SF6全封闭组合电器（GIS）的认知

一、GIS特点及分类

1.GIS特点

GIS（Gas-Insulater Switchgear SF6气体绝缘全封闭组合电器），于20世纪60年代中期是由美国制造出的，它的出现使高压电气设备发生了质的飞跃，目前正式投运的GIS最高电压为800kV，第一台800kV GIS由ABB公司制造，于1988年1月投运在南非电力。

与常规变电站相比，GIS具有以下特点：

（1）结构紧凑。据相关资料显示，电压等级越高，其占地面积越少。220kV GIS设备占地面积只有常规设备的1/3左右，500kV GIS设备占地面积只有常规设备的1/4左右。所以，GIS对于山区水电站、人口稠密的城市来说非常适合。

（2）受周围环境因素的影响较小。由于GIS设备是全密封式的，电气元件全部密封在封闭的外壳内，与外界空气不接触，因此几乎不受周围环境影响。GIS非常适合工业污染较严重地区、潮湿地区及高海拔地区。

（3）安装方便。由于GIS采用积木式结构，由若干气室单元组成，设备生产厂家将各个单元封闭运输到现场，安装对接非常方便，可以大大缩短现场施工周期。

（4）运行安全可靠、维护工作量少。由于SF6气体优良的绝缘和灭弧性质，以及GIS自身的特点，所以该设备运行安全可靠，维护工作量少。

（5）GIS每一回路并不是运行在一个气压系统中，如断路器因需要灭弧，要求气压较高，SF6气体压力为0.5MPa，其他如母线、隔离开关等只需绝缘，要求气压较低，SF6气体压力为0.4MPa，所以每一个回路中都分成数个独立的气体系统，用盆式绝缘子隔开，成为若干个气隔。分成气隔后还可以防止事故范围扩大，并利于各元件分别检修，也便于更换设备。

（6）缺点。尽管GIS设备有很多优点，但是该设备却有价格昂贵，由于相邻单元距离很近，在某单元发生严重故障时很容易波及其他单元，造成更加严重的损失等缺点。

2.GIS分类

（1）按结构形式分。根据充气外壳的结构形状，GIS可以分为圆筒形和柜形两大类。第一大类依据主回路配置方式还可分为单相—壳形（即分相形）、部分三相—壳形（又称主母线三相共筒形）、全三相—壳形和复合三相—壳形4种。第二大类又称为C-GIS，俗称充气柜，依据柜体结构和元件间是否隔离可分为箱形和铠装式两种。

（2）按绝缘介质分。其可以分为全SF6气体绝缘型（F-GIS）和部分气体绝缘型（HGIS）两类。前者全封闭，而后者则有两种情况：一种是除母线外其他元件均采用气体绝缘，并构成以断路器为主体的复合电器；另一种是只有母线采用气体绝缘的封闭母线，其他元件均为常规的敞开式电器。

（3）按主接线方式分。常用的有单母线、双母线、一倍半断路器、桥形和角形多种接线方式。

我国的GIS设备研制工作起步于20世纪60年代。1971年我国首次研制成功110kV设备，并投入运行。近年来国产GIS设备在我国电力系统中越来越多地使用，标志着我国GIS设备制造行业已经达到国际先进水平，如西开电气的ZF9-252kV GIS、平高电气的ZF11-252kV GIS以及沈阳高压开关厂的ZF6-110kV GIS，目前在全国都有广泛应用。图12-19所示为110kV单母线接线的SF6全封闭组合电器配电装置的断面图。为便于支撑和检修，母线布置在下部。母线采用三相共箱式结构。

图12-19　110kV单母线接线的SF6全封闭组合电器配电装置的断面图

1—母线；2—接地隔离开关；3—断路器；4—电压互感器；5—电流互感器；6—快速接地开关；7—避雷器；8—引线套管；9—波纹管；10—SF6断路器操动机构

配电装置按照电气主接线的连接顺序，布置成П形，使结构更紧凑，以节省占地面积和空间。该封闭组合电器内部分为母线、断路器、隔离开关及电压互感器等4个互相隔离的气室，各气室内SF6压力不完全相同。

封闭组合电器各气室相互隔离，这样可以防止事故范围的扩大，也便于各元件的分别检修与更换。

二、GIS结构组成

各组成元件的特点如下。

1.断路器(www.xing528.com)

组合电器的核心元件，是采用了灭弧性能优异的SF6断路器，具有灭弧速度快、断流能力强的特点。断路器的布置方式有两种：一种是立式；另一种是卧式。一般在220kV以下的用立式，在220kV以上的用卧式。虽然断路器的布置方式不一样，但内部的结构和工作原理是一样的。目前断路器配置的操动机构主要有液压机构、弹簧机构、气动机构和弹簧液压机构。

2.隔离开关

组合电器的隔离开关与传统敞开式隔离开关有很大区别，从外观上无明显的断开点，也不存在外绝缘问题。为了观察隔离开关的状态，在其断口附近设置玻璃观察口，但一般都采用分、合闸指示器显示。

隔离开关是GIS的标准元件之一。按功能分为可分为普通隔离开关和快速隔离开关两种。

（1）普通隔离开关。主要用于在线路无电流时切合和隔离电路，配电动操作机构，通过三极传动，实现三极联动操作。

（2）快速隔离开关。除具有普通隔离开关的特性外，还具有切合感应电流、小电磁电流及切合双母线环流的能力，其切环流为1600A（20V），配弹簧操作机构。

3.接地开关

接地开关也是GIS标准元件之一，按功能分可分为工作接地和快速接地两种。

工作接地开关主要用于工作维护接地，合闸后使不带电的主回路可靠接地，确保主回路及人身安全，配电动操作机构，三极实现联动操作。快速接地开关除具有普通接地开关的特性外，主要用于变电站的进线端，具有关合线路短路电流和切合线路感应电流的能力。保护GIS免受烧损。配弹簧操作机构，三极实现联动操作。

4.电流互感器

通常采用贯穿式。器身置于金属筒内并充以SF6气体作为绝缘。二次绕组绕在铁芯上，紧贴着外壳，一次绕组就是导体本身。二次引线通过一个绝缘的密封性能良好的接线板引出。这种电流互感器可装2～4个二次绕组，供给继电保护和测量仪表。

5.电压互感器

结构和原理与一般的电压互感器相同，分为电容式和电磁式两种。电容式常用于电压等级330kV及以上，它制造简单、容量较小、体积较大。电磁式用于电压等级330kV以下，它的体积小、容量大、制造复杂，一旦出现故障，现场无法修复。

6.过渡元件

包括以下几种：

（1）电缆终端。它是组合电器电缆出线的连接部分。为了绝缘试验的方便，电缆和组合电器之间设有隔离仓，以便在做试验时作隔离用。

（2）充气套管。它是组合电器与架空线路的连接部分，套管内充有SF6气体。

（3）油气套管。它是组合电器与变压器的连接部分，套管的一侧在SF6气体中，另一侧在变压器油中。

7.母线

组合电器的母线分成三相共体式或单相式两种。三相共体式母线封闭于一个圆筒内，导电杆用盆式绝缘子支撑固定。其特点是外壳涡流损耗小，相应载流容量大，占地面积小。缺点是电动力大，可能出现三相短路。单相式母线每相封闭于一个圆筒内，优点是圆筒直径小，可分成若干气隔，回收SF6气体工作量小，不会发生三相短路。缺点是占地面积大，涡流损耗大。

8.避雷器

组合电器中一般采用氧化锌避雷器作为过电压保护，它结构简单，重量小，高度低，具有良好的保护特性。