第1章
Chapter 1 绪论
1.1 GIL综合管廊技术概述
1.1.1 电力管廊概述
在国内外城市电力建设中，以地下电缆取代传统的架空线缆已成为主流。相关统计表明，在世界现代化都市（如柏林、东京、大阪、哥本哈根等）中，地下输电线路的比例已经超过70%。随着我国城市化建设的快速发展，城市地上空间留给架空线缆的空间越来越小，架空线缆给城市建设带来了局限和困扰。电力管廊（也称“电力隧道”或“电缆隧道”）是一种功能多样的电力电缆地下敷设方式，从功能的角度来看，其不占据城市地上空间，可根据实际需要对输送容量进行调整，提高了供电的可靠性；从运维的角度来看，采用地下电缆能够更方便地建立和维护供电网络。
建设电力管廊的必要性主要如下。
解决电力负荷高速增长和电力通道资源相对稀缺的矛盾。由于经济的高速发展，城市电力负荷屡创新高，随着城市人口密度的增加，土地资源变得越来越稀缺。将超高压、大截面电力电缆敷设在隧道内，可以有效解决城市电力通道资源稀缺的问题。另外，隧道功能相对独立，安全的运行环境可以满足电力电缆输送容量的要求。
满足城市绿色环保生存空间与高标准景观的需要。随着人们生活水平的提高，居民对城市景观、人文环境及社区环境有了更高的要求，架空线缆密布如网的情景，对城市景观来说是一种视觉污染，同时，当架空线缆与周边建筑间距过小时，其电磁辐射会对居民的健康造成一定的影响。
1.电力管廊工程概况
巴黎在20世纪60年代已将225kV高压电通过电力管廊送入市中心。截至2015年，伦敦、波恩、汉堡等城市供电的地下率均已超过95%；哥本哈根、柏林已将400kV输电线改为地下敷设；日本东京都会区内地下输电线路占全部输电线路的85%以上，部分500kV输电线也以XLPE电缆敷设于地下；澳大利亚也建设了电力管廊。由此可见，GIL已在世界范围内获得广泛应用，线路的总长度超过700km，全球172～1200kV GIL的安装长度饼状图如图1-1所示。
我国很多城市在电力管廊方面已经做了尝试，最早在1983年，上海市建成了长度为100m的万体馆电力管廊，用于支撑2回110kV充油电缆和35kV电缆，之后相继建成了550m打浦路2回220kV充油电力管廊、3033m西藏路12回220kV电力管廊、世博站3回500kV+10回220kV电力管廊、虹杨站3回500kV+4回220KV和1回500kV+10回220kV电力管廊，建设总长度超过42km。截至2015年，北京市电力管廊建设总长已超过550km，17～220kV输配电基本采用电力管廊的方式。深圳市按照《深圳市城市更新办法》，在A、B、C、D 4个区域规划建设电力管廊，现状110kV和规划110kV、220kV架空电力线全部进入电力管廊。
图1-1 全球172～1200kV GIL的安装长度饼状图
总体来看，电力管廊长度和规模呈现增加和增大的趋势，建设规模也不断向着长度大、直径宽、运维手段不断完善的方向发展。虽然采用地下电缆线路的方式具有诸多优势，但电力管廊的初期建设费用较高，在很大程度上受线路敷设方式的影响，对运行中的故障诊断技术要求更高，并且会带来隧道消防安全等相关问题，需要在城市电力管廊应用中重点研究解决。
2.电力管廊分类
电力管廊的敷设方式对工程造价有很大的影响。采用合理的线路规划方案和最佳的电缆敷设方式有利于节省工程土建费用，并可提高日后工程维护的便利性。由于电缆敷设属于地下工程，因此必然受到工程地质条件、电缆类型及电缆敷设数量的影响。
现有的敷设方式主要有直埋敷设、穿管式敷设、电缆沟敷设和盾构隧道敷设。对于大功率输电，一般采用盾构隧道敷设。该敷设方式可以满足多回电力线路同路径敷设的要求，也能够满足越来越大的输电功率需求，已经成为城市电力电缆敷设的主要发展方向。
电力管廊的形式和类别多种多样，从隧道来看，不同的隧道运行特点不同，重要性也不同。
1）按用途分类
（1）专用隧道：专供电力电缆敷设的隧道。
（2）共同沟：也称综合管沟，是地下城市管道综合走廊，是在地底设置的专供各种公用事业摆放各种管线的隧道。
（3）合用隧道：电力电缆和公路、铁路等市政交通设施共同使用的隧道。
2）按电压等级分类
（1）高压隧道：隧道内电缆电压等级都在110kV及以上。
（2）低压隧道：隧道内电缆电压等级都在110kV以下。
（3）高低压混用隧道：对隧道内电缆电压等级没有严格的规定。
3）按接入方式分类
接入方式指的是隧道两侧电力线路接入的形式。主要包括如下3种形式。
（1）两端均为变电站。
（2）一端为变电站，另一端为架空线接入。
（3）两端均为架空线接入。
在结构上，电力管廊一般采用钢筋混凝土结构。从结构断面来看，如图1-2所示，电力管廊的形式一般有3种：矩形型、三心拱直型和盾构管廊型。
电力管廊具有很高的建筑标准，可操作空间大，可以为其他后期可能铺设的管线预留位置，甚至可满足检修人员和设备的通行需求，这就为电力设施的检修维护提供了更为便捷的条件，对于缩短故障排查时间和提升施工安全性都非常有利。加之其具备良好的扩展性，电力管廊已经成为缓解城市输电线路拥堵的优良方案，具有广阔的发展前景。
3.特高压GIL型式及性能
GIL是在GIS（Gas Insulated Switchgear，气体绝缘开关设备）的基础上研发的气体绝缘金属封闭输电线路，在大规模离岸风电、核电、地下输电、变电站改扩建、特高压输电及复杂输电线路交叉跨越等特殊工程应用中，是架空线缆的有效替代方案。与GIS相比，GIL具有内部结构简单、安装灵活、单位造价低的特点。另外，GIL设计方案有如下特点：盆式绝缘子要求内置，既可采用壳体内部的焊接法兰安装，也可采用壳体外部的连接法兰封装，即使盆式绝缘子破裂，仍能确保SF6气体不外泄。
图1-2 电力管廊结构断面
在特高压等级的GIL研究与应用方面，在规划设计苏通GIL综合管廊时，国内外尚未有成熟的产品和工程应用。在国外，仅有美国的AZZ公司研制过特高压GIL，于20世纪80年代在美国的Waltz Mill试验站建成了当时世界上唯一的1200kV特高压GIL试验线段，两期工程单相长度合计420m，额定电流为5000A，采用纯SF6气体绝缘，技术参数如表1-1所示。1990年，委内瑞拉Edelca公司在古里水电站的GIL供货电压达到1200kV，额定电压为800kV，单相长度达到348m，但其额定电流只有1200A，不能称为真正意义上的特高压GIL。
表1-1 美国AZZ公司特高压GIL技术参数
近年来，随着特高压输电技术的持续进步，国内开始关注特高压GIL的技术研究和工程应用，开展了特高压交流GIL技术研究和样机研制工作。平高集团（全称为“平高集团有限公司”）、西开电气（全称为“西安西电开关电气有限公司”）和新东北电气（全称为“新东北电气集团有限公司”）分别开展了采用纯SF6气体绝缘的特高压交流GIL样机研制工作。
目前国内特高压GIL产品的主要生产厂家是西开电气、平高集团和新东北电气，均采用纯SF6气体绝缘技术，现有产品的性能参数如下：特高压110kV、工作电流8000A、单位长度发热功率220.8～323.2W/m、单相长度壳体外径900mm，双道密封，年泄漏量极少。
20%的SF6与80%的N2混合使用，可大大减少SF6的使用量，降低成本，但还须研究绝缘特性、分层、回收等问题，并关注载流能力降低的影响。
1.1.2 苏通GIL综合管廊工程概况
苏通GIL综合管廊基本情况如下：额定电压为1000kV，上层敷设两回1000kV GIL，单相长度达5.8km，下层为两回500kV电缆及市政通用管线隧道。苏通GIL综合管廊是全球目前电压等级最高、输电容量最大、技术含量最高的气体绝缘交流输电工程，也是首次将特高压交流GIL技术应用于重要输电通道的GIL工程。
苏通GIL综合管廊工程位于G15沈海高速苏通长江大桥上游西侧600～1200m处，采用隧道过江方式，综合管廊自南岸（苏州）始发工作井向北，在苏通大桥展览馆东侧穿越后，下穿南岸长江大堤进入长江河道，依次穿过常熟港专用航道、深槽宽口末端部分、长江主航道及南通营船港专用航道，而后下穿长江北岸大堤，抵达北岸（南通）接收工作井，线位距江中深槽下游约384m，标高为-40m以下的深槽槽宽约为50m。综合管廊结构最低点标高为-74.83m，最大设计水压为0.80MPa，外径为11.6m，盾构段总长度约为5468m。
苏通GIL综合管廊工程陆域部分及水域部分地貌单元分别为长江河漫滩和长江河床。近年来，综合管廊穿越长江工程已取得了许多成功的经验，但也遇到了很多棘手的问题，浅层沼气是主要问题之一。
苏通GIL综合管廊工程主要包括南岸工作井（含综合楼）及施工通道、北岸工作井（含综合楼）、江中盾构隧道土建工程，设计范围内永久工程长度为5528.545m，包括盾构段5468.545m、南岸盾构工作井30m、北岸工作井30m，施工通道为临时工程，长度为220.166m，盾构直径为12.07m，管廊内直径为10.5m。