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。GIS价格也比较贵，变电所建设一次性投资大。

7.GIS组合电器的绝缘件、带电导体封闭在金属壳内，重心较低，因此，抗振能力较强，可安装在室内，也可以安装在室外。

（三）GIS的分类

SF6气体绝缘金属封闭组合电器GIS的分类方式一般有：按安装场所、按结构形式、按绝缘介质、按主接线方式等。

1.按安装场所分。可分为户内型和户外型两种。

2.按结构形式分。根据充气外壳的结构形状，可分为圆筒形和矩形。圆筒型GIS依据主回路配置方式的不同，又可分为全三相共体式结构、不完全三相共体式结构、全分箱式结构等；矩形GIS根据柜体结构和元件间是否隔离，还可分为箱型和铠装型两种。

①全三相共体式结构：不仅三相母线，而且三相断路器、其他电器元件都采用共箱筒体。包含的设备有断路器（CB）、隔离开关（DS）、检修/故障关合接地开关（ES/FES）、母线（BUS）、电流互感器（TA）、电压互感器（TV）、避雷器（LA）、终端元件或进出线套管（BSG）等一次设备和就地控制柜二次设备构成。

特点是制造难度较大，技术要求高，内部电场不均匀，相间影响大，但工作量小，消耗钢材少，在126kV等级中采用，也是252kV、363kV、550kV电压等级GIS发展的方向。

②不完全三相共体式结构：母线采用三相共箱式，而断路器和其他电器元件采用分箱式。

特点是母线占地面积小，但同长度母线上安装的GIS设备比三相共体式结构少。

③全分箱式结构：包括母线在内的所有电器元件都采用分箱式筒体。

特点是相间影响小，制造方便，但因钢外壳中感应电流引起损耗大，外壳数量及密封面也随之增加，漏气可能性加大及占地面积和体积增加等。

3.按绝缘介质分。可分为全SF6气体绝缘型和部分SF6气体绝缘型两种。全SF6气体绝缘型是指全密封的GIS。部分SF6气体绝缘型则又有两种情况：一种是除母线之外，其他元件采用SF6气体绝缘，并构成以断路器为主体的复合电器；另一种则相反，只有母线采用SF6气体绝缘的密封母线，其他元件均为常规的敞开式电器。

4.按主接线方式分。常用的有单母线接线、双母线接线、双母线带旁路接线、3/2接线、桥形接线、角形接线等多种接线方式。GIS的主接线方式取决于具体工程的需要。

（四）GIS的铭牌

GIS的铭牌应包含如下内容：

（1）制造厂名称或商标；

（2）型号或系列号；

（3）采用标准的编号；

（4）额定电压；

（5）母线和支线的额定电流；

（6）额定频率；

（7）额定短时耐受电流；

（8）用作绝缘的气体的额定密度或压力（20℃时）；

（9）用作绝缘的气体的最小运行密度或压力（20℃时）；

（10）外壳设计压力。

如GIS的共用数据已在其铭牌上作了说明，则各元件的铭牌可以简化。

二、GIS的基本结构

一台完整的GIS是由若干个不同间隔组成的，一般是在设计时，根据用户提供的主接线方式和要求，将不同的气室或间隔（也称标准模块）组合成不同的间隔，再将这些间隔组成用户所需要的GIS。所谓一个间隔，是指一个具有完整的供电、送电和其他功能（控制、计量、保护等）的一组元件。所谓一个气室或气隔，是指将各种不同作用和功能的元器件，独立地组合在一起，拼装在一个独立的封闭壳体内构成的各种标准模块。例如：断路器模块、隔离开关模块、电压互感器模块、电流互感器模块、避雷器模块、连接模块、分相模块等。GIS的总体布局示意图如图12-2和图12-3所示。

图a．典型接线图图b．结构示意图

1-母线；2、6-隔离开关；3-电流互感器；4-接地开关；

5-断路器；7-电压互感器；8-出线电缆

图12-2 GIS的总体布局示意图之一

图12-3 GIS的总体布局示意图之二

三、GIS的通用技术要求

GIS产品设计应能使设备安全地进行下述各项工作：正常运行、检查和维护性操作、引出电缆或其他设备的绝缘试验、消除危险的静电电荷、安装或扩建后的相序校核和操作联锁