院设计团队团结协作,攻坚克难,勇于创新,采用多种创新型技术,为工程设计了完备的辅助保障系统。
  苏通工程隧道距离长,GIL设备发热量大,同时需要排除GIL设备泄露的SF6气体,隧道在江底无法设置多余通风井。为解决隧道通风散热和SF6排放问题。华东院设计团队采用了计算机模拟方法进行研究,分别采用地铁环境模拟软件(SES)和计算流体力学(CFD)的方式,对管廊内排热情况和SF6气体泄露情况进行全程模拟分析,设计了“南送北排”的机械通风方案和SF6专用排除系统方案,满足隧道内设备和人员的通风需求。
  苏通1100千伏GIL是苏州—泰州1000千伏线路中的一段组成部分,和线路一起形成独特的GIL架空混合线路。为了确保全线的安全运行,设计创新采用大差动与小差动保护结合的“大小差保护”方式,对全线路配置大差动保护,对GIL段配置小差动保护,可以准确确定故障范围,有效切除故障线路。
  与GIL连接的线路采用同塔双回架设,GIL内部单相故障,线路保护切除故障线路后,由于同塔双回架空线路的耦合作用,在故障相仍可能存在感应引起的故障电流。因此,苏通工程在GIL两侧设置感应电流快速释放装置,在线路保护切除GIL内部故障后,可快速关合GIL两侧接地开关,以彻底消除故障点电流保护GIL设备本体。同时,GIL本体装设配置单独的放电故障定位子系统,通过超声波法定位系统与接地电流法定位系统,可以快速准确的确定GIL设备故障位置,为GIL设备提供了完备的保障。
  苏通隧道内及南北引接站设置一体化计算机监控系统,辅助控制的功能子系统主要包括:环境监测子系统、通风排水控制子系统、视频监控子系统、安全防范及警卫子系统、人员管理子系统、广播及逃生指挥子系统、并且具备第三方接口,接入GIL本体SF6监测系统、隧道结构健康监测系统、轨道式巡检机器人系统、GIL放电故障定位装置等。在管廊内,采取“分区采集、统一监控”的原则,实现了数据流的合理管理,保证控制系统的通信畅通。
  苏通GIL综合管廊工程是一个充满技术含量的创新工程。通过工程的设计实践,华东院积累了宝贵的设计经验,培养了设计人才队伍,建立了完备的设计组织体系,使GIL管廊工程的设计水平产生了质的飞跃,为今后开展同类工程设计奠定了坚实的基础。
  
极速炸金花 (《中国电力企业管理》2019年第30期总第579期 下旬)

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