中压气体绝缘金属封闭开关设备的设计(PPT 82页)
(完整word版)12-第十二章 气体绝缘金属封闭开关设备解析
第十二章气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）第一节基本原理及结构【本节描述】本节介绍气体绝缘金属封闭组合电器（以下简称GIS）的用途、分类、基本原理和结构特点等基础知识，通过要点讲解、图形展示，掌握气体绝缘金属封闭组合电器（GIS）的基本结构和原理。
一、GIS主要分类（一）GIS的定义SF6气体绝缘金属封闭组合电器是20世纪50年代末期出现的一种先进的高压电气配电装置，国际上称这种设备为Gas Insulated Switchgear，简称GIS。
GIS是指将断路器、隔离开关、检修接地开关、快速接地开关、负荷开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、母线等单独元件连接在一起，并封装在金属封闭外壳内，与出线套管、电缆连接装置、汇控柜等共同组成，充以一定压力的SF6气体作为灭弧和绝缘介质，并且只有在这种形式下才能运行的高压电气设备。
图12-1 GIS外观图GIS的应用打破了传统变电站的概念，使紧凑型、高电压、大容量新型变电站的发展得以实现，成为城网变电站改造的重要途径。
近年来，GIS已在国内外得到非常广泛的使用，经过各国不断地研制、开发、改进，一些性能更加优良的GIS越发显示出了其他高压电气设备不可比拟的优越性。
（二）GIS的特点1.由于采用SF6气体作为绝缘介质，导电体与金属地电位壳体之间的绝缘距离大大缩小。
2.全部电器元件都被封闭在接地的金属壳体内，带电体不暴露在空气中（除了采用架空引出线的部分），运行中不受自然条件的影响，其可靠性和安全性比常规电器好得多。
3.SF6气体是不燃不爆的惰性气体，所以GIS属防爆设备，适合在城市中心地区和其他防爆场合安装使用。
4.GIS主要组装调试工作已在制造厂内完成，现场安装和调试工作量较小，因而可以缩短变电站安装周期。
5.只要产品的制造和安装调试质量得到保证，在使用过程中除了断路器需定期维修外，其他元件几乎无需检修。
6.GIS设备结构比较复杂，要求设计制造、安装调试水平高。
气体绝缘金属封闭开关设备中国电力科学研究院开关所
气体绝缘金属封闭开关设备中国电力科学研究院开关所准确无误，可以参考网友给出的资料，请帮我做一篇
液体绝缘金属封闭开关设备
液体绝缘金属封闭开关设备（简称LIMBS）是中国电力科学研究院开
关所开发的新一代智能化高压电力开关，它拥有良好的抗短路能力，并具
有优异的电磁兼容性、安全性能、使用寿命长与低抗性等特点。
LIMBS产
品可替代目前普遍使用的油开关，用于变电站、配电室和低压配电网中电
力系统的智能化保护等工作。
LIMBS开关设备采用了先进的液体绝缘技术，以有机绝缘体为绝缘介质。
该系列采用关闭式微机控制器作为控制的核心，用户可以对开关的各
项参数进行设定、测量和调整，这些参数包括开关的时间和安全状态等。
LIMBS开关设备具有有效的抗短路能力，采用双场技术，当发生短路时，使用双场技术便可以有效地抑制短路电流，从而有效地限制短路损耗。
可以有效地延缓或防止发生热橫流。
此外，LIMBS开关设备的双场技术也
大大改善了开关的电磁兼容性，在充分考虑安全性和绝缘性的同时保证了
电磁兼容性的优异性能。
国网公司加强气体绝缘金属封闭开关设备全过程管理重点措施-26页PPT资料
一、设备设计选型
9、为便于试验和检修， GIS 的避雷器和电压互感器应 设置独立的隔离开关或隔离断口； 架空进线的线路避 雷器和线路电压互感器宜采用外装结构。
10、GIS 配置伸缩节的位置和数量应充分考虑安装地点 的气候特点、 基础沉降、 允许位移量和位移方向等因 素。制造厂应提供伸缩节的允许变化量和调节方法。
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一、设备设计选型
6、主母线隔室的长度设置应充分考虑检修维护的便捷 ，550kV 及以下 GIS 的单个主母线隔室的 SF6 气体总 量不宜超过 300kg。
备注： 为提高现场安装主母线隔室的效率，减少母线故障后对 其它隔室的影响，减少现场抽气和回充气体的工作量， 要求每个独立的主母线隔室不宜过大，SF6 气体质量应 控制在合理范围。
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一、设备设计选型
7、对双母线结构的 GIS，同一出线间隔的不同母线隔 离开关应各自设置独立隔室。252kV 及以上 GIS 母线 隔离开关不宜采用与母线共隔室的设计结构。
备注：对双母线结构的 GIS，其同一出线间隔的两组母 线隔离开关如处于同一隔室，一旦该隔室发生故障将会 导致两条母线全停，两组母线隔离开关必须各自为独立 隔室。建议双母线结构的 252kV 及以上 GIS 的母线隔 离开关宜为单独隔室，与母线隔0℃及以下）、重污秽Ⅳ级 （沿海Ⅲ级）等地区的GIS，宜采用户内安装方式。
备注：目前国内大部分制造厂和国外部分制造厂生产的 户外GIS产品，受到表面处理工艺、涂漆工艺、外壳材 质以及 SF6 气体压力的限制，在重污秽地区，常会出 现表面严重锈蚀的现象，建议根据工程造价、输送容量 、布置方式等实际情况，将 GIS 安装于户内使用。
5
一、设备设计选型
4、采用 GIS 的变电站，其同一分段的同侧 GIS 母 线原则上一次建成。 如计划扩建母线， 宜在扩建接口 处预装一个内有隔离开关（配置有就地工作电源） 或 可拆卸导体的独立隔室；如计划扩建出线间隔， 宜将 母线隔离开关、接地开关与就地工作电源一次上全。
中压气体绝缘金属封闭开关设备
后 中前 布 置 。 以第 一 类 居 多 。
气 室 的设 置 ，现 多 为单 气室 和二 气 室 。单 气 室
内动 作 ， 能有 效 地保 护 电机 不被 烧 坏 。
件 ， 而 且 不 是 频 繁 启 动 ， 运 行 特 点 与 普 通 电机 不 同 ， 通 过 长 期 的 应 用 和 维 护 来 看 ， 使 用 具 有 以 上 几 种 功 能 的 综 合 保 护 器 会 起 到 有 效 的 保 护 作 用 ， 主 要 特 点 是 过 流 值 比 普 通 电 机 要 小 ， 而 且 应 有 欠 流 保 护 和 启 动 时 间 设 定 等 功 能 。 这 种 可 靠 、恰 当 、 廉 价 的 保 护 形 式 ， 可 有 效 地 减 少 故 障 的 发 生 ， 提 供 准 确 的 故 障 数 据 ， 对 设 备 维 护 起 到 了很 好 的 作 用 。
充 气 柜 现 有 两 种 外 形 上 差 异 很 大 的 结 构 形 式
收 稿 日期 ：２ ０ １ — ０ ５— ０８ １
设置 ，有 三气 室 、二气 室和 单气 室； （ ２）一次 回路
中母 线 、 三 工 位 开 关 和 真 空 断 路 器 的 排 布 方 式 ， 大 致 可 分 为 ３ 类 ： ① 上 中 下 布 置 ； ② 下 中 上 布 置 ； ③
８ ８四圆
２０ 年 ７ ０６ 期
定 在 略 高 于 运 行 电 流 ， 同 时 应 具 有 缺 相 、 三 相 不 平
衡 、堵 转 、启动 时间 和 欠流 等 保 护 功能 。
３结 束语
深 井 电 机 的 保 护 是 涉 及 电 机 、 电 器 装 置 和 深 井 泵 可 靠 、正 常 运 转磁 线 绕 制 而 成 ， 不 便 于 在 绕 阻 里 埋 入 保 护 元
ZX2中压气体绝缘开关设备
ABB在设计及制造气体绝缘开关设备方 面已有超过40年的专业经验。ZX系列开 关柜从1995年开始已经成功地推向了全 世界的市场。
ZX2中压气体绝缘开关设备｜外围设备 07
技术参数
额定电压 最高运行电压 额定工频耐压值 额定雷电冲击耐压值 额定频率 额定主母线电流 额定馈线电流 额定峰值耐受电流 额定短时耐受电流 断路器额定短路开断电流 断路器额定短路关合电流 额定操作顺序 总开断时间 关合时间 绝缘气体 额定绝缘充气气压5) 绝缘报警气压5) 最低全绝缘水平气压5) 额定参数： 贮能电机 合闸线圈 分闸线圈 辅助电源电压 防护等级： 气室 低压室 环境温度： 最高值 一天平均最高值 最低值 海拔高度8) 尺寸： 高 深 宽
利用断路器进行接地。
因断路器为固定安装，且全寿命周期免 维护，所以可以使用最高品质的设备来 完成最敏感的安全功能要求。
1 断路器VD4X ｜2 因为将两种设备整合在三工位开关中，通用的功能联锁也整合在一起成为系统的一部分，且不需要进行更多操作。
1
2
ZX2中压气体绝缘开关设备｜运行期间确保电力 05
控制和操作方式 ● 多功能保护和控制装置REF542plus ● 可选传统控制解决方案：
绝缘气体
块式结构测量单元可以是: 1、组合式传感器,包括Rogowski线圈及
电阻式分压器。 2、电流互感器。 3、Rogowski线圈加一个电流互感器线
圈。
ZX2中压气体绝缘开关设备｜1250A母线联柜单母线分段及提升柜 11
三工位开关 ● 由电机驱动的棒式开关，具有三种功能：
- 接通、隔离及接地 - 中间为隔离位置 - 两端为隔离开关“合”或接地开关“合”位置
气体绝缘金属封闭开关设备
气体绝缘金属封闭开关设备气体绝缘金属封闭开关设备（Gas Insulated Switchgear，简称GIS）是一种高压电气设备，主要用于电能输配电系统中的绝缘、控制和保护。
相较于传统的开放式开关设备，GIS具有更高的可靠性、更小的占地面积以及更高的绝缘性能。
首先，GIS采用了气体绝缘技术，将高压设备封闭在金属外壳中，并用绝缘气体（通常是硫化气体）进行绝缘。
相比于传统的开放式开关设备，GIS具有更高的安全性和可靠性。
由于设备是封闭的，有效防止了外部环境对设备的影响，减少了设备的故障率和维修次数。
其次，GIS设备的占地面积更小。
由于设备封闭在金属外壳中，可以减少设备所占用的空间。
相比于传统的开放式开关设备，GIS可以在同样的输电容量下减少设备占用的用地面积。
这对于城市等空间有限的地区来说，具有重要意义。
再次，GIS具有较高的绝缘性能。
由于采用了气体绝缘技术，GIS设备能够在高电压下保持良好的绝缘性能。
相比于传统的开放式开关设备，GIS能够有效地防止电弧和印象现象，提高了设备的安全性，并减少了对设备的损伤。
此外，GIS设备还具有较高的可扩展性。
由于GIS设备采用了模块化设计，可以根据实际需求进行灵活组合和扩展。
在电网扩建或升级时，可以方便地增加或减少模块，以满足电力系统的需求变化。
总的来说，气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）是一种具有高可靠性、小占地面积和较高绝缘性能的电气设备。
其采用气体绝缘技术，将高压设备封闭在金属外壳中，并采用绝缘气体进行绝缘。
相比于传统的开放式开关设备，GIS具有更高的安全性和可靠性，并且能够在较小的空间内满足电力系统的需求。
同时，由于采用模块化设计，GIS还具有较高的可扩展性。
在未来的电力发展中，GIS设备有着广阔的应用前景。
ZF23-126型气体绝缘金属封闭开关设备安装使用说明书(最终)
Z F23－126（L）型气体绝缘金属封闭开关设备安装使用说明书西安高压电器研究所电器制造有限责任公司目录1 简介 (2)2 使用环境条件 (2)3 额定技术参数 (3)3.1 GIS总体技术参数 (3)3.2 元件参数 (3)4 结构与工作原理 (6)4.1 GIS总体结构 (6)4.2 部件结构 (7)5 包装运输和贮存 (13)6 安装与调试 (14)6.1 安装 (14)6.2 调试 (15)7 使用、维护与检修 (16)7.1 使用须知 (16)7.2 维护与检修 (17)7.3 现场检修作业流程图 (19)8 成套供货范围 (21)9 随机文件 (22)10 订货须知 (22)11 典型设备布置 (23)11.1 总体布置 (23)11.2 典型间隔单元布置 (26)1.简介ZF23－126型气体绝缘金属封闭开关设备是用SF6气体作为绝缘和灭弧介质的成套组合电器（以下简称GIS）。
该产品由断路器、隔离接地组合开关、快速接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、进出线套管或电缆终端等高压电器元件组成。
本产品可用于110 kV交流电力系统中的各种发电厂和变电站。
具有占地面积小、可靠性高、安装周期短以及使用维护工作量小等许多优点，特别适合在用地紧张的城市变电站、企业变电站、山区水电站和污秽严重的地区使用。
█紧凑型设计，占用空间小，最小间隔宽度为0.8m█自能灭弧式断路器，开断性能好，维修周期长█模块化设计，能满足各种变电站接线布置的需要█间隔运输单元在厂内完成试验，现场安装调试时间短█可整间隔退出维修█重量轻，运输方便2.使用环境条件本产品仅出线套管部分安装在户外，其余部分均安装在户内。
使用环境条件见表1。
表1. 注：特殊环境条件另定。
3.额定技术参数3.1 GIS总体技术参数（表2）表2.注：*为反极性施加电压值3.2 元件参数1) 断路器(表3)表3.2）隔离－接地三位置开关(表4) 表4.3）快速接地开关（表5）表5.4）电流互感器(表6) 表6.5) 电压互感器(表7)表7.6) 避雷器(表8)表8.7) 出线套管(表9)表9.注：*特殊订货不限4.结构与工作原理4.1 GIS总体结构GIS一般包括进线间隔、出线间隔、测量和保护间隔等，它可根据用户的不同要求组成单母线、单母线分段、双母线及桥形接线等不同的接线方式。
气体绝缘金属封闭开关设备简介
按照设备制造商推荐的周期，进行全面的维护保 养，包括清洁、润滑、检查和更换易损件等。
维修保养记录
建立设备维修保养档案，记录设备的维修保养历 史和更换的零部件。
安全注意事项
操作人员资格
确保操作人员经过专业培训并具备相应的操作资格。
安全防护措施
在操作过程中，应采取必要的安全防护措施，如佩戴防护眼镜、手 套等。
由于气体绝缘金属封闭开关设备的密封性 较好，内部气体不易受外界环境影响，因 此其寿命相对较长。
高安全性
高稳定性
气体绝缘金属封闭开关设备具有较高的安 全性能，能够有效防止设备过热、电弧等 危险情况的发生。
气体绝缘金属封闭开关设备在运行过程中 具有较高的稳定性，能够保证设备的长期 稳定运行。
缺点
01
02
降低运行成本
GIS设备的长期稳定运行可以减少维 护成本和维修时间，从而降低运行 成本。
设备的应用领域
电力系统
GIS设备广泛应用于电力系统中，作 为高压开关设备，用于控制和保护电 力系统中的输电线路和配电设施。
城市基础设施建设
在城市基础设施建设过程中，GIS设 备也被大量应用于配电网建设，为城 市的电力供应提供可靠的保障。
气体绝缘金属封闭开关设备 简介
汇报人： 2024-01-08
目录
• 设备概述 • 工作原理与结构 • 优缺点分析 • 设备操作与维护 • 发展趋势与展望
01
设备概述
定义与特点
定义
气体绝缘金属封闭开关设备（Gas-Insulated MetalEnclosed Switchgear，简称GIS）是一种高压电气设备，其 内部主要采用SF6气体作为绝缘介质，将断路器、隔离开关、 接地开关等主要元件封闭在金属壳体中。
气体绝缘金属封闭开关设备总体说明
气体绝缘金属封闭开关设备总体说明1. 引言气体绝缘金属封闭开关设备（Gas Insulated Metal Enclosed Switchgear，简称GIS）是一种广泛应用于电力系统中的高压开关设备。
相比传统的开放式开关设备，GIS 在空间利用率、绝缘性能和可靠性方面具有明显优势。
本文将对气体绝缘金属封闭开关设备的总体进行说明，包括其构成、特点、工作原理及应用领域。
2. 设备构成气体绝缘金属封闭开关设备主要由以下几个部分构成：2.1. 绝缘罩绝缘罩是气体绝缘金属封闭开关设备的外部保护结构，由金属制成。
其主要功能是保护设备内部的关键部件免受外界环境的影响，并提供良好的机械强度和防护性能。
2.2. 绝缘气体气体绝缘金属封闭开关设备使用高绝缘性能的气体作为绝缘介质，常用的绝缘气体有硫化氢（SF6）。
绝缘气体能够在高电压下保持良好的绝缘性能，并具有较高的热传导能力，有效降低设备温升。
2.3. 电气设备气体绝缘金属封闭开关设备内部装有各种电气设备，包括断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、连接导线等。
这些设备通过绝缘气体与外界隔离，并能够实现电路的分断和接通操作。
2.4. 辅助设备气体绝缘金属封闭开关设备还配备了各种辅助设备，用于实现设备的监测、控制和保护功能。
常见的辅助设备包括压力变送器、温度传感器、熔断器、保护继电器等。
3. 设备特点气体绝缘金属封闭开关设备具有以下几个显著的特点：3.1. 高度集成由于绝缘气体的优良性能和绝缘罩的结构设计，气体绝缘金属封闭开关设备具有高度的集成性。
设备内部的电气设备能够紧密布置，充分利用空间，有效提高场地的利用率。
3.2. 优异的绝缘性能绝缘气体具有优异的绝缘性能，能够有效隔离设备内部的电气元件和外界环境。
这种绝缘性能可靠，能够防止火灾和电弧事故的发生，保证电力系统的安全运行。
3.3. 高可靠性气体绝缘金属封闭开关设备采用先进的工艺和材料，具有较高的机械强度和抗短路能力。
气体绝缘金属封闭开关设备_上_
方面， 绝缘强度的提高比压力提高速率缓慢。其理由是 ＳＦ６ 气 体在高压力下对导体和壳体表面的粗糙度和污秽的敏感性增
作为 断 路 器 的 操 动 机 构 ， 有液 压 机 构 、气 动 机 构 、弹 簧 机 构 、液 压 弹 簧 机 构 及 电 动 机 机 构 。 液 压 、气 动 和 液 压 弹 簧 机 构
９
８
５
６７
固 体 绝 缘 材 料 置 于 压 缩 的 ＳＦ６ 介 质 中 ， 会 使 ＳＦ６ 通 道 中 的 电 场 分 布 发 生 畸 变 。在 ＧＩＳ 中 用支 撑 件 引 起 的 严 重 问 题 如 下 ： （ １） 支 撑 件 因 固 体 材 料 老 化 限 制 了 系 统 的 电 压 梯 度 （ ｋＶ ／ｍ） 。 （ ２） 支 撑 件 影 响 ＧＩＳ 的 短 时 特 性 （ 如 绝 缘 强 度 ） ， 这 里 有 许 多
加， 反而会降低产品的可靠性， 而且增加维修工作量。随着气 配用于高电压大容量断路器。
压的增高， 要使提高的压力得到充分利用， 需要使电场分布均
目 前 液 压 弹 簧 操 动 机 构 使 用 较 多 ， 不 仅 配 ＡＢＢ 公 司 产
匀。因之， 对于增高 ＳＦ６ 气压来说， 必须确保导体、元件及壳体 的形状均匀。
的优势占上风。
２５２ｋＶ 电压等级， 由于采用三相共筒式和复合式结构， 使之
ＳＦ６ 气体压力越高， 则绝缘强度越高。因而对 于 给 定 电 压 等级来说， 可减小所需的导体间距， 使之设计更加紧凑。另一
ＧＩＳ 小型化和轻量化。由于灭弧室利用热膨胀和混合式灭弧原 理， 使之操作功大为减小， 使轻型弹簧机构的应用成为可能。
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专 Ｅｘｐｅｒｔｓ′Ｐｌａｔｆｏｒｍ 家 讲 堂
气体绝缘金属封闭开关设备的智能化设计
气体绝缘金属封闭开关设备的智能化设计气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）的智能化设计在现代电力系统中扮演着至关重要的角色。
随着科技的发展，智能化设计已成为提高设备效率、可靠性和安全性的必然趋势。
本文将探讨GIS智能化设计的关键方面，包括感知技术、数据处理、远程监控和故障诊断等内容。
感知技术在GIS智能化设计中具有重要意义。
传感器的应用使得设备能够实时监测电流、电压、温度等参数，从而及时发现异常情况并采取相应措施。
例如，温度传感器可用于监测设备的工作温度，一旦温度异常，系统便可发出警报并自动切断电源，以避免设备损坏或事故发生。
数据处理是GIS智能化设计中的另一个关键环节。
通过采集传感器所得数据，并借助数据处理技术，可以实现对设备状态的实时监测和分析。
这些数据可以用于优化设备运行策略、预测设备寿命、提高能源利用率等方面。
同时，人工智能和机器学习等技术的应用，也为数据处理提供了更多可能性，使得系统能够不断优化自身性能。
远程监控是GIS智能化设计的一项重要功能。
通过网络连接，运维人员可以远程监测设备运行状态，并进行实时干预。
这种远程监控不仅提高了设备的可靠性，还降低了运维成本和人员的工作强度。
例如，当设备发生故障时，系统可以自动向运维人员发送警报，并提供详细的故障信息，以便他们及时采取措施解决问题。
故障诊断是GIS智能化设计中的关键环节之一。
利用先进的诊断算法和模型，系统能够准确地识别设备的故障类型和位置，并给出相应的处理建议。
这大大缩短了故障排除的时间，提高了设备的可用性和可维护性。
同时，通过对历史故障数据的分析，系统还可以发现潜在的问题，并提出相应的改进措施，以进一步提高设备的性能和可靠性。
综上所述，气体绝缘金属封闭开关设备的智能化设计是提高电力系统运行效率和安全性的重要手段。
通过感知技术、数据处理、远程监控和故障诊断等关键技术的应用，可以实现设备的智能化运行和管理，从而为电力系统的稳定运行和可持续发展提供有力支撑。
中压气体绝缘金属封闭开关设备的设计
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中压气体绝缘金属封闭开关设备的设 计
1.中压气体绝缘金属封闭开关设备的 主要技术基础
1.1 低压力SF6气体或混合气体的绝缘技术
1.1.1 SF6气体或混合气体的绝缘特性 高压电器中绝缘件的设计和绝缘距离的
确定是以绝缘件表面、内部，电极表面， 或气体间隙的许用场强为依据的。
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中压气体绝缘金属封闭开关设备的设 计
1.2 低压力压缩空气绝缘技术
由于压缩空气的获得、处理要比SF6气 体经济得多，也没有SF6气体的温室效应问 题，用其作绝缘介质对社会和用户都有益。 各种电极形状在较低压力的压缩空气中的 绝缘特性有一些参考文献报导过，但是能 在设计中直接应用的数据还很少，需对各 种电极形状的绝缘特性做一些实验研究。
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中压气体绝缘金属封闭开关设备的设 计
中压气体绝缘金属封闭 开关设备的设计
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2020/11/2
中压气体绝缘金属封闭开关设备的设 计
中压气体绝缘金属封闭开关设备 是体现了新的设计理念、新的制造工 艺的一类产品，主要包括二大类：
C-GIS和气体绝缘二次配电开关 设备。
与常规开关柜有许多不同之处， 发展的时间有限，需要进一步去探索 设计、制造、检验、生产管理等诸多 方面，增加产品品种、提高产品质量、 降低成本。
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中压气体绝缘金属封闭开关设备的设 计
1.1.5支柱绝缘子的设计
对支柱绝缘子和绝缘拉杆的基本要求是： ⑴有足够的绝缘强度，能够长期承受
运行电压作用，无明显局部放电和老化现 象，并能短时耐受绝缘水平规定的工频电 压和冲击电压。
⑵有足够的机械强度，能承受开关操 作的作用力，装配中与运输中的冲击力， 以及短路电流的电动力等。
气体绝缘金属封闭开关设备的研制与开发
气体绝缘金属封闭开关设备的研制与开发发布时间：2022-04-24T06:09:38.356Z 来源：《中国电业与能源》2022年1期作者：张京虎彦廷伟[导读] 在我国特高压电网中，气体绝缘金属封闭开关设备是其重要的组成部分之一，主要在控制和保护设备方面上发挥着重要的作用。
合格的气体绝缘金属封闭开关设备能够给电网的日常工作带来极大的保障张京虎彦廷伟山东电工电气日立高压开关有限公司济南市 250100摘要：在我国特高压电网中，气体绝缘金属封闭开关设备是其重要的组成部分之一，主要在控制和保护设备方面上发挥着重要的作用。
合格的气体绝缘金属封闭开关设备能够给电网的日常工作带来极大的保障。
但是我国气体绝缘金属封闭开关设备的设计和研发仍然存在着相应的问题，本文章将会针对气体绝缘金属封闭开关设备的整体结构进行相应的分析和阐述，提出了某些优化设计方案，希望能够为我国设备的发展带来一定的帮助。
关键词：气体绝缘金属封闭开关设备;中压；SF6绝缘；研发一、气体绝缘金属封闭开关设备的发展现状和问题当前气体绝缘金属封闭开关设备的发展仍然处于初级阶段，相关技术人员在操作和研发的过程中仍然存在着一部分问题和困难，如何解决这些问题成为了我们突破气体绝缘金属封闭开关设备的关键因素。
气体绝缘金属封闭开关设备在发达国家较早得到了重视，导致了我国各方面的发展与发达国家存在着较大的差距。
我国气体绝缘金属封闭开关设备有如下几个问题：（一）开发、制造能力弱气体绝缘金属封闭开关设备各个结构的加工和焊接都需要高精度的设备才能够完成，各零件和元部件的要求也比寻常的普通机械设备要高出很多，其制造的要求远高于常规空气开关设备。
但是我国在这方面的研发制造能力仍然处于一个弱势的阶段，各大工厂对于气体绝缘金属封闭开关设备的制造工艺技术仍然不成熟，难以通过国内的工厂进行高精度设备仪器的制造，因此我国的气体绝缘金属封闭开关设备元件一般都依赖于国外的进口产品。
我国少数能够生产气体绝缘金属封闭开关设备零件的工厂，也对于小型零件的制造和研发没有采取高度的重视，也就导致了该设备在产品开发上的阻塞和滞后。
气体绝缘金属封闭开关设备的各种优化设计探讨
气体绝缘金属封闭开关设备的各种优化设计探讨发布时间：2022-04-25T08:48:30.027Z 来源：《中国电业与能源》2022年2期作者：满林林左凯王耀东[导读] 伴随科学技术水平的不断提升，许多先进性、实用性设备被成功开发出来满林林左凯王耀东山东电工电气日立高压开关有限公司济南市 250101摘要：伴随科学技术水平的不断提升，许多先进性、实用性设备被成功开发出来，而气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）便为其一，强有力推动着相关领域的发展与完善。
本文结合当前实况，分别从垂直布置绝缘隔板的GIS、母线中心位置与电流互感器的中心位置一致的GIS及体绝缘且三相密封装的开关设备等方面，探讨GIS的的具体优化设计，望能为此领域设计研究提供一些参考。
关键词：气体绝缘金属；封闭开关设备；设计所谓气体绝缘金属封闭开关设备（GIS），从基础层面来分析，即为部分或者全部选用气体而非处在大气压下的空气，将其当作绝缘介质的一种金属封闭开关设备。
此种设备实际就是把输变电站设备当中的各个元件（如避雷器、互感器、断路器、隔离开关、母线、接地开关等）相联结而形成。
针对GIS的相关产品而言，其最突出的特点即为：较之敞开式变电站，能够实现占地面积的节省，对于改造、建设城网变电站较为适用，并且在特高压、超高压上，由于不受外界环境的干扰或影响，而应用越发宽泛。
伴随新技术的持续增多，GIS在具体的结构形式上也在持续优化，为了能够使其变得更为小型化、紧凑，许多企业相继推出了一些新的设计方案，现剖析如下。
1.垂直布置绝缘隔板的GIS为了能够让GIS设备变得更加的小型化，并促进气体绝缘开关装置高度的降低，为整体检修、运输提供便利，另外，还为了能够提供在垂直方向上设置绝缘隔板的新型气体绝缘开关装置，株式会社日立制作所对GIS进行了重新的结构设计。
所用技术方案为：水平设置断路器单元，一个连接在断路器单元上，且在母线侧连接导体（垂直方向）进行设置，在此母线侧，与导体的两侧相连接，并在三相共箱式主母线单元（断路器单元轴线方向）进行配置；另外一个线路侧连接导体（连接于断路器器单元），此线路侧连接导体连接于水平配置电流互感器单元，且借助伸缩接头，连接于线路侧机器。
中压气体绝缘金属封闭开关设备的设计
中压气体绝缘金属封闭开关设备的设计简介中压气体绝缘金属封闭开关设备是电力系统中用于保护和控制电路的关键设备。
它由绝缘外壳、气体绝缘装置、断路器等组成，能够承受中压电力系统中的各种电流和电压。
本文将详细介绍中压气体绝缘金属封闭开关设备的设计要点和相关技术。
设备组成中压气体绝缘金属封闭开关设备主要由以下几个部分组成：1.绝缘外壳：绝缘外壳是保护开关设备免受外界环境影响的关键部分。
它通常由抗腐蚀和耐高温的金属材料制成，能够有效地隔离外界空气和水分。
2.气体绝缘装置：气体绝缘装置是中压开关设备的核心部件，它采用特殊的气体（如SF6）作为绝缘介质，能够在高压下保持稳定的绝缘性能。
气体绝缘装置由绝缘气体箱、绝缘气体压力调整装置、绝缘气体密度监测设备等组成。
3.断路器：断路器是开关设备中用于开闭电路的部件，能够在电路发生故障时迅速切断电流。
中压气体绝缘金属封闭开关设备通常采用SF6断路器，它具有良好的灭弧性能和可靠的断路能力。
4.控制和保护装置：中压气体绝缘金属封闭开关设备还配备有控制和保护装置，用于实现对电路的远程操作和监测。
控制和保护装置通常包括电动机驱动装置、绝缘气体压力监测装置、电流和电压传感器等。
设计要点在中压气体绝缘金属封闭开关设备的设计过程中，需要注意以下几个要点：1.绝缘性能：绝缘性能是中压开关设备的关键指标，直接影响到设备的安全性和可靠性。
在设计过程中，应选择合适的绝缘材料和绝缘结构，确保设备在高压下能够稳定工作。
2.灭弧性能：由于中压气体绝缘开关设备中的断路器通常采用SF6断路器，因此其灭弧性能是设计过程中需要重点考虑的因素。
设计时应根据实际需求选择合适的灭弧室结构和灭弧材料，以确保设备在故障发生时能够有效地灭弧。
3.可靠性：中压气体绝缘金属封闭开关设备通常用于供电系统中，因此其可靠性是至关重要的。
在设计过程中，应充分考虑设备的结构强度、电气连接和控制系统等因素，确保设备在长时间运行过程中能够稳定可靠地工作。
12-第十二章气体绝缘金属封闭开关设备
第十二章气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）第一节基本原理及结构【本节描述】本节介绍气体绝缘金属封闭组合电器（以下简称GIS）的用途、分类、基本原理和结构特点等基础知识，通过要点讲解、图形展示，掌握气体绝缘金属封闭组合电器（GIS）的基本结构和原理。
一、GIS主要分类（一）GIS的定义SF6气体绝缘金属封闭组合电器是20世纪50年代末期出现的一种先进的高压电气配电装置，国际上称这种设备为Gas Insulated Switchgear，简称GIS。
GIS是指将断路器、隔离开关、检修接地开关、快速接地开关、负荷开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、母线等单独元件连接在一起，并封装在金属封闭外壳内，与出线套管、电缆连接装置、汇控柜等共同组成，充以一定压力的SF6气体作为灭弧和绝缘介质，并且只有在这种形式下才能运行的高压电气设备。
图12-1 GIS外观图GIS的应用打破了传统变电站的概念，使紧凑型、高电压、大容量新型变电站的发展得以实现，成为城网变电站改造的重要途径。
近年来，GIS已在国内外得到非常广泛的使用，经过各国不断地研制、开发、改进，一些性能更加优良的GIS越发显示出了其他高压电气设备不可比拟的优越性。
（二）GIS的特点1.由于采用SF6气体作为绝缘介质，导电体与金属地电位壳体之间的绝缘距离大大缩小。
2.全部电器元件都被封闭在接地的金属壳体内，带电体不暴露在空气中（除了采用架空引出线的部分），运行中不受自然条件的影响，其可靠性和安全性比常规电器好得多。
3.SF6气体是不燃不爆的惰性气体，所以GIS属防爆设备，适合在城市中心地区和其他防爆场合安装使用。
4.GIS主要组装调试工作已在制造厂内完成，现场安装和调试工作量较小，因而可以缩短变电站安装周期。
5.只要产品的制造和安装调试质量得到保证，在使用过程中除了断路器需定期维修外，其他元件几乎无需检修。
6.GIS设备结构比较复杂，要求设计制造、安装调试水平高。
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1.中压气体绝缘金属封闭开关设备的 主要技术基础
1.1 低压力SF6气体或混合气体的绝缘技术
1.1.1 SF6气体或混合气体的绝缘特性 高压电器中绝缘件的设计和绝缘距离的
确定是以绝缘件表面、内部，电极表面， 或气体间隙的许用场强为依据的。
电场不均匀程度对SF6气体击穿电压的 影响远比空气为大。因此，在绝缘结构设 计时应采取各种措施使之避免。SF6电器设 备中要使电场设计的完全均匀几乎是不可
能的，因而在设计中大多采用稍不均匀的 电场结构。需要指出的是：
⑴随着间隙距离的增加，电场不均匀
程度亦增加，击穿电压的增加愈来愈慢， 电压增加出现饱和现象。因此SF6电器设备 中不能单纯依靠加大间隙距离来提高击穿 电压，改善电场分布更为重要。
⑵提高SF6气体的压力是提高击穿电压 的有效措施，但会受到强度、刚度、密封 性的制约。
1.3 低压力气体中的载流与散热
对于小电流C－GIS，在温升方面不存在问题。 大电流C－GIS温升是难点。解决温升主要是通过 降低发热量、降低电流密度、增强辐射和传导来 解决，可采取的措施：
⑴降低导体损耗，控制导体电阻率，降低电 流密度，降低回路电阻，提高接触压力；
⑵降低涡流损耗； ⑶提高辐射率； ⑷增大散热表面积以及使用散热器； ⑸提高耐热性能； ⑹采用冷却技术。
1.1.2 SF6气体绝缘性能与浓度的关系
1.1.3 SF6气体绝缘性能与压力的关系
1.1.4 三种物质接触点的作用
三种物质接触是指金属电极与固体绝缘 子 而接在触金时属，电其 极周 与围 固的 体绝 绝缘 缘介 子质 接是触线SF（6气点体）， 上也与SF6相接触，称为三物质接触。 料的小由，于在SF三6气种体物的质介接电触常点数上比介固电体常绝数缘小材 的一侧电场强度升高，容易出现碰撞电离 并发展成沿面闪络，是绝缘上的薄弱环节。
⑵总体布置
采用了新型的硅橡胶连接头， C－GIS结构 由箱式向铠装式发展，形成互不影响的独立气室、 积木式结构，组合灵活；以低压力SF6气体作为绝 缘介质，在诸多方面与空气绝缘开关柜、GIS存 在较大的区别；利用方形容器布置高压元件；专 用的真空灭弧室，使中压C－GIS外形尺寸大大减 小；专用的三位置隔离开关及其操动机构，将隔 离、接地复合为一体，在实现接通、隔离、接地 功能的同时，减少了元件数、降低了制造成本， 提高了可靠性；按智能化的要求配置新型传感元 件。
C－GIS就是低压力气体绝缘、复合绝缘、固 体绝缘技术发展的产物。
⑵ 密封箱体制造技术的进步
密封箱体的制造充分利用现代先 进的板材下料、折弯、焊接设备以及 氦气检漏技术，使密封箱体的精度、 刚度提高，漏气率降低。密封箱体加 工技术的提高给中压C－GIS的发展提 供了基础条件。
Байду номын сангаас ⑶ 工程实际的需要
40.5kV及以下电压等级的开关柜采用 空气和固体绝缘的复合绝缘技术，应用中 虽没有大的问题，但仍存在大气状态的影 响，体积较大，隔一定时间要进行监测、 清扫和维护。近年来出现的中压C－GIS体 积更加缩小、不需要维修或少维修。实际 工程中需要使用小型化、不受环境条件影 响、可靠性高的开关设备。工程建设的综 合经济效益优越。
固体绝缘：采用环氧树脂材料作绝缘介质，中间是高 压导体，浇注成形，表面通过液态金属喷镀法进行锌喷镀 或通过涂敷半导电层等方法设置一接地的金属层或半导电 层。中间高压导体与接地的金属层或半导电层间靠固体绝 缘材料耐受电压。表面层粘合力大小与喷镀的种类、粒度、 金属喷镀枪、膜厚等有关。表面层万一发生碰撞、剥落， 其端部就会造成局部放电的发生。
目前有三种类型母线结构并存：
气体绝缘母线；插接式固体绝缘母线； 充气母线室+母线连接器。充气绝缘母 线+母线连接器或插接式固体绝缘母线
的使用解决了现场不用抽真空、充气 等处理SF6气体的问题。优点除了不受 尘埃和凝露的影响外，便于母线连接、 分段或改接。
上中下布置的典型产品有日本三 菱公司的HS-X型、FUJI ELECTRIC 公司C－GIS 2100型、SIEMENS公司 的 NX PLUS型、ABB公司ZX2 型。非 常适合于插接式固体绝缘母线，或者 充气母线室+母线连接器。
由于压缩空气的获得、处理要比SF6气 体经济得多，也没有SF6气体的温室效应问 题，用其作绝缘介质对社会和用户都有益。 各种电极形状在较低压力的压缩空气中的 绝缘特性有一些参考文献报导过，但是能 在设计中直接应用的数据还很少，需对各 种电极形状的绝缘特性做一些实验研究。
压缩空气中棒板间隙的直流闪络电压
⑴基本组成元件及柜型
中压C－GIS按柜的用途可分为进线柜、出线 柜、母联柜、母线提升柜、测量柜等不同的柜型。 对母线实现的主接线方式又细分为：a. 单母线及 单母线分段，b. 双母线及双母线分段。按气室的 多少细分为：a. 单气室，b. 二气室，c. 三气室或 多气室。
各柜型中按气隔功能及主要组成部件可分为： 断路器气室、三位置隔离开关（包括母线或母线 的一部分）气室、电缆隔室、控制及仪表隔室、 机构隔室，泄压隔室、固体绝缘母线或母线联接 器等。
⑷ 企业发展的需要 中压C－GIS的技术含量高，是生产厂家掌握
的先进设计、生产工艺、检验技术、管理水平的 具体体现，增强了企业的竞争实力。对市场而言； 中压开关柜的用户多、用量大，要求各不相同， 用户容易选用。
现在国内使用的中压C－GIS产品以进口或合 资企业生产的为主，每面柜子的售价在40万元人 民币左右；国产产品仅占一小部分，每面柜子售 价在30万元人民币左右。
1.4 真空断路器的开断技术发展
经过十多年的发展，真空断路器 的开断技术有了较大提高，开断能力 强、电寿命长、可靠性高，灭弧室部 分免维护，允许开合额定短路开断电 流的次数多在20次以上，特别适合于 要求频繁操作的场所。这些优点是其 它断路器无法比拟的，特别适合在中 压C－GIS中配置。
2.中压C-GIS的特点及设计
2.2.3绝缘结构
使用的绝缘类型有气体绝缘、沿面绝缘、固体绝 缘、界面绝缘。
气体绝缘：在主回路导体与密封箱体之间用SF6 气体绝缘。
沿面绝缘：用固体绝缘件作介质，构成主回路导 体、断路器、隔离开关的电极等的带电部分与密封 箱体之间的对地绝缘或导体间的相间绝缘。SF6气 体中的沿面绝缘特性取决于最大电场，一产生电晕 就很容易引起沿面的闪络，所以即使在绝缘件的沿 面上也必须有为实现电场衰减的结构。SF6气体、 电极以及绝缘件接触的部分会出现电场上升现象， 对电场产生影响，成为绝缘上的薄弱点。
⑴ 绝缘技术的进步
高压开关设备随着时代的前进在不断地发生变 化，技术水平在不断地提高；经历了敞开式、柜式 （金属封闭）、分相GIS、三相共箱GIS、
C－GIS的变化过程，结构状态也经历了敞开、封 闭、密封、元件复合化、设备复合化的变化过程， 与之相应的绝缘技术也从空气绝缘、油绝缘、大气 复合绝缘、高压力SF6气体绝缘、低压力气体绝缘、 SF6复合绝缘的变革与发展。
2.1 概述 2.1.1 C－GIS的发展简史及特点
柜式气体绝缘金属封闭开关设备，国 际上简称 C－GIS或有称GIS，是一种用于 10～35kV或更高电压输配电系统以接受或 分配电能并能对电力系统正常运行和故障 情况下实行控制、保护、测量、监视、通 讯等功能的新型开关设备。
2.1.2 C─GIS是技术进步的产物
绝缘母线。
AREVA WS型12～40.5kV C-GIS
2.2.2典型产品的主要技术参数
主要几家公司典型产品的主要技术参 数为：额定电流1250～2500A；40.5kV级 1min工频耐受电压85kV或个别95kV，雷电 冲击耐受电压185kV；额定短时耐受电流 31.5kA，额定峰值耐受电流80kA，额定短 路开断电流31.5kA，SF6气体额定压力 （20℃时、表压）：0.05MPa及以下；外 形尺寸：当额定电流1250A 及以下时柜宽 600或以下，额定电流1250A以上时柜宽 800，柜高2300左右，柜深1700左右。
母联柜主开关为真空断路器，还配有 三位置隔离开关。可以是左联络，也可以 是右联络，实现母线分段。根据工程需要 可以选配电压互感器、避雷器等。
母线提升柜需与母联柜配合使用，不 再配主开关，配有母线电流互感器、三位 置隔离开关。根据工程需要可以选配电压 互感器、避雷器等。
C－GIS中非常重要的一个元件就是 母线联接器，其作用是：当产品现场安 装拼柜时，在不打开密封箱体上的密封 盖板的情况下采用插接结构使两个柜体 间的母线在电路上连通并承载额定电流， 同时在两柜之间的主母线导体与金属外 壳间建立固体的界面绝缘。用类似结构 也可解决其它高压元件的绝缘插接。
⑶稍不均匀电场中存在极性效应，负 极性的击穿电压低于正极性。
⑷不均匀电场中正极性的击穿电压低 于负极性。
⑸根据空气中的结果，并假设SF6和空 气间的绝缘强度的某一倍数去设计SF6气体 系统不会得出满意的结果。
⑹不均匀电场的情况下，在冲击中， 由于形成空间电荷所需的时间几乎是没有 的，所以不取决于气体压力，在可选用的 范围内即使让压力上升闪络电压也不上升。
1.1.5支柱绝缘子的设计
对支柱绝缘子和绝缘拉杆的基本要求是： ⑴有足够的绝缘强度，能够长期承受
运行电压作用，无明显局部放电和老化现 象，并能短时耐受绝缘水平规定的工频电 压和冲击电压。
⑵有足够的机械强度，能承受开关操 作的作用力，装配中与运输中的冲击力， 以及短路电流的电动力等。
1.2 低压力压缩空气绝缘技术
密封壳体的结构类型主要分为三大类： a. 钢板封闭方箱型，b. 铝筒或钢筒封闭圆 筒型，c. 部分圆筒、部分方箱型。
进线柜主开关均配真空断路器，除此 外还配有三位置隔离开关、电流互感器、 电压互感器、避雷器，多条电缆进线。
出线柜主开关多为配真空断路器，也 可以配负荷开关或负荷开关+熔断器组合电 器。出线柜其他元件的配置在很多情况下 与进线柜基本一致。