Gas Insulated Transmission Lines (GIL)

GAS-INSULATED
TRANSMISSION
LINES (GIL)......Page 3
Contents......Page 7
Foreword......Page 15
Acknowledgements......Page 17
1.1 Changing Electric Power Supply......Page 19
1.2 Advantages of GIL......Page 22
2.1.1 General......Page 25
2.1.2 Power Transmission Levels......Page 26
2.1.3 Long-Distance Power Transmission......Page 29
2.1.4 Current Ratings of Electric Transmission Networks......Page 36
2.1.5 Conclusion of Transmission Network Development......Page 37
2.2.1 GIL 1st Generation......Page 38
2.2.2 GIL 2nd Generation......Page 44
2.2.3 World-Wide Experiences......Page 54
3 Technology......Page 57
3.1 Gas Insulation......Page 59
3.1.1 Free Gas Space......Page 60
3.1.2 Insulators......Page 61
3.1.3 Gas-Tight Enclosure......Page 62
3.1.4 Insulating Gases......Page 64
3.1.4.1 Sulphur hexafluoride SF6......Page 65
3.1.4.2 N2......Page 66
3.1.4.3 N2/SF6 Gas Mixture......Page 67
3.2.1 Overview......Page 83
3.2.4 Insulation Coordination......Page 86
3.2.6 Transmission Network Studies......Page 87
3.2.8 High-Voltage Design Tests......Page 88
3.2.9 Current Rating Design......Page 90
3.2.10 Short-Circuit Rating Design......Page 91
3.2.11 Internal Arc Design......Page 92
3.2.13 Mechanical Design......Page 94
3.2.14 Integrated Overvoltage Protection......Page 95
3.2.15 Particles......Page 96
3.2.16.2 Heat Transfer Inside the GIL......Page 97
3.2.16.3 Buried GIL......Page 101
3.2.16.4 Tunnel-Laid GIL......Page 103
3.2.17.3 Parameters......Page 104
3.2.17.5 Model of the Calculation......Page 105
3.2.17.6 Analysis Results......Page 106
3.2.17.7 Conclusion......Page 109
3.3.1 Technical Data......Page 111
3.3.3 Enclosure Pipe......Page 113
3.3.4 Size of Gas Compartment......Page 115
3.3.5 Insulators......Page 116
3.3.7.1 Straight Unit......Page 118
3.3.7.3 Disconnecting Unit......Page 119
3.3.7.4 Compensator Unit......Page 120
3.3.9 Bending Radius......Page 121
3.3.10 Joint Technology for Conductor and Enclosure......Page 122
3.3.10.1 Flanged Joints......Page 123
3.3.10.2 Arc-Welded Joints......Page 124
3.3.10.3 Friction Stir-Welded Joints......Page 125
3.3.10.4 Ultrasonic Test......Page 128
3.3.11 Corrosion Protection......Page 130
3.3.11.1 Passive Corrosion Protection......Page 132
3.3.11.2 Active Corrosion Protection......Page 133
3.3.12 On-Site Assembly Work......Page 134
3.3.13 Monitoring......Page 135
3.3.13.1 Gas Density Monitoring......Page 137
3.3.13.2 Partial Discharge Monitoring......Page 138
3.3.13.3 Arc Location System......Page 139
3.4 Quality Control and Diagnostic Tools......Page 141
3.4.2 Quality of Processes......Page 142
3.4.3 Partial Discharge Detection......Page 143
3.4.4 High-Voltage Testing On-Site......Page 144
3.4.5 Conclusion of Quality Control......Page 148
3.5.1.1 Net Connecting Rules......Page 149
3.5.1.2 Load Flow Calculation......Page 150
3.5.2 Reliability......Page 157
3.5.4 Safety......Page 159
3.5.5 Environmental Limitations......Page 161
3.5.7.1 General......Page 163
3.5.7.2 Calculating Overload for Ambient Temperature......Page 164
3.6 Specification Checklist......Page 167
3.7.1 General......Page 171
3.7.2.1 General......Page 172
3.7.2.2 Corrosion Protection......Page 173
3.7.2.5 Evaluation of Above-Ground GIL......Page 176
3.7.3.1 General......Page 177
3.7.4.1 General......Page 178
3.7.4.2 Open Trench-Laid Tunnel......Page 179
3.7.4.3 Bored Tunnel......Page 180
3.7.4.5 Mechanical Stress......Page 183
3.7.5.1 General......Page 184
3.7.5.2 Laying Process......Page 185
3.7.5.3 Corrosion Protection......Page 190
3.7.5.4 Mechanical Stress......Page 193
3.7.5.5 Movement......Page 197
3.7.5.6 Thermal Stress......Page 199
3.7.6 Directional Boring......Page 200
3.8.1 General......Page 201
3.8.2.1 Test Set-up in a Tunnel......Page 202
3.8.2.3 On-Site Laying in a Tunnel......Page 207
3.8.2.4 On-Site Repair in a Tunnel......Page 213
3.8.2.5 Test Results in a Tunnel......Page 214
3.8.3.1 Test Set-up Directly Buried......Page 215
3.8.3.2 Test Programme Directly Buried......Page 217
3.8.3.3 On-Site Laying Directly Buried......Page 219
3.8.3.4 Repair Process Directly Buried......Page 221
3.8.3.5 Thermal Calculations Directly Buried......Page 223
3.8.3.6 Results of Long Duration Test Directly Buried......Page 232
3.8.4 Long-Duration Test Results......Page 233
3.9.2 Gas Mixture Handling......Page 235
3.9.3 Conclusion......Page 237
3.10 Commissioning and On-Site Testing......Page 239
4.2.1 Theoretical Background......Page 243
4.2.3 Capacitance......Page 244
4.2.7 Natural Power......Page 245
4.3.1 General......Page 246
4.3.3 Comparison with Other Transmission Systems......Page 247
4.4.1 General......Page 249
4.4.2 Availability......Page 250
4.5 Ageing......Page 252
4.6.2 Passive Protection......Page 253
4.7 Maintenance......Page 254
4.9 Personnel Safety......Page 255
4.10.2 Overvoltage Stresses on Typical GIL Applications......Page 256
4.10.3 Insulation Coordination for GIL......Page 259
4.10.4 Required Test Voltages......Page 261
4.10.5 Verification of the Calculated Data......Page 264
4.11.2 Gas Density Monitoring......Page 265
4.11.5 Overview of GIL Monitoring......Page 266
5.2 Visual Impact......Page 271
5.3.2 Basic Theory......Page 272
5.3.3 Maximum Field Values......Page 274
5.3.4 Calculations......Page 276
5.3.5 Induced Reverse Enclosure Current......Page 277
5.3.6 EMF Measurements of GIL......Page 278
5.5 Thermal Aspects......Page 285
5.6 Recycling......Page 286
5.8 CO2 Footprint......Page 287
6.2 Material Cost......Page 291
6.3 Assembly Cost......Page 293
6.4 Transmission Losses......Page 294
6.5 Cost Drivers......Page 295
7.1 General......Page 297
7.2.1 Schluchsee, Germany, 1975......Page 298
7.2.2 Windhoek, Namibia, 1977......Page 301
7.2.3 Joshua Falls, USA, 1978......Page 302
7.2.4 Bowmanville, Canada, 1985–7......Page 304
7.2.5 Shin-Meika Tokai Line, Japan......Page 307
7.2.6 PALEXPO, Geneva, Switzerland, 2001......Page 312
7.2.7 Baxter Wilson Power Plant, USA, 2001......Page 314
7.2.8 Sai Noi, Thailand, 2002......Page 315
7.2.9 PP9, Saudi Arabia, 2004......Page 318
7.2.10 Cairo North, Egypt, 2005......Page 319
7.2.11 Hams Hall, Midlands, UK, 2005......Page 321
7.2.12 Huanghe Laxiwa, China, 2009......Page 322
7.2.13 Kelsterbach, Germany, 2010......Page 323
7.2.14 Xiluodu, China, 2011......Page 326
7.2.15 Jingping I, China, 2011......Page 328
7.3.3 Roads and Highways......Page 330
7.4 Case Studies......Page 332
7.4.1 Case Study: Metropolitan Areas......Page 333
7.4.2 Case Study: London......Page 335
7.4.3 Case Study: Berlin Diagonal......Page 336
7.4.4 Case Study: Mountains......Page 337
7.4.6 GIL/Overhead Line Mixed Application......Page 339
8.2 GIL Features......Page 341
8.3.2 Losses......Page 342
8.3.3 Magnetic Fields......Page 345
8.3.5 Current Rating......Page 346
8.3.8 Temperature Limits......Page 347
8.4.3 Maximum Size......Page 348
8.4.6 Space for Workshop On-Site......Page 349
8.5.4 Noises......Page 350
8.6 Economics......Page 351
9 Power Transmission Pipeline......Page 353
9.1 Feasibility Study......Page 354
9.3 Under Sea Tunnel System......Page 357
9.4 Offshore and Onshore PTPTM Constructions......Page 362
9.6 Offshore Environment......Page 364
10 Conclusion......Page 367
References......Page 369
Index......Page 379