GIS原理与结构特点详解

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：GIS有单相封闭式和三相封闭式两种不同结构。这种GIS结构紧凑，与单相封闭式GIS相比，一般可缩小占地面积10%以上，由于外壳数量少，故可大大节省材料，又由于封闭点数和密封长度减少，故漏气率低。HGIS集成了主要部件与GIS相同，但省略了封闭式母线，具有节省投资、占地面积小、运行可靠性高、便于安装维护等特点。

GIS有单相封闭式（三相分筒式）和三相封闭式（三相共筒式）两种不同结构。

早期的GIS是单相封闭式（三相分筒式），各种高压电器的每一相放在各自独立的接地圆筒形外壳中。运行中不会出现相间短路故障，且带电部分采用同轴结构，电场分布均匀。缺点是钢外壳中感应电流引起的损耗大，外壳数量及密封面大，增加了漏气的可能性，随着电压升高，GIS的占地面积和体积也会增加。

所谓三相共筒式就是将主电路元件的三相装在公共的接地外壳内，通过环氧树脂浇注绝缘子支撑和隔离。这种GIS结构紧凑，与单相封闭式GIS相比，一般可缩小占地面积10%以上，由于外壳数量少，故可大大节省材料，又由于封闭点数和密封长度减少，故漏气率低。此外，还可减少涡流损耗和现场安装维修工作量。三相封闭式比单相封闭式的总尺寸小、部件少、外壳损耗小、安装周期短。缺点是内部电场不均匀，相间影响大，易出现相间短路。三相共筒式已成为126～252kV电压等级的主要产品，三相共筒式GIS现已能做到363kV全三相共筒化，而550kV等级做到了母线三相共筒化。

图10-1给出了三相母线共筒式排列结构示意图，三相母线通过绝缘件固定在筒内，呈三角形排列。图10-2给出了252kV三相共筒式GIS示意图。图10-3给出了550kV单相GIS示意图。

图10-1 三相母线共筒式排列结构示意图

1—屏蔽罩 2—盖 3—母线 4—外壳 5—绝缘件

图10-2 252kV三相共筒式GIS示意图

CB—断路器 HSGS—快速接地开关 DS—隔离开关 ES—接地开关 PT—电压互感器 CT—电流互感器 BUS—母线

GIS每一功能单元又由若干隔室组成，如断路器隔室、母线隔室等，隔室的分割既要满足正常的运行要求，又要在出现内部故障时电弧效应得到限制。不同隔室内允许有不同的气体压力，一般断路器隔室因要考虑到熄弧效应压力较高，一般为0.6MPa（表压），其他隔室压力较低。

图10-4给出了我国自主研发的某550kV单断口罐式断路器。该断路器采用罐式布置，重心低、耐振、结构强度高，包含断路器、电流互感器和套管等部件，配用液压操动机构。与双断口断路器比较减少了一半的灭弧、传动部件，可靠性更高，同时更加节省材料。

图10-3 550kV单相GIS示意图

1—断路器 2—操动机构 3—电流互感器 4—隔离开关 5—接地开关 6—快速接地开关 7—电压互感器 8—套管

图10-4 500kV单断口罐式断路器

1—盆式绝缘子 2—灭弧室 3—液压机构 4—罐体

图10-5给出了550kV单断口灭弧室结构示意图。灭弧室为单断口设计，可选装合闸电阻，额定电流为4000A；额定短路开断电流为50kA；开断时间为2个周波。图10-6所示为合闸电阻结构及电流回路示意图。图10-7所示为套管结构示意图。

图10-5 500kV单断口灭弧室结构示意图

1—合闸电阻 2—静触头 3—断口绝缘支撑棒 4—压气缸 5—传动箱支座 6—绝缘支座 7—电阻静触头 8—电阻动触头 9—传动箱装配 10—传动拐臂 11—绝缘拉杆 12—支座

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图10-6 合闸电阻结构及电流回路示意图

1—合闸电阻触头 2—绝缘支撑棒 3—合闸电阻 4—电阻绝缘支撑座 5—电阻回路连接板 6—关合时电流回路

图10-7 套管结构示意图

1—绝缘支撑 2—接地屏蔽 3—悬浮屏蔽 4—中心导体 5—瓷套 6—均压环 7—CT的内筒 8—充0.4MPa的SF₆气体

GIS可以根据实际需要灵活布置，常见的GIS间隔有电缆进出间隔、套管进出间隔、母线联络间隔和保护间隔，如图10-8所示。

图10-8 GIS典型间隔布置图

a）电缆进出间隔 b）套管进出间隔 c）母线联络间隔 d）保护间隔

在高压开关设备中除空气绝缘开关设备（AIS）和封闭式组合电器（GIS）外，还有一种介于GIS和AIS之间的新型高压开关设备，称为紧凑型组合式高压开关设备（Hybrid Gas Insulated Switchgear，HGIS）。HGIS集成了主要部件与GIS相同，但省略了封闭式母线，具有节省投资、占地面积小、运行可靠性高、便于安装维护等特点。

图10-9给出了800kV HGIS布置图，包括断路器、隔离开关、接地开关、电流互感器、母线、套管等部件。断路器配用液压操动机构，灭弧室为双断口设计，带520Ω的合闸电阻，额定电流为5000A，额定短路开断电流为50kA，开断时间为2个周波，额定峰值耐受电流为135kA。

图10-9 800kV HGIS布置图

CB—断路器 CT—电流互感器 ES—接地开关 FES—快速接地开关 DS—隔离开关 BUS—母线 BG—套管

图10-10给出了我国特高压试验示范工程南阳站HGIS布置图。该电站采用3/2接线，每回出线3台断路器，具有可靠性高、运行灵活、操作检修便捷等优点。

图10-10 南阳站1100kV特高压HGIS布置图

图10-11所示为我国自主研制的特高压晋东南（长治）变电站第一期工程GIS总体布置图，目前进行的扩建工程在原工程基础上又增加了一台断路器。

一期工程电站主接线采用了双断路器和单母线接线方案，又称为3/2接线形式组成不完整串，其中包括1回出线和1组主变压器运行，GIS通过套管连接到架空线，再与线路或变压器相连，GIS装设2台断路器、5组隔离开关，主变回路、出线以及GIS母线各装设1组避雷器，另外出线以及GIS母线除各安装了1组接地开关外，出线段安装并联电抗器和电容式电压互感器，主变处也安装了电容式电压互感器。二期工程采用三台断路器和双母线接线方案，又称为3/2接线形式。

图10-11 晋东南（长治）1100kV GIS总体布置图

GIS原理与结构特点详解

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