前言　　高压开关设备一般为空气绝缘开关设备（AIS）、气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）。20世纪90年代后期，世界上出现了一种紧凑型组合式高压开关设备。这种设备综合了敞开式和封闭式开关设备的优势。它将高压元件高度集成，使高压开关设备更加紧凑。目前多数人称其为HGIS，即“半GIS（HalfGIS）”，这与敞开式开关设备相比，把断路器、隔离/接地开关、CT、PT、避雷器等集成为一个模块，大大节省了占地面积，提高了设备可靠性；与GIS设备相比，省略了封闭式母线，大大节省了费用。欧洲当时正处于20世纪50年代和60年代老变电站改造期间，用此设备可节省费用和减少占地面积。因此，欧洲几大公司竟相开发此种产品。包括ABB的PASS型、三菱的MITS型、西门子的HIS型、Alstom的GIM型等。随着HGIS设备使用的升温，我国高压开关制造厂家也应更多关注这种设备，以满足电力部门要求缩小占地面积又节省投资的要求。　　近年，在某些地方受限制不能选用AIS、投资又较紧张不能选用GIS的电站，推广使用HGIS更适合中国国情，能给使用维护带来更多的方便和实惠。HGIS推动组合电器的技术进步迈上新台阶。　　1解决了隔离/接地开关的运行可靠性难题　　在高压输变电设备中，户外高压隔离开关是受环境和气候影响最大的电器设备之一，其运行条件比较恶劣，毫无遮挡地矗立在变电站之中，常年累月受到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、盐雾、污秽和鸟虫等的侵害，容易产生机械或电气方面的故障。随着设备的老化和用电负荷的增加，隔离开关由于年久失修和某些缺陷而引起的停电事故不断发生，而且呈上升趋势，威胁着电力系统的运行安全。因此，我国电力系统中隔离开关运行可靠性问题，越来越引起电力运行部门和设备制造厂家的关注。近年来，根据我国电力系统实际运行统计和调查分析，户外高压隔离开关经常出现的四大问题是瓷瓶断裂、操作失灵、导电回路过热、锈蚀。　　隔离开关导电回路的过热现象主要出现在动静触头的接触部位，其直接原因是暴露在大气中的触头受到沙尘、雨雪、潮气、盐雾及腐蚀性气体的侵蚀，致使接触表面积灰、积垢、锈蚀、生成化合物薄膜，导致接触表面电阻增大，温升过高。根据运行经验，户外隔离开关的工作电流如果达到其额定电流的70，一般会发生过热。当然，针对这些问题，设计时都是经过考虑的，如让触头具有一定自清扫能力以及接触表面镀银或锡。但是，在实际带电运行中还是经受不住考验。　　HGIS采用新型全六氟化硫密封三工位隔离/接地开关，并且使用新型触指，使隔离开关（DS）与接地开关（ES）结构合二为一，动触头公用，变直动操作为转动，且公用一个操动机构。这种新型全密封组合隔离开关的特点是：（1）完全解决了户外高压隔离开关经常出现的四大问题既：瓷瓶断裂、操作失灵、导电回路过热、锈蚀。（2）DS—ES合一，整体结构简化，尺寸显著变小；DS与ES结合的三工位结构，不存在常规DS和ES间各种可能的误操作，因此可省略DS和ES的电气操作联锁，产品运行可靠性因此而显著提高。（3）将DS—ES与母线合一，布置更紧凑，尺寸大大缩小。　　2HGIS使用聚芳酰胺玻璃布管代替复合化盘式绝缘子,使得整体绝缘水平大大提高　　由于复合化绝缘子受残余电荷的影响较严重，当绝缘子上有电荷积累，电场分布发生畸变，绝缘子的绝缘性能受到影响。绝缘子上所带电荷密度大时，绝缘下降，研究表明最大可下降40。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。　　HGIS设计上充分利用了聚芳酰胺玻璃布管机械和绝缘强度都很高的优点，很好地解决了动热稳定和绝缘方面的问题。采用聚芳酰胺玻璃布管材料做绝缘操作杆，使P.GCB绝缘操作杆的重量大幅度下降、机械强度显著提高，其电气和机械性能优于真空浸渍环氧玻璃布管。　　3HGIS具有良好的密封性能和控制SF6气体中水份含量的措施　　HGIS的密封面采用世界先进的金属加工工艺，金属表面即可达到一定的气密程度，加上优质橡胶密封圈，使得HGIS整体密封性能高于国家标准的要求，达到年漏气率0.5的水平。这也是HGIS能够20年基本免维护的可靠保障之一。　　高压开关设备内SF6气体中的水份含量如果超过一定数值将会对设备产生危害。一是外界环境温度急剧变化时，将在绝缘件表面形成凝露，导致绝缘沿面击穿放电。二是水份将与SF6的电弧分解物化合产生低氟酸等腐蚀性物质，严重腐蚀金属和绝缘材料。　　HGIS采取了多方面的措施来控制设备内SF6气体的水份含量。第一，所有零部件装配前进行干燥清洁处理，使材料本身含水量减少到最低程度，并且装配环境符合相关要求；第二，开关内部放置吸附剂（吸附材料主要有活性氧化铝和合成沸石），吸附气体中的水份和SF6分解物；第三，对成品进行充氮气—抽真空处理；第四，整体模块出厂现场安装，避免了户外解体受大气的影响；第五，良好的气密性能，阻止了外部大气中的水份通道。　　4高度净化厂房和严格的管理有效预防内部异物　　HGIS采用SF6气体作为绝缘介质，大幅度地缩小了绝缘距离，实现了开关设备的小型化。但是SF6气体中的电场强度对电极的表面形状极其敏感，材料表面以及气体中悬浮的微小颗粒，都将在一定的电压下导致电场击穿放电。　　非洁净的普通厂房难以避免尘埃等微小颗粒进入设备内部，疏于管理的生产过程有可能由于工人的粗心大意致使异物遗留在壳体内。　　HGIS的模块在高度净化的厂房内进行装配，整个生产过程严格执行工艺流程和工序检查制度。先进的厂房设施和技术装备，严格的管理制度，有效地防止了由于环境条件或人为事故造成设备内部进入异物。　　5选用HGIS的技术经济分析　　HGIS具有高的技术经济指标，在使用性能方面具有与GIS相近的可靠性和维护的简便性；在经济上可使用户受益。以550kV3/2CB接线一串HGIS、GIS、AIS相比，它的产品价格比GIS省53，为AIS的1.5倍。计入地皮费、土方开挖费后，开关站总投资估计比用GIS省45-50，比用AIS贵约30左右，见表一。　　表一、AIS、GIS、HGIS技术经济分析AISGISHGIS开关站占地面积A1B1=0.15A1C1=0.46A1开关设备投资A2B2=3.2A2C2=1.5A2C2=0.47B2计入地价后开关站投资估计A3B3=2.8A3C3=1.30A3C3=0.5-0.55B3对环境污秽的适应性差好好运行可靠性较低高最高　　A1、B1、C1的原始数据:　　A1=160mx17.15m=2744m²,BI=25mx15.6m=390m²,　　CI=73.4mx17.15m=1260m²　　对于252kV的电站，HGIS与同功能的AIS电器相比，能节省地皮55以上，产品价格约为AIS的1.2倍左右。因此，HGIS在252kV电网的使用前景是乐观的。　　结论：　　与常规高压设备相比，紧凑型组合式高压开关设备带来一系列优势：　　（1）新型全密封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既：瓷瓶断裂、操作失灵、导电回路过热、锈蚀。　　由于各电气元件组合，相辅相成，大大减少了对地绝缘套管和支柱数，为常规设备的30-50，这就大大减少了绝缘支柱因污染造成对地闪路的概率，有助于提高运行的可靠性。　　（2）由于各电气元件组合，明显缩短了个设备间连接线距离，节省了各设备的布置尺寸，这些大大缩小了高压设备纵向尺寸，大大减少了占地面积，相比常规设备方案，节省占地面积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，故施工安装简单、方便。有的设备只需在现场进行简单连接电源即可。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）一次设备和二次设备完整成套。二次设备趋于智能化、数字化和微机化。PASS、HIS、MITS等都属智能化开关设备。为变电站的一体化建设奠定了很好的平台。　　参考资料　　1、黎斌《SF6高压电器设计》机械工业出版社　　2、李建基《高压开关设备实用技术》中国电力出版社　　3、陈伟根《电气设备绝缘的状态检修技术》重庆大学高电压与电工新技术教育部重点实验室　　4、朱宝林《SF6断路器技能考核培训教材》中国电力出版社　　5、简诏群、吕文生编著吴植榛整理《高压电维修实务工程》机械工业出版社　　作者简介　　包红旗（1958），男，电气高级工程师，1982年毕业于合肥工业大学，长期从事电力系统技术工作。中电（北京）高压电力设备有限公司总经理、总工程师。