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能源安全新战略|大国重器④:苏通GIL综合管廊工程

发布日期:2024-06-08 10:11:39游览量:14

      采用GIL长距离输电技术,使江底隧道输电成为可能,避免对长江生态环境影响,为跨越山河湖海、穿过人口密集地区的紧凑型输电世界级难题贡献“中国方案”;实现GIL设备百分百国产化,形成特高压GIL工程建设成套技术,打破国外技术垄断,大幅提升了华东“三省一市”大规模接纳区外来电和区域内部电力交换能力;34.2公里、2049根GIL导线全长毫米级精准对接,5.5公里深水隧道全程无渗漏,特高压GIL设计、制造和跨江长距离管廊输电的施工、安装、试验、运维关键技术保障工程安全运行。

  这就是入选“2023年度央企十大国之重器”榜单的苏通GIL综合管廊工程。国家电网有限公司着眼区域电力供应不平衡现状,创新研发应用特高压GIL长距离输电技术,打造世界首个特高压气体绝缘输电示范工程,保障华东地区电力可靠供应,为经济社会高质量发展注入澎湃动能。

提出江底输电“中国方案”

  长江三角洲地区,中国最发达的地区之一,是带动中国经济持续向前的重要引擎。与此同时,电力供应紧张的问题随之而来。建设特高压输电线路这一能源电力输送“高速公路”,成为满足长三角地区旺盛的电力需求的必然选择。

  2016年7月份,世界上电压等级最高的交流输变电工程——1000千伏华东特高压交流环网获国家发改委核准。这项工程想要闭合运转,就必须穿越宽阔的长江口。位于长江下游“三沙”河段跨越点的苏通越江段,是华东特高压交流双环网贯通的“咽喉要道”。在这里,国家电网公司决定建设起于南岸苏州引接站,止于北岸南通引接站的苏通GIL综合管廊工程。

苏通GIL综合管廊工程位于苏通大桥南岸的苏州引接站。

  铁塔支架凌空飞渡输电线路是电力行业成熟且常用的工程方案。如果采用常规的江上架空跨越,需要在江中建设两座超过455米高的巨型铁塔,每座铁塔基础相当于3个足球场大小的人工岛,影响长江通航安全、岸线规划、防洪、生态环境等方面。

  面对无法凌空飞渡的长江口,国家电网公司决定采用盾构方式,从长江底部穿过,代替传统从长江上面实施大跨越的方案。工程在世界上首次创造性应用“特高压GIL+江底隧道”技术,将常规高455米、宽100米的大跨越线路走廊压缩至直径10.5米隧道之中,装入精密的1000千伏GIL气体绝缘输电线路。

  苏通GIL综合管廊工程需要在弯曲狭小的隧道内拼接组装6相GIL气体绝缘输电线路,两回总长将近34.2千米。在此之前,国际上GIL电压等级最高仅为750千伏、最长距离不足3公里,且GIL输电核心技术由国外垄断。

  苏通GIL综合管廊工程为中国首次自主研发应用1000千伏特高压GIL,采用大直径盾构穿越江底隧道,其电压等级、单体GIL长度、输电容量均为世界之最。

攻克四大施工技术难题

  苏通GIL综合管廊工程面临高可靠性绝缘、隧道内GIL柔性设计和密封、超长距离GIL安装与检测试验、穿越超高水压与沼气地层隧道建造等四大技术难题。

  苏通GIL综合管廊工程隧道开挖外径达12.07米,最大坡度5%,最大水土压力高达9.5个大气压,是目前国内埋深最大、水压最高的大型水下隧道。隧道基本没有水平段,在“上下翻飞”的同时,还要“左右摇摆”,整条隧道垂直方向下降/上升近80米,水平方向最大偏移近1000米。对于盾构机掘进来说,这属于世界级难题。

GIL单元主体对接完成后,工作人员钻进直径88厘米的GIL设备内部开展最后的导电棒的安装对接工作。

  在以中国工程院院士钱七虎为首的专家团队指导下,施工人员成功破解了隧道承受超高水压、穿越高石英含量沉积砂层和有害气体密集地层等多个施工难题。

  工程建设单位调用全球资源,通过技术集成再创新,为工程量身定制了当时全球施工孔径最大、工作压力最高的泥水盾构机“卓越号”。“卓越号”盾构机自2017年6月28日始发,仅用419天就实现了隧道全面贯通,日均掘进13.05米,创造了国际上大直径盾构隧道掘进新纪录。不仅如此,“卓越号”盾构机先后安全穿越长江南岸、北岸大堤,监测表明隧道隆起沉降、水平位移、垂直位移和收敛都不超过1厘米,且成型隧道全长无一渗漏点,各项实测参数远超业内标准。

  电气化安装环节同样要求十分严苛,考验着施工者的细致和耐心。江苏省送变电有限公司技术专家、苏通GIL综合管廊工程施工项目部经理李刚介绍,施工人员需要在狭窄的管状隧道内铺设2回共6相特高压GIL,涉及2049根GIL单元、2055个对接面。

  “电气化施工首先需安装固定支架。按照设计要求,考虑到隧道沉降影响,以及运行温度累积,每72米支架安装轴向误差不得大于2毫米,否则,可能在长期运行后引起设备变形乃至损坏。”回忆起GIL电气安装过程,苏通GIL综合管廊工程项目经理、国网江苏电力工程咨询有限公司项目建设管理中心主任柏彬说。

  最终,该工程施工项目部创新引入一套测量精确控制网系统,将基轴线设在隧道口,向隧道内每隔50米标出1根基准线,安装固定支架时只需从相近的基准线控制尺寸即可。由此,153套固定支架安装下来,最大的误差只有1毫米,2049根GIL单元安装累积误差小于2毫米。

实现安全可靠运行

  6月3日,在长江水下70米深处的苏通GIL综合管廊隧道中,来自国网江苏超高压公司的苏通GIL管廊运维班员工使用GIL高频电流局部在线监测装备,检查管廊设备运行情况。随着一道弧形蓝色激光缓缓划过隧道内壁,运维班员工手持隧道结构多功能扫描仪仔细地检测管廊是否发生形变。

  从工程设计到运维管理,管廊的运行安全都是各方考量的重中之重。

  六氟化硫是特高压导体的绝缘保护屏障,一旦混入灰尘杂质,或是纯度、湿度不符合标准,就会引发漏电放电,进而威胁整条线路的安全。六氟化硫还是一种温室气体,释放到大气中会破坏地球臭氧层。据估算,苏通GIL管廊工程34.2公里的气体绝缘线路中需要充入六氟化硫近800吨,是世界电力工程领域里一次性使用绝缘气体最多的工程。

苏通GIL综合管廊工程隧道内景。

  为方便长期运行中的维护与维修,全国五一劳动奖章和国家科技进步二等奖获得者、国网江苏电科院专家朱洪斌带领团队研发出世界上首台一体化六氟化硫气体质量检测仪,改变了以往六氟化硫气体质量只能在实验室检测的现状,首次将“移动实验室”搬到了工程现场,将原来18个小时检验时间缩短至40分钟。

  2019年9月26日,苏通GIL综合管廊工程零漏气、零放电,一次投产运行成功,为跨越山河湖海、穿过人口密集地区的紧凑型输电世界级难题提供了“中国方案”。

  如今,苏通GIL综合管廊工程已安全运行1700多个日日夜夜,将江苏过江通道输电能力由900万千瓦提高到1600万千瓦。工程自2019年9月26日投运以来,累计输送电量1249.1亿千瓦时,有效缓解长三角地区用电压力,为长三角地区年均减排二氧化碳1770万吨,助力实现“双碳”目标。由它连接闭合的中国华东地区特高压电网,持续造福长三角地区数亿人口的生产生活,为中国经济高质量发展注入强劲的能源动力。

      转载自国家电网有限公司。