GIS、HGIS设备在500配电装置中的应用

江苏省电力设计院褚农国家电网公司新技术推广培训班GIS、HGIS在500kV配电装置中的应用目录一、概述二、设备结构三、配电装置四、技术经济比较五、适用范围六、HGIS有关技术问题七、运行维护八、其它新型紧凑型组合设备

一、概述随着国民经济的日益增长，对电网可靠性要求也不断提高，110kV、220kV变电所已比较多的采用了GIS配电装置，500kV、750kVGIS和HGIS配电装置正在逐步出现。GISGIS配电装置具有小型化、高可靠性、平安性好、杜绝对外部的不良影响、安装周期短、维护方便、检修周期长等优点。但设备价格昂贵，一般在环境污秽条件恶劣，地价昂贵的城区采用。随着GIS配电装置的日益增多，设计、施工和运行都积累了一定的经验。GIS

1968年世界第一套GIS在美国问世并投运成功，至今已38年；1973年我国第一套GIS在丹江口水电站投运，至今已33年。国内GIS设备的采用大多在水电厂、核电站、城市中心变电站；其它一些特殊的发电厂、变电所也有采用GIS，500kV采用GIS设备变电所有广东江门变、深圳变、四川昭觉变、云南草铺变、山东莱阳变、湖北荆州换流站、北京城北变。HGIS500kVHGIS设备1973年在日本首次投入运行。由于土地资源少，地价昂贵，为减少土地的占用，80年代新建的变电站根本都采用HGIS设备，到90年代后期，更开展为根本采用GIS设备。常规的高压断路器在日本已根本不再使用。500kVHGIS设备2003年在我国广东省横沥变电站投入运行。二、设备结构特点

GIS是英文GasInsulatedSwitchgear的缩写，含义为：气体绝缘组合开关设备。GIS结构特点

出线隔离开关母线断路器电流互感器操作机构母线隔离开关快速接地开关出线套管GIS结构特点

HGIS是英文HybridGasInsulatedSwitchgear的缩写。含义为复合型〔混合〕气体绝缘组合开关设备。HGIS结构特点

HGIS可将断路器、隔离开关、接地开关、CT、PT、避雷器、出线套管等组合成一整体密闭设备单元。

与GIS相比，HGIS电器未把母线封装在内，因此扩建相对方便、灵活。对于出线避雷器、出线PT的布置也可以灵活处理。HGIS结构特点1＋1＋1模式：3个断路器单元均独立，通过导线连接，构成一个完整串以500kV一个半断路器接线为例：一个完整串，HGIS单元组合有3种模式：

HGIS结构特点2＋1模式：2个断路器单元联成一个整体，另1断路器单元独立，通过导线连接，构成一个完整串

以500kV一个半断路器接线为例，一个完整串，HGIS单元组合有3种模式：

HGIS结构特点3＋0模式：3个断路器单元连成一个整体构成一个完整串

以500kV一个半断路器接线为例，一个完整串，HGIS单元组合有3种模式：

HGIS结构特点三、配电装置

500kVGIS配电装置〔工程〕〔典设58m〕500kVHGIS配电装置〔横沥〕〔横沥135m〕500kVHGIS配电装置〔武北〕500kVHGIS配电装置〔典设〕

500kVHGIS配电装置以环道取代相间道路。500kVHGIS配电装置将环道布置在母线下方后，两环道相距约40m，环道内侧是HGIS设备，环道外侧是避雷器、电压互感器和阻波器等AIS设备。500kVHGIS配电装置〔典设〕

500kVHGIS配电装置以环道取代相间道路。500kVHGIS配电装置将环道布置在母线下方后，两环道相距约40m，环道内侧是HGIS设备，环道外侧是避雷器、电压互感器和阻波器等AIS设备。500kVHGIS配电装置〔典设〕

从施工安装角度：相间道路没有实际意义。目前500kV变电所设备及构支架安装时相间道路均未施工；并且HGIS采用预安装技术，现场仅进行模块拼接，最大起吊模块重约2吨，安装工作量小，目前的施工机械均可在环道上吊装内侧的设备。500kVHGIS配电装置〔典设〕线路侧套管母线侧套管

将母线接地开关组合到HGIS设备内。500kVHGIS配电装置〔典设〕四、技术经济比较GIS、HGIS与AIS技术比较HGIS，GIS均为少(免)维护产品，检修维护周期长。与AIS相比，设备全部密封在SF6气室内，大大改善设备运行环境，不受污秽影响，有较高的运行可靠性，同时也防止了高压对环境的电磁污染。

GIS、HGIS与AIS技术比较

HGIS的设备为SF6绝缘，相间和母线为空气绝缘，配电装置布置受相间和母线在空气中的平安净距控制，假设采用“3〞方式，占地面积约为AIS的70%；GIS全部采用SF6气体绝缘，可根据实际工程灵活布置，使配电装置场地到达最优化和最小化。GIS、HGIS与AIS技术比较HGIS，GIS均为模块化设计，采用工厂预安装技术，以功能单元为运输单位，安装方便，现场只需简单的联结和必要的实验即可投运，相对AIS可以大大缩短安装、调试和实验的时间。HGIS，GIS结构紧凑，节约大量设备支架和根底，节省土建费用，节省大量二次电缆。GIS与HGIS技术比较HGIS母线敞开，新建串或由不完整串扩建成完整串方便灵活，停电时间短。不同串，甚至同一串中可以选用不同厂家产品，设备招标范围广；GIS在扩建时停电时间长，由于只能采用原厂家产品，价格难以控制，往往远高于前期的价格。由于HGIS相间和母线为空气绝缘而GIS全部采用SF6气体绝缘，且可根据实际工程灵活布置，因此GIS更为节省土地；但GIS也存在因为集成度高而带来诸如单个设备故障影响范围大，漏气定位难等问题。GIS、HGIS与AIS技术比较结论综上所述，HGIS、GIS在技术性能上优于AIS，而HGIS、GIS在技术性能上各有优势。GIS、HGIS与AIS经济比较比较项目AISHGIS（早期）HGIS（典设）GIS一次设备费用（万元）133519104807占地面积（亩）6.552（100％）5.670（87％）3.108（47％）2.262（35％）土建费用（万元）210166144安装、调试费用（万元）17413847二次电缆（万元）13.022.810.88其他费用（万元）324356629合计（万元）2043（100％）2570（126％）5627（275％）差异（万元）0+527+3584GIS、HGIS与AIS经济比较结论对于一个完整串：AISHGISGIS投资:100%126%275%占地：100％47％35％五、适用范围

GIS适用场合1、人口密度高，土地昂贵的地区2、外界条件限制，站址选择困难区域3、特殊地形条件地区4、高地震烈度地区5、高原地区6、严重大气污染地区HGIS适用场合1、人口密度高较高，土地较昂贵的地区2、负荷密度大，可靠性要求高地区3、特殊地形条件地区4、高地震烈度地区5、高原地区6、大气污染较严重地区7、检修力量薄弱地区六、HGIS技术性能HGIS的技术性能制造技术：用于HGIS的技术是成熟的GIS技术，并经过多年的运行得到良好的验证。

HGIS的技术性能断路器技术：进口HGIS设备的断路器有双断口和单断口、开断电流63kA，额定电流最高到达8000A。我国近期大多采用的是单断口，额定电流4000A，开断电流63kA。断路器的操作机构采用液压操作机构。液压操作机构和气动操作机构均为成熟的技术。HGIS的技术性能隔离开关、接地开关和快速接地关：HGIS采用成熟的GIS技术，将一串6组隔离开关集成到工厂组装和测试的罐体内，相对AIS隔离开关，在安装、调试、运行维护上都有很大的优势。对于较长同杆架设的500kV线路，HGIS线路侧接地开关具有投切感应电流、感应电压的能力，快速接地开关可以切合250A感应电流。工程实践中提出450A感应电流，厂方承诺可以满足，并提供了试验报告。HGIS的技术性能电压互感器和避雷器的配置：电压互感器和避雷器可配置在HGIS里，也可采用常规的电容式电压互感器〔CVT〕和常躲避雷器。鉴于500kV系统有载波通道，CVT兼作耦合电容器用，工程中电压互感器一般采用常规的电容式电压互感器〔CVT〕，避雷器与CVT相邻布置，以保护CVT，也采用常躲避雷器。HGIS的技术性能HGIS与保护的接口：HGIS就地控制柜与保护或监控系统的接口采用与GIS一样的常规接口。从HGIS到汇控箱各类电缆根数很多〔约140根〕，各元件的操作机构箱布置,电缆引接线布置比较凌乱，有待改进。HGIS的技术性能

气室的划分：HGIS气室的划分合理与否关系到HGIS的故障范围，检修、更换、扩建的停电范围和安装、维修时的放气量。HGIS一个单相单元有3个气室。HGIS的技术性能预安装技术和运输单元：HGIS设备的配置比较紧凑，模块化，集成化，可在工厂进行预安装，整套设备在出厂前安装调试，分成几个单元运输，断路器运输单元可预充SF6气体，气体压力为微正压。最大为1台断路器组合单元。HGIS的技术性能扩建停电时间：对于采用“1+1+1〞方式和“1+2〞方式由不完整串扩建成完整串为插接式，非常方便，运行线路仅须短时停电〔解开中间的连接及扩建后接回连接线时〕，假设采用“3〞方式扩建中间断路器时，厂方提供的HGIS扩建停电时间约20天。经与厂方技术人员交流只需4天，实际工程还能更短。HGIS的技术性能备品备件：大量的备品备件提高了投资本钱、管理本钱，有些备品备件在真正需要时已不满足使用标准。因此不必备用整套设备。鉴于分合闸线圈与外部回路有关，可每站备用1~2套分合闸线圈。HGIS的技术性能

可用于HGIS的新技术：

在线检测系统：在HGIS内部装设局放电传感器、气体压力传感器、避雷器泄露电流传感器等用于监测HGIS的绝缘及故障定位；断路器内部装设电流传感器用于监测断口电流；在操作机构里装设位置传感器用监测操作机构开合的动作行程、操作速度、操作时间等，通过分析确定出设备的运行状态。在线检测系统需预埋大量的传感器，并通过同轴电缆传输数据，还需装配有关的转换装置和计算机终端，设备的造价高，而且该系统的抗干扰能力如何，使用经验无从考察。HGIS的技术性能

可用于HGIS的新技术：

相位控制断路器：断路器操作机构可装配相位控制装置，根据系统的运行方式，在电压或电流过零时进行操作，限制过电压、电流和系统电压波动，防止继电保护误动，延长设备寿命。但此功能是依靠三相非同期合闸或分闸，最大时间差达12ms，这在运行中是否允许，有必要进一步研究。HGIS的技术性能可用于HGIS的新技术：光电CT、PT：罗果夫斯基CT和分压型VD代替传统CT、PT，将电流、电压信号以数字方式输出，再经过高阻抗的AD转换器转换为现有二次保护设备所需的模拟信号。该技术可以提高输出精度，没有磁饱和，而且可以减小一次设备的体积和重量。因各种监控、保护装置尚无统一的传输规约和网络标准，数字量光电传感器无法与之接口。在广东500kV西江变电所的某串HGIS设备中TMT&D

公司免费提供了一套采用罗果夫斯基CT和分压型VD，由四方公司和南自院配合〔变压器，母线保护〕，进行实验运行。七、运行维护运行维护SF6气体密度和潮气进入容器的速度影响设备内部的绝缘强度，因此要严格限制漏气率，一般年漏气率不得大于1％；SF6在电场效应和电弧作用下分解成一局部低氟化物和氟化氢等剧毒性和强腐蚀性杂质，因此要在设备内部放置专用的吸附剂，并需要定期处理或更换吸附剂；定期检测SF6气体中水分含量；运行维护解体检修时，要有防护措施，防止人员中毒；运行时，设备的金属外壳上可能存在环流，导致局部发热，因此在有关部位要设置高温标志以免灼伤巡视人员；配备SF6气体回收装置及专用工具；安装后投入运行前要做高电压耐