（电气工程专业论文）gis设备的发展和应用研究.pdf

i n v e s t i g a t i o no fg i sd e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o n c o l l e g eo fe l e c t r i c a le n g i n e e r i n gz h e ji a n gu n i v e r s i t y 2 0 0 4s t e p so fm a s t e rd e g r e ec a n d i d a t e sc h e nf e i g r a d u a t et e a c h e rw ug u o z h o n g a b s t r a c t g i s ( g a si n s u l a t e ds w i t c h g e a r ) w h i c hi sg a si n s u l a t i o nm e t a lc l o s e s s w i t c he q u i p m e n t i so n ek i n df o r mo fh i g h v o l t a g ep o w e rd i s t r i b u t i o n d e v i c e b e c a u s eo fs om a n ya d v a n t a g e ss u c ha ss m a l la r e a ，h i g h l y r e l i a b i l i t y , s t r o n gs e c u r i t y ，f e wm a i n t e n a n c e ，i ti sp o s s i b l ef o rh va n du h v t oe n t e rd o w n t o w na r e ad i r e c t l y g i si sp u t t i n gi nu s eb r o a d l yi nr e c e n t y e a r s d e v e l o p m e n to fg i sc a n tb es e p r a t e df r o md e v e l o p m e n to fs f 6g a s a n ds f 6b r e a k e r s ，a st h es f 6g a si st h eo n l yi n s u l a t i o na n di n t e r r u p t e r m e d i af o rs f 6c i r c u i tb r e a k e r sa n dg i s ，a n ds f 6c i r c u i tb r e a k e ri st h e m a i nc o m p o n e n t so fg i s i nl9 0 0 t w of r e n c hc h e m i s t sh m o i s s a na n d p l e b e a nf i r s tt i m eu s e df l u o r i n ea n ds u l f u rr e a c t i o nt o g e tt h e s i x f l r o r a t i o ns u l f u r sg a s ( s f 6 1 ) i nl9 5 3 ，t h eu n i t e ds t a t e st o o kt h el e a di n p r o d u c i n gt w o p r e s s u r e s f 6c i r c u i tb r e a k e r f1 5 m p a ) t h e r e y r o l l e c o m p a n yd e v e l o p e do u t3 3k vg isi nl9 3 8 a n dn o wt h ev o l t a g el e v e lf o r g i sc a nb e1 10 0k v t h ef i r s t1 1o k vh i g hl e v e lg i sw a sp r o d u c e do u tb y x i a nh i g h p r e s s u r es w i t c hf a c t o r y , u n t i ln o wal o to ff a c t o r i e sc a n m a s s p r o d u c el l0 - 5 0 0k vg i s w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m p o n e n ta n d i n f o r m a t i o nc o n t r o lt e c h n i q u e g i si sd e v e l o p i n gi nc o u r s eo ft o w a r d s t u b e t o g e t h e r , c o m p o u n d r i z a t i o n ，m i n a t u r i z e d ，i n t e l l e c t u a l i z e d ，e x t r a - h i g h t e n s i o na n dh i g h - c a p a c i t y g i sc a nb ec l a s s i f i e dt ot h e s ef a c t o r s ：t h eo u t s i d ee n v i r o n m e n t ，t h e m a i nm o d eo fc o n n e c t i o n ，t h e v o l t a g eg r a d e ，t h ep a t t e r n o fg i s m o n o b l o c k ，t h eb r e a k e ra r r a n g e m e n ta n ds oo n g i si sf o r m e df r o mb r e a k e r s ，d i s c o n n e c t o r s ，g r o u n ds w i t c h e s ，v o l t a g e t r a n s f o r m e r s ，c u r r e n tt r a n s f o r m e r s ，a r r e s t e r s ，b u s h i n g s ，c a b l et e r m i n a l s ，b u s b a r , o u t e rc o v e r i n g ，s f 6g a s ，s f 6d e n s i t yi n s p e c td e v i c e s ，i n s u l a t o r s a n d o t h e rp r i m a r yc o m p o n e n t s a c c o r d i n gt ot h et e c h n o l o g ya n de c o n o m yc o m p a r i s o no fa i sa n dg i s w h i c hb o t hu s e di nt h e2 2 0 k vy u e y as u b s t a t i o n ，i n d o o ra r r a n g e m e n to f g i sa c c o u n t sf o r1 3o fa r r a n g e m e n tf i e l da r e af o rr o u t i n ea i so u t d o o r s a n do u t d o o rg i ss a v em o s ti n v e s t m e n tw h e na d o p t e dd o m e s t i cg i s w r e s h o u l dc h o o s ei n d o o ra r r a n g e m e n to fg i sb a s e do np r o j e c tc h a r a c t e r i s t i c t h i sa r i c l eg i v e sa ne x a m p l et oc a r r yo u tc o m p a r i s o no nt h e2 2 0 k v y u n h es u b s t a t i o n ，t h e2 2 0 k vq i u t a os u b s t a t i o n ，a n dt h e2 2 0 k vq i n g f e n g s u b s t a t i o n t h i sa r t i c l ee x p o u n d st h es t a n d a r dw o r k i n gp r o c e d u r ef o ri n s t a l l i n ga n d d e b u g g i n gg i s ，p u t t i n gp a r t i c u l a re m p h a s i so nh o wt o c o n t r o lg i s i n s t a l l a t i o n q u a l i t y v i af o u rf a c t o r ：p r e c i s i o nd e g r e e n e a t n e s s d e g r e e ，h e r m e t i cs e a l i n gd e g r e e ，a n dh u m i d i t yd e g r e e ( t i n yw a t e ry i e l d ) t h i sa r t i c l ea l s oa n a l y z e st h ei n t e r n a t i o n a lo p e r a t i o no fg i sa n dt h em a i n e q u i p m e n ta c c i d e n t t h ec a n a lh i n d e r i n gc o n d i t i o nf o rd o m e s t i cg i so v e r t h ep a s t2 0 0 2 c o n c e n t r a t i n go nh a v i n ga n a l y s e dt h ez f 6 1 l0t y p eg i s i n s i d ef a u l ta n a l y s i sa n dh a n d l ec o n d i t i o ni nt h e2 2 0 k vy u n h es u b s t a t i o n i no r d e rt o i m p r o v e t h eg i s r e l i a b i l i t y , c u t d o w nt h eg i s m a l f u n c t i o n ，r e i n f o r c e g i s o p e r a t i o n s t a t e c h e c k i n g a n d d i a g n o s i n g ，c h a n g i n g p e r i o d i ci n s p e c t i o n i nt h ep a s tf o r s t a t ec h e c k s k e y w o r d s ：g i s ；b r e a k e r ；s t r u c t u r e ；s f 6 ；i n s t a l l a t i o n g i s 设备的发展和应用研究浙江大学硕士学位论文 1 1 立题意义 第一章绪论 6 i s ( g a si n s u l a t e ds w it c h g e a r ) 就是气体绝缘金属封闭开关设备，它将 一座变电站中除变压器以外的一次设备，包括断路器、隔离开关、接地丌关、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，并封闭于金属壳内，充s f 6 气体作为灭弧和绝缘介质组 成的封闭组合电器。 通俗地讲，g i s 就是丌关站，是高压配电装置的一种形式。高压配电装置 的型式有三种：第一种是空气绝缘的常规配电装置，简称a i s ( a i ri n s u l a t e d s w it c h g e a r ) 。通常变电站使用的a i s 空气绝缘开关设备则采用绝缘器件，将带 电部分、接地部分分隔一定的距离，依靠空气绝缘。第二种是混合式配电装置， 简称h g i s ( h y b r i dg a si n s u l a t e ds w it c h g e a r ) 。所谓h - g i s ，就是混合型气 体绝缘组合丌关设备，是罐式复合丌关的一种，其结构与g i s 基本相同，但不含 母线，是将断路器、隔离丌关、接地丌关、快速接地丌关、电流互感器、电压互 感器等元件组合，并封闭于金属壳内，充s f 6 气体绝缘组成的封闭组合电器。第 三种就是6 i s ，g i s 的优点在于占地面积小，可靠性高，安全性强，维护工作量 很小，其主要部件的维修间隔不小于2 0 年。 本文通过调研g i s 的发展历程、剖析g i s 的结构和特点，研究6 i s 的技术经 济的可行性，提出现场安装的工艺流程、控制要点和试验要求，并总结g i s 的运 行经验，为电网和电厂用户采用g i s 提供决策依据。 g i s 设备的发展和应用研究浙江大学硕士学位论文 1 2 本论文的主要工作 本论文主要完成了以下工作： 1 、通过对g i s 发展历程的总结，提出g i s 的发展趋势，通过对g i s 结构的 剖析，提出g i s 的分类，提出g i s 特点。 2 、对g i s 、a i s 进行技术经济比较，提出四个总平布置方案：g i s 设备全户 内布置方案，常规设备户内布置方案，g i s 设备户外布置方案，常规设备户外布 置方案。从征地费用、建筑工程费用、设备购置费用、安装工程费用、最终规模 投资差、本期投资差、本期静态总投资等方面进行经济比较。并分别就采用国产 g i s 设备和采用合资g i s 设备进行经济比较。同时就5 0 0 k v 变电站g i s 与h g i s 、 a i s 的进行技术经济比较。 3 、总结g i s 的安装经验，提出g i s 的安装工序标准，提出g i s 现场安装的 质量控制重点和控制方法。 4 、研究总结g i s 现场试验与常规设备的不同之出，提出串联谐振法进行g i s 交流耐压试验方法，并对实验结果进行分析。 5 、研究总结g i s 运行情况，对g i s 故障情况进行分类统计，对杭州市电网 中g i s 的运行情况进行调查和研究，并提出g i s 在线检测技术。 1 3 使用工具和方法介绍 l 、使用的工具：s f 6 真空装置、s f 6 回收装置、s f 6 检漏仪、s f 6 充气装置、 介质损耗测试仪a 1 6 0 0 0 、高压直流发生器z g s 一2 0 万、直流稳压稳流电源4 0 1 0 、 变比电桥b b c 6 6 3 8 、回路电阻测试仪p c i 一1 0 0 、高压开关测试仪e s t 一5 c 、西门子 高压开关测试仪x b t - 1 0 0 、露点仪d p 一1 9 、双臂电桥q j - 4 4 、单臂电桥q j 2 3 a 、大 电流试验器a d 9 0 1 8 2 、伏安试验装置a d 7 0 a 、串联谐振耐压设备( 4 0 万) f k t f 。 2 、采用的方法：现场试验。 g i s 设备的发展和应用研究浙江大学硕士学位论文 第二章g i s 的发展历程和结构 2 1g i s 的发展历程及发展趋势 2 1 1g i s 国外发展历程 g i s 的发展离不开s f , 气体和s f 6 断路器的发展，因为s f 6 气体几乎是断路器 和g i s 的唯一绝缘和灭弧介质，而g i s 的主要部件就是s f 。断路器。从s f o 气体 的诞生到现在只有百余年历史。人们从不断的研究中逐渐发现这种气体的优异性 能并广泛用于高压电器设备中取代变压器油和其他绝缘介质。 1 9 0 0 年，由法国两位化学家h m o i s s a n 和p l e b e a n 第一次用氟和硫反应得 到六氟化硫气体( s f 。) 1 。 1 9 2 0 年，人们发现了s f 6 气体具有优异的绝缘性能。 1 9 3 7 年，法国首先应用s f 6 气体作为高压电器设备的绝缘。 1 9 4 0 年，人们发现了s f 6 气体具有优异的灭弧性能。 1 9 4 7 年，美国丌始生产s f 6 气体。 1 9 5 3 年，美国率先丌始生产双压式( 1 5 m p a ) s f 。断路器。 1 9 6 4 年，德国西门子推出2 2 0 k v1 5 k a4 断口s f 6 断路器。 1 9 6 9 年后，s r 断路器进入发展时期，从灭弧方式来看可以分为三个阶段。”。 第一阶段为2 0 世纪6 0 年代术，主要发展双压式s f 。断路器。 第二阶段为2 0 世纪7 0 年代一2 0 世纪8 0 年代，主要发展单压式s f 6 断路器， 技术上同趋成熟。在2 0 世纪8 0 年代术一2 0 世纪9 0 年代初向单断口、高电压和 大容量发展( 5 0 0 k v 、l o o k a ) 。 第三阶段为2 0 世纪末期( 1 9 8 5 年起) ，自能式( 亦称热膨胀式) s f 6 断路器 崛起。1 9 8 5 年，a b b 公司率先推出了1 4 5 k v 、4 0 k a 自能式s f 。断路器。1 9 9 8 年在 德国汉诺威博览会上西门子首先展出了单断口2 4 5 k v 、5 0 k a 的配用弹簧操动机构 的自能式s f 6 断路器。 2 l 世纪初则着重研制操作功更小，性能更可靠的第二代自能式s f 6 断路器。 今天，在高压、超高压及特高压领域，s f 6 气体几乎成为断路器和g i s 的唯一绝 缘和灭弧介质。在中压领域，s f 。同真空开关已成为并驾齐驱的两大支柱。这主 要是由于s f 。气体具有优异的灭弧和绝缘性能，同时它化学性能稳定且无毒性。 当前国外高压、超高压断路器及g i s 制造公司主要有9 家：a b b 、s i e m e n s 、 g i s 设备的发展和应用研究浙江大学硕士学位论文 a l s t o m 、a e g 、m g 、v at e c hr e y r o l l e 、r 立、三菱、东芝。这些公司的产品居 世界领先水平，遍及世界各地。 以g i s 为例： a b b 公司自1 9 6 5 年推出第1 套1 2 6 k vg i s 以来，已有超过1 0 0 0 0 多套断路 器问隔g i s ，遍白7 0 多个国家2 0 0 0 多座变电站中站运行。 西门子公司已有8 0 0 0 多间隔g i s 在世界各地8 5 0 座变电站运行，并取得 1 0 0 0 0 0 问隔年运行经验。 日本东芝公司从1 9 6 9 年开始，已向全球范围的1 0 0 0 多座变电站提供了5 7 0 0 多间隔年丌始，并有2 3 4 间隔g i s 在中国运行。 在以上公司中，似乎r e y r o l l e 公司比较陌生，其实r e y r o l l e ( 雷诺) 公司 已有百年历史。在g i s 方面，t 9 3 8 年研制出3 3 k vg i s ，1 9 5 5 年研制出1 7 0 k vg i s ， 1 9 7 4 年研制出首批4 2 0 k vg i $ 。在s r 断路器方面，该公司也有建树。这表现在 减少4 2 0 k v 罐式断路器断口上，如1 9 7 6 年每相为6 4 断口，1 9 7 9 年减为3 断 口，1 9 8 1 年减少双断口，1 9 8 5 年减少为单断口。r e y r o l l e 公司已加入v at e c h 集团，现为v at e c hr e y r o l l e 公司。 2 1 2g i s 国内发展历程 我国对s r 丌关设备的需要源于1 9 6 6 年，当时长江流域规划办公室为解决规 划中长江三蛱等水力发电站的高压变电站的设计而提出的，并于1 9 6 6 年由国家 立项，西安高压电器研究所、西安高压开关厂和长江流域规划办公室承担g i s 的 研制丌发工作瞳。于1 9 7 1 年研制出了第一台1 l o k vg i s 样机，断路器为单压、 定丌距双断口。1 9 7 3 年由西安高压丌关厂生产出我国首台1 l o k vg i s ，并在湖北 丹江口水电站投入试运行。1 9 8 0 年又研制成功我国第一台2 2 0 k vg i s ，并于1 9 8 2 年在江西南昌斗门变电站投入试运行。1 9 7 9 年我国第一条5 0 0 k v 平武输变电工 程的5 0 0 k v 和2 2 0 k v 高压断路器选用了法国m g 公司生产的f a 型s f 。断路器，同 时采用技贸结合的方式，由平顶山高压丌关厂引进m g 公司的制造技术以此为开 端，我国研制开发断路器和g i s 的工作进入了一个高潮。一方面是自行开发，如 西安高压开关厂试制的l w l - 2 2 0 和与南斯拉夫联合设计开发的l w 2 2 2 0 单断口、 单压、变开距断路器，以及1 l o k v 单断口g i s ；平顶山高压开关厂试制的l w 7 - 2 2 0 双断口、单压、定开距断路器和z f 2 2 2 0g i s ；上海华通开关厂试制的单断口、 g i s 没备的发展和应用研究浙江大学硕士学位论文 定丌距z f 3 11 0 k vg i s 、双断口2 2 0 k vg i s 及双断口2 2 0 k v 罐式断路器；北京 丌关厂试制的l w 4 2 2 0 和z f 4 11 0g i s 等产品。虽然2 0 世纪8 0 年代初期国内 s f 6 断路器和g i s 的研制工作厂家很多，也有一些产品相继投人运行，但是由于 当时我国处于起步阶段，无论从品种、性能、产量尤其是产品质量均满足不我国 电力工业发展的要求，许多工程，尤其是5 0 0 k v 输变电工程、仍以进口设备为主。 为尽快提高我国s f 6 开关设备的制造水平、吸取国际先进的设计技术、生产技术 及管理方法，引进国际先进的制造技术就成为必经之路。 平顶山高压丌关厂率先引进法国m g 公司f a 系列6 3 5 0 0 k v 支柱式断路器和 g i s 制造技术后，经过消化、吸收，于2 0 世纪8 0 年代中期全部实现国产化，经 过全面质量整顿后，作为我国唯一能替代进口产品的l w 6 系列在满足我国5 0 0 k v 输变电工程的急需上作出了重大贡献，是目前电网中运行数量最多的国产设备。 西安高压开关厂继平顶山高压丌关厂之后，于1 9 8 5 年与只本三菱公司采用 合作生产的方式引进了s f m 系列支柱和罐式s f 6 断路器的制造技术，以及g i s 的制造技术，目前已经能够生产7 2 5 5 0 0 k v 支柱式和罐式s f 6 断路器，以及1 1 0 5 0 0 k vg i s 。 沈阳高压丌关厂于1 9 8 5 年从r 本r 立公司引进了o f p t 系列断路器和g i s 的制造技术，目前已能生产7 2 5 5 0 0 k vs f 6 断路器和l l o 5 0 0 k vg i s 。应用r 立技术，由沈阳高压丌关厂生产的我国第一套5 0 0 k vg i s 早于1 9 9 2 年在东北辽 阳变电站挂网试运行。在此基础上采取合作生产的方式为东北伊敏火电厂及绥中 火电厂提供实用的5 0 0 k vg i s 。西安高压开关厂应用三菱技术全国产化的5 0 0 k v g i s 样机已在户内试验站得到考验。 上海华通开关厂也以技贸结合的方式，引进了b b c 公司e if 系列的制造技 术，能生产l1 0 k v 和2 2 0 k v 支柱式断路器。 为了适应开关设备对生产条件的特殊要求，上述几个工厂在引进先进的设计 技术和设计图样的同时，对生产的组织、质量的监管进行了全面的调整和完善， 满足s f 6 产品的生产与少油和空气断路器的生产在管理系统上的不同要求。在硬 件方面，为了确保引进技术的消化、吸收和高工艺、高质量水平的要求，几年来 各厂还花费了相当大的人力、物力和财力，不断改善和提高生产的环境条件和加 工装备的水平。西安高压开关厂、沈阳高压开关厂、平顶山高压开关厂和上海华 通开关厂等均建立了有净化条件的现代化装配厂房和相应试验检测设备，同时对 g i s 设备的发展和应用研究浙江大学硕士学位论文 机械加工装备进行了大量的技术更新和设备引进，大量的数控机床和加工中心的 引人，使零部件机加工的工艺水平得到大幅度的提高。为了保证和提高g i s 和罐 式断路器用往式绝缘子和诸多环氧绝缘件的制造质量，西安高压开关厂和沈阳高 压开关厂等引进了国外先进的环氧浇注生产线，使自己能批量生产1 1 0 - - 一5 0 0 k v g i s 和罐式断路器用的盆式绝缘子和环氧绝缘件，性能均能达到引进技术的要 求。为了适应g i s 壳体的批量生产，西安、沈阳、平顶山等高压开关厂先后引进 了多台数控切割、钣金等专用机床和加工中心以及自动焊接和质量检验设备，使 壳体的生产水平有了极大提高。各厂对生产条件和加工装备的完善和更新，为保 证和提高产品的质量水平打下坚实的基础口。 在我国，2 0 0 3 年生产5 5 0 k v g i s 的企业有2 家，生产1 2 6 k v g i s 的企业有9 家。西丌高压电气是国家级高压、超高压设备制造和丌发基地。截止2 0 0 3 年底， 西丌高压电气为国内外用户提供了各电压等级g i s3 7 0 0 多间隔，g c b p ( 支柱式 断路器) 和g c b t ( 罐式断路器) 1 1 0 0 0 多台( 套) 。 5 5 0 k v 及以上气体绝缘金属封闭开关设备( g i s ) 在我国工程中使用并不十分 普遍，特别是在5 0 0k v 变电站中使用数量较少，从2 0 世纪8 0 年代至2 0 0 5 年底， 全国5 0 0 k v 变电站有近3 0 0 座，但采用5 5 0 k vg i s 已投产的变电站仅有十几座。 在2 0 0 5 年9 月2 6 同投产的青海官厅和甘肃兰州东7 5 0k v 变电站都采用了8 0 0k v g i s ( 在每个变电站各安装1 个断路器间隔) 。 截至2 0 0 4 年底，国家电网公司系统各单位共有1 2 6 ( 7 2 5 ) k v 及以上g i s 断路器3 7 3 5 间隔。电网运行的g i s 设备主要以1 2 6 ( 7 2 。5 ) k v 设备为主，共占 了全部g i s 装用量的8 5 4 3 ：其次为2 5 2 k vg i s ，占总体装用量的1 2 7 4 1 2 j 。 5 5 0 k vg i s 装用情况：5 5 0 k vg i s 在国家电网公司系统电网中运行数量很少， 仅东北网、山东网、四川网有少量设备运行。其中东北网运行的沈阳高压开关厂 制造的5 5 0 k vg i s1 9 9 2 年投运，是试运行的国产第一台5 5 0 k vg i s ，仅运行有一 个短路器间隔。四川省1 9 9 9 年投运了a b b 公司制造的1 2 台断路器间隔的g i s ， 是目前为止国家电网公司系统投产的最大规5 5 0 k vg i s 。山东2 0 0 4 年投运了一 台5 5 0 k vg i s 断路器间隔，由平高东芝合资厂生产。目前已经投运的5 5 0 k vg i s 全部配用液压操动机构。 3 3 0 k vg i s 装有情况：由于电网电压等级的特殊性，3 3 0 k vg i s 只有在西北 网中采用，青海和陕西分别运行有4 个和1 3 个断路器间隔。青海省的g i s 为沈 g i s 设备的发展和应用研究浙江大学硕士学位论文 阳高压开关厂生产的z f 6 3 3 0 型，配用液压操动机构。陕西安装的为西安高压 丌关厂制造l w l 3 和s f m t 一一5 0 b 型，分别配用了气动和弹簧机构。 2 5 2 k vg i s 装用情况：国家电网公司系统1 9 8 2 年开始使用2 5 2 k v 的g i s 设 备，较普遍的使用是从1 9 9 9 年开始的，以后的装用量逐年增加，2 0 0 4 年一年投 运的断路器间隔数比1 9 9 9 年总投运的断路器间隔数还要多。 2 5 2 k v g i s 的装用量以华东最多，几乎占了2 5 2 k v g i s 总体装用量一半，其 次为华北，占了近1 3 的比例，其余依次为华中、东北和西北地区。东北地区仅 辽宁省安装有3 7 个断路器间隔的2 5 2 k vg i s ，西北地区仅甘肃省安装了5 个断 路器间隔的a b b 制造的c o m p a s s 。 目前国家电网公司所装用的2 5 2 k vg i s 主要是国产设备，以沈阳高压开关厂 和西安高压丌关厂的产品为主，占了全部设备装用量的7 0 以上。其他设备主要 来自顶山高压开关厂、西门子、阿尔斯通等厂家。 1 2 6 ( 7 2 5 ) k v g i s 装用情况：由于东北电网电压等级的特殊性，运行有7 2 5 k v 等级的g i s ，由于区域的局限，其所占比例不到1 0 。从设计、制造技术考虑， 7 2 5 k v 电压等级的设备和1 2 6 k v 电压等级的设备有很大的相似性。因此，将 7 2 5 k vg i s 和1 2 6 k vg i s 统一统计。 黑龙江省装用的上海华通丌关厂制造的l 卜1 2 6 型g i s ( 7 2 5 k v 电网中运 行) 是目自订国家电网公司所属电网内运行最早的1 2 6 k v g i s 设备，共有2 个断路 器间隔，投运于1 9 8 4 年。1 2 6 ( 7 2 5 ) k vg i s 的装用自1 9 9 6 年以后大量增加， 逐渐成为一种1 2 6 k v 变电站的典型设计。1 2 6 k vg i s 的装用量较大，型号及制造 厂家众多，不同制造年代、不同制造厂家的产品质量和结构设计都有所不同，是 g i s 设备故障、事故发生的主要群体，尤其是早期的g i s 设备。各年代1 2 6 ( 7 2 5 ) k vg i s 的装用量统计表2 1 【2 】。 表2 11 2 6 k vg i s 不同年代装月j 量统计 1 2 6 ( 7 2 5 ) k vg i s 装用量的区域分布与2 5 2 k vg i s 的分布情况部分类似， 以华北为最多，占总体装用量的3 5 ，其次为华东，占3 1 ；华中、西北和东 北地区的装用量相差不大，分别占了全部1 2 6 ( 7 2 5 ) k vg i s 装用量的1 2 、1 2 g i s 设备的发展和应用研究 浙江大学硕士学位论文 和1 0 。 1 2 6 ( 7 2 5 ) k v g i s 的制造厂家众多，据统计，目前国家电网公司装用的1 2 6 ( 7 2 5 ) k vg i s 分别来自2 0 多个制造厂，国内、合资、国外原装的都有，但以 国产产品为主。国内西安高压开关厂、沈阳高压开关厂和平顶高压开关厂三大开 关厂的产品占有1 2 6 ( 7 2 5 ) k v 电压等级市场的近7 0 的比例。其他如北京丌 关厂、上海华通开关厂、泰安开关厂的产品也有一定市场份额。 近几年g i s 得到广泛应用。如北京：五环路以内地区，2 2 0 k v 和1 1 0 k v 变 电站采用g i s 设备。上海：在外环线以内地区、区县政府所在地、中心镇和市级 丌发区，5 0 0 k v 、2 2 0 k v 、1 1 0 k v 变电所均采用户内g i s 。其它地区，5 0 0 k v 、2 2 0 k v 、 1 1 0 k v 变电所均采用户外g i s 。广东：在广州、深圳、汕头、佛山、东莞、江门、 中山、珠海、惠州( 除龙门县) 和肇庆市区及高要、四会市，5 0 0 k v 站的5 0 0 k v 部 分采用h g i s ，5 0 0 k v 站的2 2 0 k v 部分采用户外g i s ，1 1 0 k v 变电所均采用户内 g i s 。在城区、中心城镇镇区2 2 0 k v 变电站一般采用户外g i s 。江苏：在主要城 市的主城区，2 2 0 k v 变电所采用户内g i s ，在南京有9 座已建和在建的2 2 0 k vg i s 变电所，在苏州、无锡各有5 座已建和在建的2 2 0 k vg i s 变电所，在常州有2 座已建和在建的2 2 0 k v g i s 变电所。江苏目前有3 座已建和在建5 0 0 k vg i s 和 h g i s 变电所，分别在苏州和无锡。安徽：在主要城市的主城区，2 2 0 k v 变电所 采用户外g i s ，在合肥有2 座在建的2 2 0 k vg i s 变电所，在芜湖、马鞍山各有l 座2 2 0 k vg i s 变电所。安徽的5 0 0 k v 宣城变电所的5 0 0 k v 部分采用了h g i s 设 备，2 2 0 k v 部分为常规设备( 以上数据均截止到2 0 0 5 年底) 。 上海电网应用g i s 的历史已有多年，早在2 0 世纪7 0 年代后期，上海华通丌 关厂的1 1 0k vg i s 就首先在上海试用，相隔几年之后，2 2 0k vg i s 又在上海投 入试运行；8 0 年代初结合上海宝钢建设，引进的日本三菱2 2 0k vg i s 从1 9 8 2 年5 月投运起至今仍在运行。由此算来在g i s 的运行经验上最长已有2 4 年了。 据不完全统计，截止到2 0 0 5 年，上海电网已投运的g i s 共有约6 6 1 个间隔( 含 3 5k vg i s ) 。3 5k v 间隔占5 1 7 4 ，1 1 0k v 间隔占3 5 8 5 ，2 2 0k v 间隔占1 2 4 1 。 浙江截止到2 0 0 7 年6 月底，已投运的2 2 0 k v g i s 站有四座，均为户内g i s ， 分别为2 2 0 k v 运河变( 2 0 0 2 年7 月投运) ，2 2 0 k v 庆丰变( 2 0 0 5 年1 2 月投运) ， 2 2 0 k v 秋涛变( 2 0 0 5 年1 1 月投运) ，2 2 0 k v 江东变( 2 0 0 7 年2 月投运) ，目前在 g i s 设备的发展和应用研究浙江大学硕士学位论文 建的户内g i s 有杭州的月牙变和石南变。浙江尚无投运5 0 0 k vg i s ( 电厂除外) ， 目前规划或正在建设的有5 0 0 k v 杭北变，5 0 0 k v 及2 2 0 k v 配电装置均采用g i s ； 5 0 0 k v 台东变，5 0 0 k v 配电装置采用h g i s ，2 2 0 k v 配电装置采用a i s 。 2 1 3g i s 发展趋势：共筒化、复合化、小型化、智能化、超高压大 容量化 g i s 的发展与元件及信息控制技术的发展密切相关，特别是s f 6 断路器单断 口电压提高，及由传统的机电系统发展成以计算机为中心的现代智能化系统。随 着g i s 的不断完善和电力系统发展的需要，超高压丌关设备选用g i s 已成为整 个世界的发展趋势。g i s 正在朝共筒化、复合化、小型化、智能化、超高压大容 量化方向发展。 在7 2 5 3 0 0 k v 级，g i s 明显趋向于三相共筒化。所谓三相共简化，是将主 回路元件的三相装在公用的接地外壳内，内充s f 6 气体绝缘，并用环氧树脂浇铸 绝缘子加以支撑和分隔。欧洲和同本都在大力发展三相共简化结构。尤以同本参 数做得高，做到3 0 0 k vg i s 全三相共简化结构，5 5 0 k vg i s 母线三相共筒化结构。 三相共简化结构在各大制造公司的g i s 产品中占有相当大的比例。举例来说，三 相共筒化结构在a b b 公司g i s 占7 1 ，在同本公司g i s 中约占7 8 ，在a l s t o m 公司g i s 中约占有优6 5 ，在西门子公司g i s 中约占有6 7 t m l 。西门子公司的 8 d n 8 型g i s 为三相共筒式结构，其占地面积仅为分相式的5 0 ，间隔宽度仅为 0 8 m 。又由于采用铝外壳，做到轻量化和小型化。 近几年来复合化技术得到大力发展，特别是在7 2 8 4 - - 1 5 4 k v 级。所谓复合化 是将断路器、电压互感器、隔离丌关、接地丌关等置于一个罐内。多“工位”开 关设备的开发应用也是复合化的一个重要方向。隔离开关的功能可以与断路器结 合在一起，隔离与接地功能也可合在一起，某些隔离开关就可以取消。如采用三 工位隔离接地开关，使几个元件共用一个外壳等，可以使g i s 结构更合理，体 积更小，经济性更强，可靠性更高。三菱公司新开发的全新概念超小型复合化 g i s ，其安装面积仅为原来的4 0 ，体积约为原来的3 0 【2 j 。 单断口s f 6 断路器被用于5 5 0 k vg i s ，则可使g i s 结构大为简化，零件数大 为减少，使g i s 小型化、轻量化。日本提供这样的g i s 经验：初装时间1 9 7 1 年 时，断路器为4 断路，g i s 零件数为1 0 6 8 2 个( 1 0 0 ) ，到初装时间1 9 8 2 年， g i s 设备的发展和应用研究 浙江大学硕士学位论文 断口减为2 只，g i s 零件数减为5 0 2 3 个( 4 7 ) ，到初装时间1 9 9 4 年，断口减 为单断口，g i s 零件数减为3 3 5 5 个( 3 l ) 。这就说从4 断口到单断口，使g i s 的零件数减到不足1 3 1 1 。g i s 采用单断1 ：3 断路器，相比双断口断路器，将g i s 布置长度减至4 5 ，并将g i s 占地面积减为3 7 ，可见减少断口数，能有效地 使g i s 小型化。 为适应g i s 进一步小型化的要求，设计人员对g i s 中的部件进行了较大的技 术革新，例如现代光电及数字测控技术的应用使g i s 的测控系统得到了突飞猛进 的发展。特别是光电压互感器( o p t ) 与光电流互感器( o c t ) 用于g i s 已研制成功。 同本东芝公司研制的o p t ，安装空i 日j 只相当于线绕型互感器的1 3 ，而o c t 的 安装空间则只有原来的1 2 4 。而且相对于传统的电压、电流互感器，o p t 和o c t 具有抗干扰能力强、绝缘性能好、无磁饱和等明显优点，因此其发展倍受关注。 对于g i s d 型化问题有这样一种担心，虽p g i s 的小型化是否会降( l 毛g i s 的运行 可靠性。最近同本高电位梯度z n o 避雷器( 普通i 拘z n o 阀片电位梯度为2 0 0 v m m ，而高电位梯度z n o 阀片电位梯度为4 0 0v m m ) 成功研制说g q g i s d , 型化与 运行可靠性之间的矛盾并不是不可调和的。同立公司已经将这k 中z n o 避雷器用于 g i s 中，降低了雷电冲击残压水平，使g i s 的绝缘尺寸大大减小。另外高电位梯 度的z n o 元件与普通z n o 元件在罐式避雷器中的布置方式也是不同的。普通型 z n o 件的布置为多柱式，整个布置呈之字型；高电位梯度的z n o 元件的缸置为 单柱式，结构尺寸非常小【2 2 1 。 g i s 的二次控制趋向现代化和智能化，即由传统的机电系统发展成以计算机 为中心的现代智能化系统，并有自主控制和保护装置。g i s 设置的二次技术现代 化和智能化，其特点是用新的传感器采集信息，用光纤传输信息，用计算机处理 信息，用数字显示信息，可对断路器进行在线控制，及早发现故障，防忠于未然。 又可监视继路器及g i s 运行状态，变“定期检修 为“状态检修”。这样做的结 果，大大提高了运行可靠性，同时大大节省了检修费用，因而二次技术的现代化 带来巨大的技术经济效益。 a b b 公司将g i s 的一次和二次技术融合在一起，开发出串行光纤总线系统， 取消硬连接线，发展第三代二次技术智能化【1 6 1 。a b b 公司的e x k - 0 1 型智能化 g i s ，在二次技术中采用数字技术进行处理，光纤进行传输，利用新型传感器和 操动机构代替了感应式互感器和电磁继电器及辅助丌关，实现自我监视、带电测 g i s 设备的发展和虑用研究浙江大学硕士学位论文 量、减少维护、减少寿命周期成本和自诊断预测系统。传感器采集的信息存贮在 分散的p i s a ( 传感器和执行器的处理接口) 中，经光纤数据总线传输到主控计 算机进行处理，取消了辅助开关和互感器。计算机进行的趋势分析为具体维护方 案提供了依据，使丌关设备停运时间减小到最少，直接提高变电站经济性。 随着断路器单断口耐压水平的提高和自能灭弧技术得到应用和提升，g i s 朝 着超高压、大容量方向发展。国际上，g i s 目前最高电压为1 1 0 0 k v ，额定电流 最大达8 0 0 0 a ，额定短路开断电流8 0 k a ，其中日本的东芝、三菱、日立公司产 品已做到l1 0 0 k v 8 0 0 0 a 5 0 k a ，单断口耐压5 5 0 k v ：全共箱产品达到3 0 0 k v ，三 相母线共筒做到5 5 0 k v ；自能灭弧产品2 4 5 k v ；1 2 6 k v 产品间隔宽度最小8 0 0 m m ， 2 5 2 产品间隔宽度最小1 2 0 0 m m ，可配智能化监控系统等。国内产品最高电压到 5 5 0 k v ，单断口，额定电流最大到4 0 0 0 a ，额定短路丌断电流到6 3 k a ；全共箱 产品达到1 2 6 k v ，三相母线共筒3 6 3 k v ：自能灭弧产品达到2 5 2 k v 4 0 k a ；单断 口耐压2 5 2 k v ；1 2 6 k v 产品间隔宽度最小1 2 0 0 m m ；可别可配