GIS和HGIS

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在电力工业中，GIS是指，国际上称为“气体绝缘开关设备”

（Gas Insulated Switchgear)简称GIS，它将一座中除变压器之外

的一次设备，包括断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、

电流互感器、避雷器、母线、电缆终端、进出线套管等，经优化

设计有机地组合成一个整体。

GIS全称气体绝缘组合电器设备（Gas Insulated Switchg

ear），主要把母线、断路器、CT、PT、隔离开关、避雷器都组

合在一路。就是咱们常常能够看到的开关站，也叫高压配电装置。

高压配电装置的型式有三种：第一种是空断气缘的常规

配电装置，简称AIS。其母线袒露直接与空气接触，断路器可用

瓷柱式或罐式。葛洲坝电厂采用的即是这种型式。 第二种是混合

式配电装置，简称H－GIS。母线采用开敞式，其它均为六氟化

硫气体绝缘开关装置。 第三种是六氟化硫气体绝缘全封锁配电装

置。其英文全称GAS—INSTULATED SWITCHGEAR，简称GIS。

GIS的长处在于占地面积小，靠得住性高，安全性强，保护

工作量很小，其主要部件的维修距离不小于20年。

HGIS（Hybrid Gas Insulated Switchgear)是一种介于GIS和AIS

之间的新型高压开关设备。HGIS的结构与GIS大体相同，但它

不包括母线设备。其长处是母线不装于SF6气室，是外露的，因

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此结线清楚、简练、紧凑，安装及保护检修方便，运行靠得住性

高。

技术的进步

从上世纪60年代GIS问世以来,GIS一直处于发展之中,在保持高

可靠性的同时,减少材料用量和降低成本。同时在GIS的基础上,最新

演变出H-GIS(MTS)即复合式GIS。

GIS的进步主要表现在:

1)断路器技术的发展在增大容量的同时减少断口数是提高

断路器和GIS技术经济指标的最主要措施。减少断口数能简化结构,

提高靠性,同时减少SF6气体用量和排放量。目前550kV SF6断路器已

由双断口发展到单断口。日本三己开发出550kV63kA/50KA单断口

SF6断路器,我国最新也开发出550kV 4000A 50KA单断口SF6断路器。

(2)GIS在壳体结构上从分相式-三相共筒式-复合化。

GIS的壳体从分相式发展到三相共筒式,使GIS进一步小型化。

目前国际上已做到300kV全三相共简化,550kV母线三相共筒化。复合

化是将多个元件运合在一个充气筒内,如将断路器和母线复合为一个

充气筒内,又将隔离开关、接地开关、避雷器和电豆互感器由原来多

个气筒复合为一个气筒。这样做可使GIS小型化、轻量化。

(3)元件的多功能化,如将隔离开关和接地开关复合成三工位

隔离/接地开关,可省略电气操作联锁,不存在DS和ES间各种误操作,

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显著提高了运行可靠性。

(4)铝合金铸造和加工技术的发展使外形和体积最小化。GIS

壳体有钢板卷制、铝板焊接和铸铝结构,以铝合金铸造气密性最好,且

能按绝缘要求优化需壳形状。

(5)使用智能化监控和诊断工具以延长维修周期,并避免不必

要的工作。GIS智能化技术可对GIS进行在线检测,及早发现故障,防

患于未然,又可对GIS进行状态监视,变'定期维护'为'状态维护'。这样

做大大提高了运行可靠性,同时大大节省了维护费用,因而智能化会带

来巨大技术经济效益。因此GIS二次控制从传统的电磁机械式走向智

能化,这是电网自动化的需要,也是提高GIS可靠性的需要。

2.复合式是合开关设备兴起(MTS)(H-GIS)

高压开关设备按其绝缘可分为三种类型:(1)空断气缘的敞开

式开关设备(AIS);(2)气体绝缘金属封锁开关设备(GIS);(3)混合技术开

关设备(MTS)。MTS是继AIS和GIS以后出现的特别适用于超高压和

特高压的开关设备。

AIS以优化投资成本为特征:GIS以最小的空间需求为特征;MTS

则以可靠性极高的单线布置为特征。

混合技术开关设备(Mixed Technologies Switchgear-MTS)是基于敞

开式开关设备组合及气体绝缘金属封锁开关设备组合的组合式开关

设备。MTS可分两类:一类为敞开式组合电器;另一类为H-GIS(Hybrid

Gas Insulated Switchgear)即复合式GIS。敞开式组合电器是以敞开式元

件组合形成的开关设备,大体型号为ZCW。复合式GIS(H-GIS)是三相

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空断气缘且不带母线的单相GIS。大体型号为ZHW。国内将H-GIS

亦称为准GIS,简化GIS等。

空断气缘的敞开式开关设备(AIS)以瓷套作为设备外壳及外绝缘,

优化了投资本钱。但占地面积大、设备外露部件多,易受气候环境条

件的影响,无益于系统的安全及靠得住运行。而GIS H-GIS在减少占

地面积方面具有明显的优势,而且GIS H-GIS的功能元件封锁在气体

绝缘壳体内,因此抵御外界环境影响能力较强。GIS是属于靠得住性

高、兔(少)保护的开关设备,它占地面积最小,但由于配置大量的金属封

锁母线,使得造价昂贵,而H-GIS的造价介于AIS和GIS之间。

相对GIS,H-GIS(或MTS)只将一相断路器、隔离/接地开关、CT

等集成为一组模块,整体封闭于充有绝缘气体的容器内,而对发生事故

机率极低的母线,则采用常规方式(敞开式)进行布置,也就是

说,H-GIS(或MI别是一种不带充气母线的相间空气绝缘的单相GIS,

因而,使得现场结构清晰、简洁、紧凑、安装和维护方便、运行可靠

性高。相对AIS,MTS将隔离开关和接地开关封闭在充气的壳体内,这

样就避免了户外隔离开关经常出现的瓷瓶断裂、操作失灵、导电回路

过热、腐蚀等4大问题。又由于隔离开关与接地开关合一简化了结构,

大大缩小了尺寸。这种三工位隔离开关与接地开关,不存在常规隔离

开关与接地开关间各种可能的误操作,因此可省略他们之间的电气操

作联锁,使运行的可靠性大大提高。

对于变电站来说,H-GIS的优势在于:(1)MTS开关设备完全解决了

户外隔离开关运行可靠性问题。同时由于各元件组合,大大减少了对

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地绝缘套管和支柱数(仅为常规设备的30~50％)。这也减少了绝缘支

柱因污染造成对地闪络的概率,有助于提高运行的可靠'性:(2)由于元

件组合,缩短了设备间接线距离,节省了各设备的布置尺寸。相对于传

统的AIS,大大缩小了高压设备纵向布置尺寸,减少占地面积达

40~60％;(3)由于采用在制造厂预制式整体组装调试、模块化整体运输

和现场施工安装的方式,现场施工安装更为简单、方便。同时减少了

变电站支架、钢材需用量。又由于基础小,工程量少,混凝土用量少,大

大减少了基础工作和费用开支;(4)由于MTS模块化,非常灵活,特别适

用于老式变电站的改造。MTS正是适应欧洲50年代和60年代老电站

需要改造而兴起。MTS减少了老变电站升级改造的施工难度和投资

规模,同时提高了可靠性。

目前国内三家大型企业(西开电气、平高集团和新沈高)正在积极

研制1100kVGIS和H-GIS(MTS)。

高压等级越高,越能显示出H-GIS的优势。根据广东的经验,H-GIS

相比GIS具有明显的价格优势。如550kV一间隔设备费用约为720

万美元(2002年到岸价),而H-GIS一间隔约为183万美元(横沥站2002

年DDV价),约为GIS一间隔价格的1/4,同时GIS扩建麻烦,而H-GIS

不带母线,分相布置,当一相断路器需维护或扩建时,只需断开与三相

母线的连接线,因此H-GIS相比GIS占有价格低和扩建维修的优势。

H-GIS与AIS相比,H-GIS综合费用比AIS虽贵些,但它的技术经济指

标优越,特别减少了套管数量(约为AIS的50％),支柱绝缘子数(约为其

20％),设备支架数(为其209b),占地面积(为其60％),安装工作量(为其

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50％),维护工作量(为其20％)等。

550kVMTS在国外都有生产和使用。国外以日本为例,三菱和东芝

都在生产MTS产品。三菱550kVMTS从1973年开始已有19座变电

站在运行,至今已有194台供货记录。1979年日本关西电力公司的

500kV西播变电站技运10间隔550kV4000A国名牌产品

2006年9月1日,中国名牌战略推动委员会以'2006年第6号

文件'发布公告,并于2006年9月6日在人民大会堂向取得'2006年中国

名牌产品'芝企业颁奖。在获此殊荣的556个产品中,高压开关行业在'

及以上气体绝缘金属封锁开关交备'(GIS)项目上,有两家企业的产品被

评为'中国名牌产品'。他们是:西安西开高压电气有限公司简称西开电

气)的'XD'牌GIS和新东北电气(沈阳)高压开关有限公司(简称新沈高)

的'NH-VS'牌GIS。

作为全国高压开关行业的大型企业,西开电气司新沈高GIS都达

到550kV水平。作为典型产品,这里介绍这两家的550kVGIS。

ZF15-550(L)/4000-63型GIS是新沈高根莞三峡工程对550kVGIS

的需要,从ABB引进先进的GIS制造技术,经消化吸收而研制成功的具

有国际先进水平的产品。主要参数为550kV/4000A/63kA。SF6气体

年漏气率小于％。其主要特点亏:(1)灭弧能力强,开断电流大。断路器

采用小型化单压式灭弧室和特殊喷口结构;(2)喷口耐弧能力强。喷口

采用专有技术制成,可持续开断额定短路电流20次无需检修;(3)绝缘

水平高。通过优化电场和元件的结构尺寸及采用合理的屏蔽技术;

4)铝外壳无涡流损耗;(5)绝缘拉杆强度高,通过10000次机械

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寿命试验仍完好无损;(6)流通能力强。断路器采用螺旋弹簧滑动触指

和自立型触头,导电性好,热稳定性好;(7)采用ABB公司HMB-3型弹簧

储能液压操动机构;(8)积木式设计,通用性强;(9)可靠的密封结构。GIS

法兰连接采用单道多重静密封,断路器和隔离开关的动密封采用双密

封系统。

ZF8-550型550kVGIS是西开电气消化吸收日本三菱电机株式会

社550KVGIS技术而生产的产品。主要技术参数为

550kV/4000A/63kA。产品主要特点为:(1)开断能力强,最大开断能力为

67-70KA。灭弧室利用电弧电能增压,利用端流增强喷嘴气吹能力。弧

触头采用整体烧结的铜鸽触头;(2)断路器操动机构为气动分闸、弹簧

合闸机构;(3)GIS中盆式绝缘子、绝缘筒、绝缘拉杆、绝缘台等环氧树

脂绝缘件具有高度绝缘靠得住性;(4)GIS产品设计成若干运输包装单

元,便于现场安装,又可减少现场工作量;(5)GIS的SF6气体系统采用分

散监控方式,取消了SF6阀门和SF6管路系统。采用新型自封接头和

SF6密度计。

产品的改进

126kV GIS量大面广,在我国运行已一二十年,积累了丰富的运行

经验。制造厂商根据生产和运行经验对126KVGIS不断改进。这些改

进主要体现在参数的提高或结构的更新,使之更加小型化,性能更加优

异。如平高集团现已将ZF12-126(L)型GIS,提升为ZF12-145(L)型GIS。

其参数从126kV/2000A/提升到145kV/3150A/40KA。上海华通开关厂

有限公司对80年代生产的ZF3-126型GIS进行了优化设计,开发出

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ZF3-126/T2000-40型GIS,如将液压操动机构改成弹簧操动机构,采用

自能灭弧原理,将额定电流从1250A提升到2000(2500)A。将整体积从

28m3缩减至15m3等。又如西安高压电器研究所在原126kVGIS基础

上又开发出小型化GIS及智能化GIS。西开高压电气将原ZF7型GIS

进行改型,开发出7A、12六、145型新式GIS。该产品为三相共相式

结构,配用全弹簧操动机构,采用先进的气吹压力与开断电流自适用的

灭弧原理,SF6系统采用分散监控方式,取消了阀门和管路系统等。新

沈高对从1992年起运行的126kVGIS进行改良,开发出新型

126/145/T、Y型GIS。北京北开电气的ZF4-126型GIS从1984年至

今已有2000多距离在329个变电站运行。目前生产的小型化ZF4A-126

型GIS配用了第三代自能式SF6断路器及弹簧操动机构,使之性能优

良,性价比更好。

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