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摘要：近年来，电气化铁路发展迅速，GIS组合电器在牵引变电所中的应用越来越广泛。本文
介绍GIS组合电器的特点，应用中的注意事项及其检修维护管理工作。
关键词：GIS组合电器；SF6气体；牵引变电所
Abstract: in recent years, the rapid development of electrified railway, GIS combination in the application of electric traction substations is more and more widely. This paper
Introduces the characteristics of the combination of GIS electrical appliances, the matters of attention in the application and maintenance management.
Keywords: GIS combination appliances; SF6 gas; Traction substation
中图分类号：F407.6文献标识码：A 文章编号：
GIS（gas insulated subsdation）是气体绝缘全封閉组合电器的简称。GIS由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端以及控制、测量、保护等装置组成，这些设备或部件全部封闭在金属接地的外壳中，在其内部充有一定压力的SF6绝缘气体，故也称SF6全封闭组合电器。GIS设备自20世纪60年代实用化以来，已广泛应用于世界各地。目前，GIS国外生产厂家主要有ABB、东芝、三菱、日立、西门子、阿尔斯通等，国内生产厂家有西开、沈高、平高等。
一、GIS组合电器的特点:
与常规的敞开式高压电气设备相比,GIS有以下优缺点:
1、 节约土地资源。目前城市的土地资源是非常宝贵的，而GIS产品与敞开式开关设备相比，占地面积小（一般220KVGIS设备的占地面积为常规设备的37％；110KVGIS设备占地面积为常规设备的46％左右），节约了土地资源，也使变电所与城市的建筑更加协调。
2、 减少污染，提高设备运行的可靠性。与敞开式开关设备相比，把断路器、隔离／接地开关、CT、PT、避雷器、母线等高压设备放在封闭的空间里，使高压设备免受各种环境和气候条件的作用，如：风吹、雨淋、日晒和冰雪、霜露、湿热的影响，加上沙尘、烟雾、污秽和鸟虫等的侵害，减少了受污染的机会，运行可靠性得到大幅度的提高。设备的寿命周期成本逐步减低，经济效益大幅度提升。
3、 采用新工艺，提高设备绝缘水平。GIS采用新型全SF6密封隔离／接地开关，这种新型全封闭组合隔离开关完全解决了户外高压隔离开关经常出现的四大问题：瓷瓶断裂、操作失灵、导电回路过热及锈蚀。为提高绝缘强度，设计上通常考虑使绝缘子附近的电极表面尽可能做到光滑平顺，避免电场集中，减少自由带电离子形成的可能性。
4、 提高操作的可靠性、安全性。第一，多功能的隔离开关从设计结构上本身就带有防止误操作的功能，操作机构无油化、无气化，操作简单，功耗小；且GIS设计了隔离开关的观察窗，使得现场实现了隔离开关的明显断开点。第二，GIS的出线套管一般采用硅橡胶和陶瓷，考虑到设备的免维护，套管的爬距较大。第三，汇控箱使用不锈刚壳体，表面喷涂工艺，内部的继电器通常使用进口继电器来延长使用寿命。
5、 配置灵活，施工工期短，方便安装维护。GIS的一次部分是在工厂的净化车间完成的，二次控制线是通过航空插头连接的，整体设备是在工厂内进行调试的。现场安装的工作量比常规设备减少了80％左右。GIS基本属于免维护的设备，厂家一般仅要求5～7年进行一次预防性试验。断路器和隔离开关的操作机构以及CT、汇控柜都可以进行整体更换，一次设备可分项整体更换。上述元件如果发生损坏问题，一般是退回厂家整体更换，不需要现场处理。
6、 符合环保要求。GIS设备的导电部分外壳屏蔽，接地良好，导电体产生的辐射、电场干扰、断路器开断的噪音均被外壳屏蔽了，减少了电磁污染。GIS设备具有优良的耐震性能，尤其适合在城市中心或居民区使用，且它的操作机构和汇控箱等的密封、防腐等级都比较高。
7、 制造困难，价格贵。
二、GIS外壳接地问题
GIS的外壳接地方式有两种：一点接地方式和多点接地方式。
1、一点接地方式是在GIS外壳的每个分段中一端绝缘，另一端用一点接地的方式。在结构上，串联的壳体之间一般是在法兰盘处绝缘，对地之间是在壳体支座处绝缘。这种接地方式的优点是：因为长时间没有外壳电流通过，故即使电流额定值大，外壳的温升也较低，损耗也较小；因为没有电流流入基础部位，故土建钢筋中没有温升。当然它的缺点也很突出，即事故时不接地端外壳感应电压较高，外界的磁场也较强，当导体中流过的电流较大时，往往会使外壳钢筋发热，由于只有一根接地线，因此可靠性较差，目前国内GIS设计中一般不采用这种接地方式。
2、多点接地方式是在GIS的某个分段内，用导体连接外壳和大地，并且采用两点以上的多点接地，一般在结构上，串联的法兰盘之间不设绝缘，设备的支座不绝缘，并用固定螺栓导通，接地线也装于壳体。多点接地的优点很多：外部磁漏少，感应过电压低；由于GIS外壳有两点以上接地，因而可大大提高其安全性及可靠性；不需要使用绝缘法兰等绝缘层，施工方便；外壳和导体电流几乎抵消，因此外部磁场较小，使钢构发热和流过控制电缆外皮的感应电流都很小。由于外壳中有感应电流流过，因此外壳中的温升和损耗比一点接地方式要大，但变电所中外壳损耗本身不大，因此在工程中可以忽略不计。
三、运行中GIS设备的巡视检查
GIS设备除操作机构和常规设备类似之外，其他元件的结构都不相同，运行、检修的工序也不同。GIS设备在运行时分为正常巡视和临时巡视。正常巡视时间每班二次或二次以上，临时巡视是在某一特定的情况下进行。如设备有异常情况，值班人员应立即到现场处理。
1、正常巡视的检查项目
1）断路器、隔离开关、接地开关的位置指示器、闭锁位置是否正常；
2）现场控制柜上各种信号指示、控制开关的位置应正确；
3）各种压力表的指示应正常，SF6气体、压缩空气应无漏气现象，各种配管及阀门应无损伤、锈蚀、开闭位置应正确；
4）避雷器的动作计数器指示值的变化应正确；
5）在GIS设备附近有无异味、异声，有无漏气、漏油的现象；
6）外部进线端子应无过热现象，瓷套应无开裂、破损；
7）外壳、支架等应无锈蚀、损伤，接地应完好，各类箱、柜门应关闭严密，无异常声音或异味；
8）所有照明、通风设备，防火器具是否良好。
2、临时性检查项目
新投产的GIS设备，在运行3～6个月内要检查SF6气体的含水量、含酸量是否与试运行时有明显的改变，增加的速度是否合理。如发现含量不合理时，应及时检查其原因；当断路器达到规定的开断次数，或累计其开断电流达到规定的数值时，要检查其设备情况；GIS设备有异常情况时，对怀疑的元件进行检查。
四、GIS设备的检修
设备的检修分为小修和大修两种，小修时间短，一般在三至五年进行一次，而大修则要八到十年检修一次，检修周期比常规式设备长得多。当GIS设备检修时，工作比较繁杂，时间长，其停电范围有时涉及非故障元件。检修时，首先断电，然后抽出故障气室的SF6气体，贮存在SF6气瓶中，检修完毕对各检修的气室抽成真空，充入SF6气体，静置若干小时后测量SF6气体中的含水量，应符合国家标准。在GIS设备运行中最重要的一点是管理好SF6气体。
1、 GIS设备小修项目：
GIS设备的运行规程规定GIS的小修周期一般为3～5年，小修时不要随便解体设备，其具体项目如下：
1） GIS设备里SF6气体的补充、干燥、过滤，由SF6气体处理车进行；
2） 密度计、压力表的校验；
3） 导电回路接触电阻的测量；
4） 吸附剂的更换；
5） 液压油的补充或更换；
6） 不良紧固件的更换。
2、 GIS设备大修项目
GIS设备的运行规程规定GIS的大修周期一般为8～10年进行，大修前应建立大修小组、拟定项目，大修技术措施，大修计划，并且对备品、备件进行检查、清理、参加大修的工作人员应熟练技术规程和大修工艺，其具体项目如下：
1） 更换密封环；
2） 更换部分磨损了的零件；
3） 更换部分断路器、隔离开关等的导电触头；
4） 更换不好的绝缘零件；
5） 清扫SF6气室里的金属微粒、粉末，清除SF6气体的分解物。
五、GIS变电所的故障
GIS设备在运行中的故障，普遍少于常规式设备，有十年运行的统计资料，表明GIS设备事故率只有常规设备的16.6％～40％。日本的统计数字为0.01次／所•年，欧洲地区的事故率接近日本。GIS设备的故障多发生在新设备投产的一年之内，根据加拿大等国的运行统计资料，第一年运行时，设备故障率为0.53次／间隔；而第二年则下降到0.06次／间隔，降低了88.3％，以后趋于平稳。
GIS设备产生故障的原因，主要是制造厂和现场安装时造成的占多数。在GIS零件的装配过程中，造成GIS设备故障可分为七类：
（1）由于制造厂和安装单位的工艺不良，而造成的故障约占40％，这个比例较高。
（2）由于安装现场不清洁，使GIS造成故障的占13％。这由施工人员的素质差、管理水平低所致。
（3）由于制造厂的清洁工作不好，使GIS造成故障的占16％。可见，制造厂的管理水平很重要。
（4）由于元件装配误差大，而造成故障的占10％。
（5）由于设计不善造成的故障占7％。
（6）由于運行人员操作错误造成的故障占7％。
（7）其它不明原因占7％。
六、GIS设备故障时的安全措施
GIS设备的绝缘介质是SF6气体，它本身是无毒的。但其分解物有一定的毒性，防护不好将影响人们的健康。另一方面GIS设备的外壳可能产生接触电动势，措施不当也有电击的可能。因此，GIS设备的工作人员，除了要遵守一般的电气安全规程之外，还要遵守针对GIS设备的特点所制定的安全规定。只有严格按照有关的安全规定执行，才能保证工作人员不会受到任何伤害。
GIS设备故障时的安全措施：
（1）异常声响，当气室内部电气元件发生异常响声时应根据声音的变化判别是屏蔽罩松动、内部有异物，当出现明显放电声时应采取停电措施。
（2）室外GIS设备发生爆炸或严重漏气等事故时，人员接近设备要谨慎，应选择从上风侧接近设备，穿安全防护服并佩戴隔离式防毒面具、手套和护目眼镜；对室内安装运行的GIS设备，为防止SF6气体蔓延，必须将通风机全部开启15min以上，进行强力排换，待含氧量和SF6气体浓度符合标准，并采取充分措施准备后，才能进入事故设备装置室进行检查。
（3）设备防爆膜破裂，说明内部出现严重的绝缘问题，电弧使设备部件损坏，引起内部压力超过标准，因此，必须进行停电处理。
参考文献
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［3］陈家斌.SF6断路器实用技术.［M］.北京.中国水利水电出版社.2004.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。