《气体绝缘输电线路》的作者、德国的赫曼?科赫(Hermann Koch)博士是国际知名专家,译者沈威博士也是多年从事本领域的国内知名专家,GIL的推广影用对我国智能电网建设具有重要参考意义!
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气体绝缘输电线路(GIL)通常用于如水电站和核电站以及其他场所的大容量输电。《气体绝缘输电线路》通过对GIL技术、经济和环境影响以及电力系统应用的分析,提供了该技术在设计、特性及优点方面完全的阐述。《气体绝缘输电线路》对输电系统的规划、设计和执行的工程师来说是基本的参考资料,对全球范围的用户工程师、咨询工程师以及制造商都提供了完美的帮助。
德国的赫曼·科赫(Hermann Koch)博士在西门子能源管理集团输电解决方案部门负责技术与创新工作,在国际电工委员会(IEC)第17C分技术委员会担任秘书。2004年中国电力企业联合会成立了电力行业标准“气体绝缘金属封闭输电线路技术条件”工作组,科赫博士参加了这个工作组并陪同工作组成员参观了在瑞士日内瓦机场展览中心的气体绝缘输电线路(GIL)运行现场。在他的积极参与下,中国的GIL标准——DL/T 978—2005《气体绝缘金属封闭输电线路技术条件》于2005年正式发布。
译者序
原书序
第1章前言1
1.1电力供应的发展1
1.2GIL的优点3
第2章历史5
2.1电网的发展5
2.1.1总论5
2.1.2输电级别6
2.1.3长距离输电7
2.1.4输电网的额定电流11
2.1.5输电网发展的结论11
2.2GIL的发展史12
2.2.1第一代GIL12
2.2.2第二代GIL16
2.2.3全球范围的经验23
第3章技术25
3.1气体绝缘26
3.1.1自由气体空间27
3.1.2绝缘件28
3.1.3气密外壳28
3.1.4绝缘气体29
3.2基本设计43
3.2.1概论43
3.2.2由绝缘确定的尺寸46
3.2.3由发热确定的尺寸46
3.2.4绝缘配合46
3.2.5电气优化46
3.2.6输电网的研究47
3.2.7由气体压力确定的尺寸47
3.2.8高压设计试验48
3.2.9额定电流设计49
3.2.10额定短路电流设计49
3.2.11内部电弧设计50
3.2.12电动力设计51
3.2.13机械设计52
3.2.14一体化的过电压保护52
3.2.15颗粒53
3.2.16发热设计53
3.2.17抗震设计58
3.3产品设计62
3.3.1技术参数62
3.3.2导体管64
3.3.3外壳管64
3.3.4气室的大小65
3.3.5绝缘件65
3.3.6滑动触头66
3.3.7模块设计66
3.3.8与架空线的连接68
3.3.9弯曲半径69
3.3.10导体和外壳的连接技术69
3.3.11防腐蚀74
3.3.12现场装配工作76
3.3.13监测76
3.4质量控制和诊断工具79
3.4.1零件的质量80
3.4.2过程的质量80
3.4.3局部放电检查81
3.4.4现场高压试验82
3.4.5质量控制结论84
3.5规划问题84
3.5.1电网的影响84
3.5.2可靠性92
3.5.3接地93
3.5.4安全94
3.5.5环境限制94
3.5.6相角补偿96
3.5.7载荷能力和过载能力96
3.6规范检查表99
3.7敷设方式102
3.7.1概述102
3.7.2地上敷设103
3.7.3沟渠敷设106
3.7.4隧道敷设107
3.7.5直埋敷设110
3.7.6定向钻孔120
3.8长期试验121
3.8.1概述121
3.8.2隧道敷设122
3.8.3直埋敷设130
3.8.4长期试验结果145
3.9气体处理146
3.9.1概述146
3.9.2混合气体处理146
3.9.3结论147
3.10调试和现场试验148
第4章系统和网络151
4.1概述151
4.2GIL的线路参数151
4.2.1理论基础151
4.2.2电阻151
4.2.3电容152
4.2.4电感152
4.2.5阻抗153
4.2.6波阻抗153
4.2.7自然功率153
4.3线路损耗154
4.3.1概述154
4.3.2GIL的损耗154
4.3.3与其他输电系统的比较155
4.3.4冷却和通风156
4.4运行方面156
4.4.1概述156
4.4.2可用性157
4.5老化159
4.6内部电弧故障159
4.6.1概述159
4.6.2被动保护160
4.6.3电弧定位160
4.7维护160
4.8维修161
4.9人员安全161
4.10绝缘配合161
4.10.1概述161
4.10.2典型GIL应用的过电压162
4.10.3GIL的绝缘配合166
4.10.4规定的试验电压167
4.10.5计算数据的校验169
4.11系统控制170
4.11.1引言170
4.11.2气体密度监测170
4.11.3局部放电监测170
4.11.4温度测量171
4.11.5GIL监测总结171
第5章环境的影响173
5.1概述173
5.2视觉冲击173
5.3电磁场173
5.3.1概述173
5.3.2基本理论174
5.3.3最大场强176
5.3.4计算177
5.3.5外壳感应反向电流178
5.3.6GIL的EMF测量179
5.3.7直埋式GIL184
5.4气体处理184
5.5热影响185
5.6回收185
5.7全寿命周期评价186
5.8碳足迹186
第6章经济方面190
6.1概述190
6.2材料成本190
6.3装配成本192
6.4线路损耗193
6.5影响成本的因素193
第7章GIL的应用196
7.1概述196
7.2应用实例197
7.2.1施卢赫湖,德国,1975197
7.2.2温得和克,纳米比亚,1977198
7.2.3约书亚瀑布,美国,1978199
7.2.4鲍曼维尔,加拿大,1985-7200
7.2.5Shin-Meika东海线,日本201
7.2.6PALEXPO,日内瓦,瑞士,2001204
7.2.7百特威尔逊电厂,美国,2001205
7.2.8柿莲,泰国,2002206
7.2.9PP9,沙特阿拉伯,2004207
7.2.10开罗北,埃及,2005208
7.2.11海姆霍,米德兰,英国,2005208
7.2.12黄河拉西瓦,中国,2009209
7.2.13克尔斯特尔巴赫,德国,2010210
7.2.14溪洛渡,中国,2011211
7.2.15锦屏Ⅰ,中国,2011212
7.3未来的应用213
7.3.1概述213
7.3.2交通隧道213
7.3.3道路及高速公路215
7.3.4地上安装及野外安装215
7.4案例分析215
7.4.1大都市区域215
7.4.2伦敦216
7.4.3柏林对角线217
7.4.4山区218
7.4.5海洋218
7.4.6GIL/架空线混合应用219
第8章输电系统的比较220
8.1概述220
8.2GIL的特点220
8.3技术比较221
8.3.1概述221
8.3.2损耗221
8.3.3磁场223
8.3.4电压额定值224
8.3.5电流额定值225
8.3.6短路电流额定值225
8.3.7过电压225
8.3.8温度限制226
8.4现场的比较226
8.4.1可接近性226
8.4.2最大重量226
8.4.3最大体积227
8.4.4土壤的类型227
8.4.5运输道路227
8.4.6现场车间的尺寸227
8.5软特性228
8.5.1概述228
8.5.2美学228
8.5.3隐形228
8.5.4噪声229
8.6经济性229
第9章输电管道230
9.1可行性研究231
9.2欧洲海上风电232
9.3海底隧道系统232
9.4海上和岸上PTPTM构造235
9.5下一代技术236
9.6海上环境237
第10章结论238
参考文献240
原书序
气体绝缘输电线路原书序原书序电力输送的传统方式是采用架空线,但是在一些环境有限制的场合就需要采用地下输电线的解决方案。现今已经有一些地下输电线的方式,其中最普遍的就是电缆,然而气体绝缘输电线路(Gas-Insulated Transmission Lines,GIL)也是一种经常用到的解决方案。GIL可以直接埋入地下,也可以敷设在隧道中或户外构架上。由于直埋式GIL可以和景观很好相处,因此可以得到数千米甚至数十千米的连续敷设应用。GIL有很多优点,包括载流能力强、损耗低、电容量低等。
虽然GIL技术主要来自于气体绝缘开关设备的经验,但还是有很多诸如设计、安装和维护方面的特性和规范需要考虑。赫曼·科赫从事这个专业达20年之久,他写的这本书给这个技术作了非常全面的论述,该技术自20世纪70年代开始代替电缆并得到越来越广的应用。第一代GIL技术使用纯SF6气体和法兰连接技术,第二代GIL技术使用SF6和N2的混合气体以及导体和外壳的焊接连接技术。本书介绍了GIL的绝缘特性和设计特点,也介绍了现场装配和敷设方式以及质量保证和试验手段,包括诊断工具。对不同敷设方式的特别要求也提出考虑。对系统、网络、环境及经济性也都提出了考虑。本书最后对世界各地的GIL应用作了图解说明并对GIL与其他输电系统作了技术、经济、现场以及美学、隐形和噪声等软特性作了比较。
本书对当前从事系统布置的工程技术人员很有益处,对电力系统专业的学生也有帮助,对希望了解地下输电技术的读者也提供了丰富的信息。
克劳斯·诺伊曼教授于德国埃森
译者序
科赫博士在西门子能源管理集团输电解决方案部门负责技术与创新工作,在国际电工委员会(IEC)第17C分技术委员会担任秘书。2004年中国电力企业联合会成立了电力行业标准“气体绝缘金属封闭输电线路技术条件”工作组,科赫博士参加了这个工作组并陪同工作组成员参观了在瑞士日内瓦机场展览中心的气体绝缘输电线路(GIL)运行现场。在他的积极参与下,中国第一个GIL标准——DL/T 978—2005《气体绝缘金属封闭输电线路技术条件》于2005年正式发布。
科赫博士还担任国际大电网会议(CIGRE)“GIL在长距离大容量结构的应用”工作组B3/B1��09的召集人,同时他也在美国电气电子工程师学会(IEEE)电力和能源学会(PES)电站委员会主持气体绝缘变电站的培训工作,迄今他已在美国、加拿大、南美及印度等20多个国家开展了培训。
GIL技术具有输送容量大、可靠性高、电容量小、损耗低、过载能力强、免维护、无老化现象、环境友好等优点,由于这些优点,自该技术问世以来已经有300多公里的GIL在世界各地投入运行。GIL技术的发展也促进了国际标准、国家标准和行业标准的制定。IEC第17C分技术委员会在1998年出版了技术报告:IEC 61640《额定电压72��5kV及以上刚性高压气体绝缘输电线路》;我国国家发展和改革委员会于2005年发布了中国电力行业标准:DL/T 978—2005《气体绝缘金属封闭输电线路技术条件》;国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会于2008年发布了国家标准:GB/T 22383—2008《额定电压72��5kV及以上刚性气体绝缘输电线路》;IEC第17C分技术委员会在2011年出版了国际标准:IEC 62271-204《额定电压52kV及以上刚性气体绝缘输电线路》。
近些年来中国电力工业的发展也给GIL技术的应用提供了很多机会,大亚湾、岭澳核电站,拉西瓦、锦屏、溪洛渡水电站等电站的送出工程相继使用了GIL技术。随着社会各界对可靠性以及环境的要求越来越高,会有更多的工程需要使用GIL技术,因此我们决定把这本书翻译成中文,以便于国内设计、制造以及运行部门的工程技术人员以及大专院校的学生参考。
译者
坦白说,我一开始对“气体绝缘输电线路”这个主题并没有太大的兴趣,总觉得离我的生活比较遥远。但当我读到书中关于“环境友好性”的章节时,我的看法彻底改变了。作者深入分析了SF6气体在大气中的温室效应,以及相关的环境法规和替代气体的研究进展。这让我意识到,即使是看似“绿色”的电力传输技术,也并非没有环境影响,并且行业一直在努力寻求更可持续的解决方案。书中对“真空绝缘”技术的讨论,更是让我眼前一亮。作者详细阐述了真空作为一种理想绝缘介质的优势,以及其在某些特定场景下的应用前景,例如在变电站内的设备连接。尽管真空技术目前可能还存在一些技术瓶颈和成本问题,但书中对未来发展的展望,足以激发读者对新技术的无限遐想。此外,我还了解到,在气体绝缘输电线路的运行过程中,还需要定期对绝缘气体进行“净化和再生”,以去除其中的水分、氧气和分解产物,这让我感受到了维护和保养技术的重要性。
评分对于我这个非专业读者而言,这本书最吸引人的地方在于它能够将如此复杂的技术概念,转化为易于理解的语言和生动的案例。作者在讲解“电缆的过电压防护”时,并没有直接给出冗长的公式,而是先从日常生活中常见的雷击和操作过电压现象入手,然后逐步引导读者理解这些过电压是如何对输电线路造成威胁的,最后才引出气体绝缘输电线路在设计中需要考虑的过电压防护措施,例如配置避雷器和氧化锌压敏电阻。书中还非常详细地介绍了“电缆附件”的设计和选型,包括终端头、中间接头等关键部件,以及它们在保证绝缘性能、机械强度和密封性方面的重要作用。我了解到,即使是看起来不起眼的连接部件,也需要经过严谨的设计和严格的测试,才能确保整个输电线路的安全可靠运行。此外,作者还对“电缆的可靠性评估”这一重要课题进行了深入的探讨,从数据收集、模型建立到寿命预测,都给出了详实的指导,这让我看到了现代工程技术中,如何将统计学和概率论应用到实际的设备设计和维护中。
评分这本书的价值绝不仅仅在于技术层面的罗列,更在于其背后所蕴含的严谨的科学精神和工程智慧。作者在论述过程中,经常会穿插一些历史上关于高压绝缘技术发展的重要里程碑事件,例如早期气体放电理论的建立,以及第一次大规模气体绝缘输电线路投入运行的案例分析。这让我得以从历史的维度去理解这项技术是如何一步步发展成熟的,也体会到了科学家和工程师们为了解决难题所付出的不懈努力。书中对“热击穿”现象的分析,尤其让我感到惊叹。作者不仅仅讲解了热击穿的原理,还详细分析了电缆的载流量计算,以及如何通过优化散热设计来有效控制电缆温度,避免过热损坏。我特别对书中关于“热敏电阻”和“温度传感器”在监测电缆温度方面的应用进行了深入的介绍,这让我明白,看似简单的电力传输背后,隐藏着如此精密的监测和控制系统。书中还探讨了气体绝缘输电线路在极端环境下的运行表现,例如在低温、高温、高湿以及强腐蚀性气体环境下的可靠性问题,并且提出了相应的应对策略,这对于我这样一个对工程实际应用感兴趣的读者来说,非常有启发性。
评分读完这本书,我对“稳定可靠”这几个字有了全新的理解。作者在讲解“电缆的接地系统”时,详细分析了不同类型的接地方式(例如单点接地、多点接地)的优缺点,以及如何根据实际地形和土壤电阻率来设计最优的接地系统,以确保在发生故障时,能够及时将故障电流导入大地,保护设备和人员安全。书中对“电缆的绝缘监测系统”的介绍,也让我惊叹于现代技术在保障连续供电方面的努力。作者详细阐述了各种在线监测技术,例如局部放电监测、绝缘电阻监测、温度监测等,以及如何利用这些监测数据来预测设备故障,提前进行维护,从而最大程度地减少停电时间。我了解到,这种“预防性维护”的理念,是保障关键基础设施稳定运行的核心。此外,作者还对“气体绝缘输电线路的运行和维护规程”进行了深入的探讨,从日常巡检到定期检修,都给出了详细的指导,这让我看到了工程实践的细致和严谨。
评分这本书的深度和广度都超出了我的预期。我原本以为它会是比较枯燥的技术手册,但事实上,作者将工程实践的经验和前沿的理论研究巧妙地结合在一起。例如,在谈到“电缆的阻抗匹配”时,作者不仅讲解了电磁波在传输线中的传播原理,还结合实际工程案例,分析了阻抗不匹配可能导致的信号反射和能量损耗,以及如何通过调整电缆结构和附件设计来优化阻抗特性。这让我对“匹配”这一概念有了更深刻的理解,不仅仅是电气上的,更是工程上的。书中对“电缆的电磁兼容性(EMC)”的探讨,也让我受益匪浅。作者分析了电缆在运行过程中可能产生的电磁辐射和对周围设备的干扰,并提出了有效的屏蔽和接地措施。这对于理解现代电磁环境下的设备设计至关重要。我特别注意到,作者在讨论“电缆的防火和防爆设计”时,引用了一些国际标准和规范,这让我看到了技术规范在保障安全运行中的关键作用。
评分这本书的语言风格非常专业,但作者却巧妙地穿插了一些生动形象的比喻,使得复杂的概念更容易被理解。例如,在解释“电缆的容性电流”时,作者将其类比为在管道中流动的水,当管道越长,需要的水量就越多,从而引出了电缆长度对容性电流的影响。这种“化繁为简”的讲解方式,对于我这样一个非专业读者来说,简直是福音。书中对“电缆的故障诊断和定位”的详细介绍,也让我学到了很多实用的知识。作者分析了各种故障模式,例如短路、接地、断线等,并提出了相应的诊断和定位方法,例如测量绝缘电阻、电容、电感,以及利用故障录波器等。这让我看到了,在发生故障时,工程师们是如何像侦探一样,一步步找到问题的根源。此外,作者还对“电缆的长期监测和寿命评估”进行了深入的探讨,从数据收集、模型建立到寿命预测,都给出了详实的指导,这让我看到了现代工程技术中,如何将统计学和概率论应用到实际的设备设计和维护中。
评分当我读到书中关于“电缆的绝缘恢复能力”的章节时,我被深深吸引了。作者详细分析了在某些短暂的过电压扰动后,绝缘介质如何能够自我修复,从而恢复其绝缘性能。这让我看到了自然界和材料本身的奇妙之处。书中对“气体绝缘输电线路在不同气候条件下的运行性能”的分析,也让我对这项技术有了更全面的认识。作者探讨了在高温、低温、高湿度、高海拔等不同气候条件下,电缆的绝缘性能、散热性能以及机械强度可能受到的影响,并提出了相应的应对措施,例如优化电缆结构、改进绝缘材料、加强维护保养等。我了解到,一项看似简单的输电线路,其实需要考虑如此多的环境因素。此外,作者还对“电缆的动态载流量计算”进行了深入的探讨,这让我明白,电缆的载流量并不是一个固定不变的数值,而是会随着环境温度、风速等因素而变化,并且需要进行实时监测和调整,以确保安全可靠的运行。
评分初读此书,我最为震撼的是其对“局部放电”的细致描绘。作者不仅仅停留在概念层面,而是深入到放电产生的物理机制,从微观的电子雪崩到宏观的放电痕迹,都进行了详尽的阐述。书中通过大量的模拟仿真结果图和实物照片,直观地展示了不同类型局部放电(例如电晕放电、闪络)的形态特征,以及它们对绝缘材料的损伤过程。这部分内容对我而言,简直是一次“解剖学”的实践,让我看到了那些我们平时看不见的“隐形杀手”是如何一步步侵蚀绝缘系统的。更重要的是,作者详细分析了导致局部放电的各种因素,包括绝缘缺陷、表面粗糙度、电极形状以及环境湿度等,并且提供了多种有效的抑制和检测方法。书中介绍的“交联聚乙烯(XLPE)绝缘材料”在气体绝缘输电线路中的应用,也让我印象深刻。作者不仅仅介绍了XLPE的物理化学性质,还重点分析了其在高温、高电场等极端工况下的长期可靠性,以及如何通过改性来提高其耐老化性能。我还了解到,在某些特定应用场景下,可能还需要考虑使用其他新型绝缘材料,并且书中对这些材料的潜在优势和技术挑战也进行了初步的探讨,这展现了作者的前瞻性视野。
评分让我印象深刻的是,这本书并没有回避技术发展中的挑战和局限。作者在讨论“SF6气体回收和处理”时,坦诚地分析了当前技术存在的难点,例如回收效率不高、处理成本较高以及二次污染物产生等问题,并对未来技术的研发方向进行了展望。这让我看到了科学研究的“实事求是”精神。书中对“电缆的绝缘材料老化机理”的深入分析,也让我认识到了材料科学在电力工程中的重要性。作者详细阐述了热老化、电老化、化学老化等多种老化机制,以及它们对绝缘性能的影响,并提出了延缓老化的措施,例如优化材料配方、改进生产工艺等。我特别对书中关于“绝缘材料的可靠性测试方法”的介绍,给我留下了深刻的印象,例如加速老化试验、长期可靠性试验等,这让我看到了如何通过科学的测试来评估材料的性能。
评分这本书的封面设计着实吸引了我,那种深邃的蓝色调,配合着银白色的人物剪影,让人立刻联想到电力输送中那种无形却又强大的力量。当我翻开第一页,就被作者严谨的文风和清晰的逻辑所折服。虽然我对“气体绝缘输电线路”这个专业名词算不上非常熟悉,但书中从基础原理讲起,循序渐进,将复杂的概念拆解得十分透彻。例如,在介绍绝缘介质的选择时,作者详细对比了SF6气体、真空以及其他几种潜在的绝缘材料在击穿电压、热稳定性、环保性等方面的优劣,甚至还引用了大量的实验数据和理论模型作为支撑,这让我深刻理解了为什么SF6气体会在当前的应用中占据主导地位,但同时也暗示了未来可能的发展方向。书中对不同类型气体绝缘输电线路的结构设计也进行了深入的探讨,包括单相、三相的布置方式,电缆的绝缘层厚度计算,以及如何有效控制电场分布,避免局部放电的产生。我尤其对其中关于“膨胀式”和“非膨胀式”两种绝缘结构进行了详细的论述,这让我对高压电力的传输有了更直观的认识。整本书的排版也很舒适,图表清晰,公式推导步骤完整,这对于我这样一个非专业读者来说,无疑大大降低了阅读门槛。我本来只是抱着了解一些新技术的想法,没想到这本书的内容如此丰富,让我对电力传输领域有了全新的认识。
评分书投递的非常快,涉及深度浅
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评分该书对于了解GIL有较好帮助
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评分好书,感谢沈总为读者做了一件大大好事。
评分该书对于了解GIL有较好帮助
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