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中國電力企業管理:創新攻堅 打造DIL“夢工程”
來源:中國電力企業管理 作者:張景鋒、蔣玉坤 日期:2020-01-03 訪問次數: 字號:[ ]

  由中國電力工程顧問集團華東電力設計院有限公司承擔總體設計、電氣設計和勘察設計的蘇通GIL綜合管廊工程全長5468.5 米,是世界上電壓等級最高、輸送容量最大、輸電距離最長、技術水平最先進的創新型工程,堪稱GIL“夢工程”。
  2019年9月26日,由中國電力工程顧問集團華東電力設計院有限公司(以下簡稱“華東院”)承擔總體設計、電氣設計和勘察設計的蘇通GIL綜合管廊工程成功投運。該工程南起蘇州,北至南通,長5468.5米。其投運標志著世界上規模最大的特高壓交流雙環網——華東1000千伏特高壓交流環網全部建成,將顯著增強華東電網的資源優化配置能力、安全穩定水平和接受外來電能力。蘇通GIL綜合管廊工程是世界上電壓等級最高、輸送容量最大、輸電距離最長、技術水平最先進的創新型工程,堪稱GIL“夢工程”。

  攻堅克難:黃金水道上的勘察設計

  蘇通管廊位于江蘇蘇通大橋上游約1公里處的長江江底,管廊建設水域是長江經濟帶上重要的12.5米深水航道,素有“水上高速”之稱,在此水域勘察作業,作業船每日需避開約2000艘次的船舶流量,萬噸級以上海輪就有60余艘。此外,建設區域年平均霧日約31天,江面6級以上大風平均179天,臺風每年平均影響2.3次。如此復雜的水域作業條件,要在一年內完成約150個勘探孔,超過15000米總進尺,和數以萬計的孔內取樣、原位測試,對勘察設計而言是幾乎不可能完成的任務。稍有不慎,不僅危及作業人員人身安全,甚至容易發生撞船、撞橋等重大事故。在長江下游黃金水道開展工程勘察,航道協調工作量大、風險高,江中水域勘察難度大。
  在磅礴的長江水面下存在厚200~300米的第四紀松散沉積層。其中,不規律分布的沼氣、巨厚層的淤泥質軟土、大范圍分布的可嚴重液化砂土、多層高承壓水等不利地質因素為后期盾構施工的成敗帶來諸多不確定性。
  為了給盾構施工提前開道探路,一年內,華東院勘察工程師竭盡所能,不斷細化勘察作業窗口、交通組織方案及維護方案,采取了水上鉆探、孔壓靜探、單波束水深量測、扁鏟、旁壓、土工試驗、氣體檢測等方法,為復雜的河床進行了高精度的“全身體檢”。采用的地球物理探測專題工作,整合了世界一流海洋探測設備,如淺層地震反射波、淺層剖面、旁側聲納、水域高精度磁測等,解決了水下障礙物調查及地層劃分等技術難題。2017年4月19日18時48分,勘探船船鹽撈8自蘇通大橋主航道安全返回港口,標志著蘇通GIL綜合管廊工程主航道勘察外業工作順利竣工。

  穿“針”引“線”:GIL管線穿越隧道

  進入蘇通管廊隧道,只見左右兩排充滿金屬光澤的GIL管線,向前伸入彎曲的隧道深處,充滿了奇幻的感覺。隧道空間狹小,這些巨大的GIL管線設備要布置在其間,需要克服多少困難呢?
  蘇通隧道內布置2回(6相)1100千伏GIL管線,同時預留遠景2回500千伏電纜過江通道。單回GIL長度5.7千米,管線總長34.2千米,隧道內GIL管線單根長度為18米。盾構隧道總長5468.545米。隧道內徑10.5米,外徑11.6米。隧道自南岸引接站始發工作井向北走行,水平弧線段最大移動近1000米,豎直方向有16個坡段,坡度從0.48%~5.27%不等,豎直方向下降/上升近80米,整個隧道走向三維蜿蜒曲折,18米長且剛性連接的GIL直管在隧道內穿越,就像一根根“鋼針”要穿過彎曲的“細管”,而且GIL管線還要適應隧道施工誤差和沉降的影響,滿足運行中的溫度變化、負荷變化、地震等工況下的變形要求,工程難度可想而知。
  盾構隧道的設計走向以及工作井的施工結果與原設計方案不可避免地會存在一定的偏差,且隧道在挖掘完成后短期內存在少量的沉降和變形,隧道和工作井的連接處也會存在一定的高差、偏移和偏角。
  為實現GIL“零漏氣、零放電、確保一次投運成功,長期安全運行”的總體建設目標,華東院設計團隊采用三維設計手段,開展全管系柔性化設計,針對水平和豎直方向上不同的彎曲弧段,選擇采用大量非標準轉角段GIL設備。從地面到豎井再到隧道對GIL的安裝標高和位置進行精確聯測,根據現場復測結果,進行調線調坡設計并滾動修改設計方案,精細化定位GIL布置方案,最終確定GIL的布置設計方案,確保GIL設備能夠精準加工、順利運輸和對接安裝。最終,GIL設備布置尺寸與設計方案完全匹配,設計團隊交出了完美的答卷。

  從“零”開始:技術含金量十足的GIL管廊

  GIL是指氣體絕緣金屬封閉輸電線路,是采用金屬導電桿輸電,并將其同軸封閉布置于接地的金屬外殼中,通過壓力氣體絕緣的電能傳輸設備。隧道本體和隧道中GIL設備的安全,對于整個華東特高壓環網的安全運行都至關重要,但是世界上尚未建設過同類規模的電力綜合管廊,沒有任何可借鑒的工程案例,一切技術方案都要從“零”開始。為確保隧道、GIL設備的安全穩定運行,華東院設計團隊團結協作,攻堅克難,勇于創新,采用多種創新型技術,為工程設計了完備的輔助保障系統。
  蘇通工程隧道距離長,GIL設備發熱量大,同時需要排除GIL設備泄露的SF6氣體,隧道在江底無法設置多余通風井。為解決隧道通風散熱和SF6排放問題。華東院設計團隊采用了計算機模擬方法進行研究,分別采用地鐵環境模擬軟件(SES)和計算流體力學(CFD)的方式,對管廊內排熱情況和SF6氣體泄露情況進行全程模擬分析,設計了“南送北排”的機械通風方案和SF6專用排除系統方案,滿足隧道內設備和人員的通風需求。
  蘇通1100千伏GIL是蘇州—泰州1000千伏線路中的一段組成部分,和線路一起形成獨特的GIL架空混合線路。為了確保全線的安全運行,設計創新采用大差動與小差動保護結合的“大小差保護”方式,對全線路配置大差動保護,對GIL段配置小差動保護,可以準確確定故障范圍,有效切除故障線路。
  與GIL連接的線路采用同塔雙回架設,GIL內部單相故障,線路保護切除故障線路后,由于同塔雙回架空線路的耦合作用,在故障相仍可能存在感應引起的故障電流。因此,蘇通工程在GIL兩側設置感應電流快速釋放裝置,在線路保護切除GIL內部故障后,可快速關合GIL兩側接地開關,以徹底消除故障點電流保護GIL設備本體。同時,GIL本體裝設配置單獨的放電故障定位子系統,通過超聲波法定位系統與接地電流法定位系統,可以快速準確的確定GIL設備故障位置,為GIL設備提供了完備的保障。
  蘇通隧道內及南北引接站設置一體化計算機監控系統,輔助控制的功能子系統主要包括:環境監測子系統、通風排水控制子系統、視頻監控子系統、安全防范及警衛子系統、人員管理子系統、廣播及逃生指揮子系統、并且具備第三方接口,接入GIL本體SF6監測系統、隧道結構健康監測系統、軌道式巡檢機器人系統、GIL放電故障定位裝置等。在管廊內,采取“分區采集、統一監控”的原則,實現了數據流的合理管理,保證控制系統的通信暢通。
  蘇通GIL綜合管廊工程是一個充滿技術含量的創新工程。通過工程的設計實踐,華東院積累了寶貴的設計經驗,培養了設計人才隊伍,建立了完備的設計組織體系,使GIL管廊工程的設計水平產生了質的飛躍,為今后開展同類工程設計奠定了堅實的基礎。
  
(《中國電力企業管理》2019年第30期總第579期 下旬)

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