摘要：介绍SF6气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)的特点， GIS分类及其各个组成部件的结构和特点，简述对IEC 62271-1规范的几点理解。
关键词：SF6气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)；结构；IEC62271
１、GIS 设备的基本原理和应用
气体绝缘金属封闭开关设备（简称GIS） 是英文 Gas Insulated Switchgear 的缩写。它是以气体为绝缘介质的开关设备，在高压输电线路中能够承载、关合、开断运行回路正常电流，也能在规定时间内承载、关合及开断规定故障电流的开关设备。
2、GIS的特点
1．GIS 缩小了配电设备的尺寸，大大地减小了开关设备的占地面积和空间，且电压等级越高，效果越显著。
2．GIS 由于带电部分封闭在金属外壳内，不受大气条件的影响，如工业区的污秽、沿海区的盐雾、及污染的气候，适用范围广。
3．运行可靠性高。SF6 气体为不燃的惰性气体，不致发生火灾。
4．维护工作量小，检修周期长，安装工期短。检修周期一般为10-20年，先进产品可保证25年不检修。
5．由于封闭金属筒外壳的屏蔽作用，消除了无线电干扰、静电感应和噪声，适用用于敏感区域。
3、GIS分类
GIS按电压可以分为：72.5kV、126 kV、145 kV、252 kV 、275 kV、363 kV、550 kV等。
GIS按结构可以分为：三相共箱、三相分箱、主母线三相共箱其余分箱、断路器三相分箱其余共箱等。
4、GIS的结构
GIS采用模块化设计，各功能模块之间的连接法兰都采用标准尺寸，以便不同功能模块可以根据实际需要进行灵活的组合，为将来的扩建和改造也提供了便利。
4.1断路器灭弧室
GIS的核心部件是断路器，根据多年经验发现自能灭弧技术在吹断电弧时需要等电弧自己产生足够灭弧的能量，燃弧时间较长，触头材料的烧蚀和磨损较多。而且短路电流越大，灭弧室内的压力越大，对部件的要求也越高。
4.2断路器的操作机构
断路器的操作机构有很多种，有液压操作机构、气动操作和弹簧储能操作机构等。目前应用较多的为弹簧储能液压操作机构。
4.3隔离/接地组合开关及快速接地开关
根据主接线的需要，隔离开关有时需具备一定的开合容性、感性小电流和母线转换电流的性能，其隔离开关内部通过专门的设计来满足。隔离／接地组合开关将隔离开关和维护接地开关组合在一个模块内，隔离、接地共用一个动触头，完全避免了隔离、接地同时合上的误操作，并使结构更加紧凑。
在大修和安装时，快速接地开关可以对安装设备直接接地以确保人身安全，另外快速接地开关用于在紧急故障情况下进行快速接地，可以紧急关合短路电流。
4.4电流互感器与电压互感器
电流互感器线圈安装在断路器两侧的分相模块中，环型铁芯的电流互感器以同心圆方式将一次导线围绕在其中。
4.5避雷器
避雷器多为氧化锌型封闭结构，采用SF6气体绝缘，芯体是由氧化锌电阻片为主要元件，具有良好的伏安特性和较大的通流容量。
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5、IEC62271规范的理解
气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）相关规范有：
1）IEC 62271-1 高压开关设备和控制设备—第1部分：通用规范；
2）IEC 62271-100 高压开关设备和控制设备—第100部分：交流断路器；
3）IEC 62271-102 高压开关设备和控制设备—第102部分：交流隔离开关和接地开关；
4）IEC 62271-203 高压开关设备和控制设备—第203部分：额定电压52kV以上用气体绝缘金属封闭型开关设备；
5）IEC 61869 互感器的要求；
5）IEC 60099 避雷器；
主要对其中的IEC-62271系列的规范进行了学习与研究：
5.1额定值
1）额定电压：额定电压等于系统的最高电压也是设备的最高设计电压。
245kV及以下有：
3.6 kV – 7.2 kV – 12 kV – 17.5 kV – 24 kV – 36 kV – 52 kV – 72.5 kV – 100 kV –123 kV – 145 kV 170 kV – 245 kV
北美等一些地区：
4.76 kV – 8.25 kV – 15 kV – 15.5 kV – 25.8 kV – 27 kV – 38 kV 48,3 kV – 72.5 kV– 123 kV – 145 kV – 170 kV – 245 kV
300kV及以下有
300 kV – 362 kV – 420 kV – 550 kV – 800 kV
2)绝缘等级：额定电压为245kV的GIS的绝缘等级用以下两个个基本参数来体现。
Ud-工频耐受电压；
Up -雷电冲击电压；
Ud / Up应接近0.45，额定电压为245kV的GIS的绝缘等级，根据IEC62271-203的表格102的规定：
工频耐受电压（相对地、相之间）：460kV；
工频耐受电压断口间：530kV；
雷电冲击电压电压（相对地、相之间）：1050kV；
雷电冲击电压断口间：1200kV；
3）额定电流 Ir ：根据计算电流并考虑一定的余量，并参照IEC60059的电流等级选择额定电流。
4）额定短时耐受电流 Ik：根据系统的最高三相短路电流并考虑一定的余量，并参照IEC60059的电流等级选择额定短时耐受电流 Ik。
5）额定短时耐受电流 Ip：IEC62271-1有明确规定：
Ip =2.5×Ik 工频电压为50Hz；
Ip =2.6×Ik 工频电压为60Hz；
6）额定耐受时间：IEC62271-1规定了标准的耐受时间为1s，如有需要还可以为0.5s，2s和3s。
5.2操作顺序
IEC62271-203 4.104规定的操作顺序有以下两种：
a) O – t – CO – t' – CO
t = 3 min 或者 t=0.3s
t' = 3 min
b) CO – t'' – CO
t'' = 15 s
5.3 断路器的首开相系数
首相开断系数是指三相系统当两相短路时，在断路器安装处的完好相对另两相的工频电压与短路去掉后在同一处获得的相对中性点电压之比。IEC62271中提出，第一开断相的断口间工频恢复电压，中性点不接地系统为1.5倍，在中性点直接接地或者小阻抗接地系统中为1.3倍。
6、结束语
目前，GIS设备正广泛的应用于各类电力系统，对其进行研究与学习很有必要，本文对GIS的结构及特点，相关IEC规范进行了简单的阐述，相信在不久的将来，对国际标准会积累出更多的自己的经验果实。
参考文献
[1]沈海鹭 220kV气体绝缘高压组合开关设备新技术
[2] IEC 62271-1 高压开关设备和控制设备-第1部分：通用规范.
[3]IEC 62271-100 高压开关设备和控制设备-第100部分：交流断路器.
[4]IEC 62271-203 高压开关设备和控制设备-第203部分：额定电压52kV以上用气体绝缘金属封闭型开关设备.
论文作者:林笑
论文发表刊物:《电力设备》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/10
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