HGIS

随着电网规模的不断扩大，超高压变电站大量增加。由于环境和占地的压力，我国超高压500kV变电站的主设备的选型就非常重要。我国500kV超高压开关主要有两大类：气体绝缘金属全封闭开关设备GIS和常规敞开式开关设备AIS。GIS具有占地少，运行可靠性高，抗污秽及抗震能力强等特点，但其价格昂贵，故障后短时间难以修复且扩建困难。AIS比GIS价格便宜，但占地面积很大且带电部分外露较多，限制了在变电站面积狭小且环境条件恶劣的地方应用 。

高压开关设备按其绝缘可分为三种类型：

(1)空气绝缘的敞开式开关设备(AIS)；

(2)气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)；

(3)混合技术开关设备(MTS)。

MTS是继AIS和GIS之后出现的特别适用于超高压和特高压的开关设备。 

AIS以优化投资成本为特征：GIS以最小的空间需求为特征；MTS则以可靠性极高的单线布置为特征。 

混合技术开关设备(Mixed TechnologiesSwitchgear-MTS)是基于敞开式开关设备组合及气体绝缘金属封闭开关设备组合的组合式开关设备。MTS可分两类:一类为敞开式组合电器；另一类为H-GIS(Hybrid Gas Insulated Switchgear)即复合式GIS。敞开式组合电器是以敞开式元件组合形成的开关设备，基本型号为ZCW。复合式GIS(H-GIS)是三相空气绝缘且不带母线的单相GIS。基本型号为ZHW。国内将H-GIS亦称为准GIS，简化GIS等。     

空气绝缘的敞开式开关设备(AIS)以瓷套作为设备外壳及外绝缘，优化了投资成本。但占地面积大旦因设备外露部件多，易受气候环境条件的影响，不利于系统的安全及可靠运行。而GIS H-GIS在减少占地面积方面具有明显的优势，而且GIS H-GIS的功能元件封闭在气体绝缘壳体内，因而抵御外界环境影响能力较强。GIS是属于可靠性高、免(少)维护的开关设备，它占地面积最小，但由于配置大量的金属封闭母线，使得造价昂贵，而H-GIS的造价介于AIS和GIS之间。 

相对GIS，H-GIS(或MTS)只将一相断路器、隔离/接地开关、CT等集成为一组模块，整体封闭于充有绝缘气体的容器内，而对发生事故机率极低的母线，则采用常规方式(敞开式)进行布置，也就是说，H-GIS(或MI别是一种不带充气母线的相间空气绝缘的单相GIS，因而，使得现场结构清晰、简洁、紧凑、安装和维护方便、运行可靠性高。相对AIS，MTS将隔离开关和接地开关封闭在充气的壳体内，这样就避免了户外隔离开关经常出现的瓷瓶断裂、操作失灵、导电回路过热、腐蚀等4大问题。又由于隔离开关与接地开关合一简化了结构，大大缩小了尺寸。这种三工位隔离开关与接地开关，不存在常规隔离开关与接地开关间各种可能的误操作，因此可省略他们之间的电气操作联锁，使运行的可靠性大大提高。 

对于变电站来说，H-GIS的优势在于：

(1)MTS开关设备完全解决了户外隔离开关运行可靠性问题。同时由于各元件组合，大大减少了对地绝缘套管和支柱数(仅为常规设备的30~50%)。这也减少了绝缘支柱因污染造成对地闪络的概率，有助于提高运行的可靠性；

(2)由于元件组合，缩短了设备间接线距离，节省了各设备的布置尺寸。相对于传统的AIS，大大缩小了高压设备纵向布置尺寸，减少占地面积达40~60%；

(3)由于采用在制造厂预制式整体组装调试、模块化整体运输和现场施工安装的方式，现场施工安装更为简单、方便。同时减少了变电站支架、钢材需用量。又由于基础小，工程量少，混凝土用量少，大大减少了基础工作和费用开支；

(4)由于MTS模块化，非常灵活，特别适用于老式变电站的改造。MTS正是适应欧洲50年代和60年代老电站需要改造而兴起。MTS减少了老变电站升级改造的施工难度和投资规模，同时提高了可靠性。 

国内三家大型企业(西开电气、平高集团和新沈高)正在积极研制1100kVGIS和H-GIS(MTS)。 

高压等级越高，越能显示出H-GIS的优势。根据广东的经验，H-GIS相比GIS具有明显的价格优势。如550kV一间隔设备费用约为720万美元(2002年到岸价)，而H-GIS一间隔约为183万美元(横沥站2002年DDV价)，约为GIS一间隔价格的1/4，同时GIS扩建麻烦，而H-GIS不带母线，分相布置，当一相断路器需维护或扩建时，只需断开与三相母线的连接线，因此H-GIS相比GIS占有价格低和扩建维修的优势。H-GIS与AIS相比，H-GIS综合费用比AIS虽贵些，但它的技术经济指标优越，特别减少了套管数量(约为AIS的50%)，支柱绝缘子数(约为其20%)，设备支架数(为其209b)，占地面积(为其60%)，安装工作量(为其50%)，维护工作量(为其20%)等。 

550kVMTS在国外都有生产和使用。国外以日本为例，三菱和东芝都在生产MTS产品。三菱550kVMTS从1973年开始已有19座变电站在运行，已有194台供货记录。1979年日本关西电力公司的500kV西播变电站技运10间隔550kV/4000A/5。KA的MTS，运行没有发生任何问题。1987年日本东京电力公司的500kV的变电站，扩建的5号主变电站工程选用Mm以来，没有发生任何故障。2004年、2005年国家电网公司和南方电网公司又在多个500kV变电站选用了MFTS开关设备。我国即将开工建设的1000kV特高压输变电试验示范工程，其中有的变电站将选用1100kV MIS。 

我国现运行的550kVMTS设备中已有三菱、东芝和西开电气产品。2001年西开ZHW-550型产品在福建水口电厂投运 。2100433B

HGIS的结构与GIS基本相同，但它不包括母线设备。其优点是母线不装于SF6气室，是外露的，因而接线清晰、简洁、紧凑，安装及维护检修方便，运行可靠性高 。

插图：

第一章 数字化组合电器HGIS概述

第一节 电力行业的新装备——高压组合电器HGIS

本书以高压组合电器（HGIS）在数字化变电站的应用为主线，系统的介绍了HGIS的技术优势、特点、安装及数字化变电站等内容。

在电力行业，传统的空气绝缘（一般指瓷柱式开关、隔离开关、电压互感器、电流互感器等设备）产品经历了从多油开关产品到少油开关产品，从少油开关产品到SF6开关产品。现在电力系统广泛使用的sF6瓷柱开关及其隔离开关、互感器等单体的电器产品已经不适合电网发展对可靠性指标的要求，新一代的高压电器正在快速向SF6高压组合电器产品方向发展，相应的代替产品行业内称之为HGIS。

2002年12月，国家电网公司召开了HGIS在变电站建设和技术改造中的应用技术研讨会，电力行业气体绝缘金属封闭电器标准化技术委员会也于2003年3月2日召开了新型高压组合电器在中国电力系统应用的可行性的研讨会，当时的会议纪要指出：“HGIS是一种将断路器、隔离开关/接地开关、数字式光电组合电流电压传感器等组合在一个SF6气体封闭罐内，通过绝缘套管和变电站的出线及母线相连接的新型户外高压组合电器。HGIS结构比较灵活，可根据使用单位的需要方便地进行组合，特别适合于变电站的改造。与敞开式相比，其结构紧凑、占地面积少，安装维护方便，成套性强，可靠性高，适应范围广。尤其是采用数字化的二次监控系统将会更好地满足变电站的智能化和自动化的要求。目前，在电力系统中已得到愈来愈多的应用。这种新型高压组合电器为变电站的设计、建设和设备选型开辟了一条新的思路。”

序

前言

第一章 数字化组合电器HGIS概述

第一节 电力行业的新装备——高压组合电器HGIS

第二节 数字化组合电器HGIS的主要特点

第三节 HGIS对变电站设计与运行传统概念的影响

第四节 HGIS专用电子式互感器

第五节 HGIS开关状态监测系统

第二章 数字化变电站的优势

第一节 数字化变电站概述

第二节 数字化变电站研究应用现状

第三节 数字化变电站的建设方案

第三章 数字化组合电器HGIS在变电站的应用实例

第一节 数字化变电站工程初步设计文件

第二节 数字化变电站工程招标文件

第三节 数字化变电站系统

第四节 数字化变电站工程典型应用方案

第四章 设备的交接试验

第一节 HGIS试验

第二节 电子式电流互感器试验

第三节 电子式电压互感器试验

第四节 数字化变电站综合自动化系统的试验和调试

第五章 设备运行维护说明

第一节 HGIS组合电器安装、使用、维护

第二节 电子式互感器运行规程

第三节 智能控制柜运行规程

第四节 数字化变电站监控系统运行规程

第五节 数字化变电站继电保护及自动装置运行规程

第六章 典型工程实例及其经济分析——河南洛阳110kv金谷园数字化变电站项目

附录1 HGIS设备基础图（一）

附录2 HGIS设备基础图（二）

附录3 HGIS设备外形图（一）

附录4 HGIS设备外形图（二）

附录5 电气一次主接线图

附录6 电气总平面布置图

附录7 HGIS光缆电缆示意图

附录8 数字化变电站工程典型应用方案图

参考文献

HGIS与数字化变电站内容简介

《HGIS与数字化变电站》由中国电力出版社出版。

HGIS与数字化变电站作者简介

包红旗，出生于1958年6月，1982年毕业于合肥工业大学电力自动化专业，长期从事电力生产管理、电网调度等技术、科研工作，曾任电力公司生产部主任、调度局总工程师、中国电力科学院供用电研究所副所长等职务，发表相关论文和专业书籍30多篇。现任中电新源集团公司总裁。