2 800 kV GIS设计
2.1 基本结构及技术规范
750 kV输变电示范工程中官亭变电站800 kV GIS布置图及现场图如图1所示，其主要技术规范见表1。
图1 官亭变电站800 kV GIS
表1 800 kV GIS主要技术规范
项 目
参 数
额定电压/kV
800
额定频率/Hz
50
额定绝
缘水平
/kV
1 min工频耐受
电压（有效值）
相对地
830
断口间
1 150
雷电冲击耐受
电压（峰值）
相对地
2 100
断口间
2 100+（460）
操作冲击耐受
电压（峰值）
相对地
1 550
断口间
1 300+（650）
续表
项 目
参 数
额定电流/A
主母线
5 000
断路器、隔离开关
8 000
其 他
4 000/2 000
额定短时耐受电流/kA
50
额定短路持续时间/s
2
额定峰值耐受电流/kA
125
断路器每极断口数
2
断路器额定短路开断电流/kA
50
断路器额定短路关合电流（峰值）/kA
125
断路器额定开断时间/ms
≤40
断路器操动机构型式
液压
2.2 示范工程中800 kV GIS布置方式的确定
GIS的布置主要以断路器为主体展开，800 kV GIS断路器的布置主要有一字型布置、单列布置、单列斜连布置3种方式，而单列斜连布置又可分成2种方式，即共有4种布置方式。具体布置方案见图2。
图2 800 kV GIS断路器布置方式
2.2.1 各布置方案尺寸比较
800 kV GIS各布置方案尺寸比较见表2。
表2 800 kV GIS各布置方案尺寸比较
布置尺寸
方案1
方案2
方案3
方案4
GIS布置面积
(长×宽)/m×m
61.4×19.0
42.0×33.5
48.0×29.5
54.0×33.5
GIS布置面 积比率/%
100
120.6
121.4
155.1
母线高度上限/m
4.7
2.7
8.2
2.7
2.2.2 各布置方案部件数量比较
800 kV GIS各布置方案部件数量比较见表3。
表3 800 kV GIS各布置方案部件数量比较
部件名称
方案1
方案2
方案3
方案4
断路器/组
3
3
3
3
电流互感器/组
6
6
6
6
隔离开关/组
8
8
8
8
快速接地开关/组
1
1
1
1
维修接地开关/组
9
9
9
9
伸缩节/个
6
24
15
24
断路器之间的母线/m
36
148
243
298
2.2.3 各布置方案的特点
(1) 方案1。布置面积最小；宽度最窄，便于GIS安装和维护（使用吊车方便）；进出线方向多样化；断路器之间的联结母线最短，经济性最高；长度最长。
(2) 方案2。宽度比较长，长度比较短，安装和维护时需要更大起吊质量的吊车；比方案1需要更多的伸缩节；主母线和基础表面的距离短，需要设置横跨主母线的工作台；进出线方向相同时，考虑到铁塔和主母线之间的允许距离，分支母线会变长。
(3) 方案3。需要拆断路器时，只能调整断路器方向或拆部分联结母线，维修不便；比方案1需要更多的伸缩节；联结母线与基础表面之间的距离长，需要加强支撑件，经济性不高；进出线方向多样化。
(4) 方案4。比方案1需要更多的伸缩节；断路器之间的联结母线长；进出线方向多样化；主母线和基础表面之间的距离短，需要设置横跨主母线的工作台。
从以上4种布置方案的比较可以看出，方案1在布置面积、使用部件的数量和特点等方面都是最优设计，故西北电网750
kV输变电示范工程全部采用了方案1的一字型的布置方式。
2.3 基于计算机分析的最优设计
使用多种计算分析方法用来验证GIS的可靠性，如母线绝缘结构计算分析、断路器电场分析、断路器开断小电流后断口间介质恢复特性分析和绝缘件机械应力分析等。
2.3.1 母线绝缘结构计算分析
800 kV母线由罐体、导体、盆式绝缘子和支持绝缘子4大部分组成，该母线的关键件是盆式绝缘子和支持绝缘子。
(1) 盆式绝缘子电场分布计算。由于该母线除支持绝缘子外的结构全部具有轴对称的特点，所以本计算采用平面分析方法，将其轴截面的一半作为研究对象。由电场计算结果得盆式绝缘子电场强度矢量图见图3，其最大场强E=230.7
kV/cm。
(2) 支持绝缘子电场分布计算。对支持绝缘子的电场计算作严格二维近似法。由电场计算结果得支持绝缘子电场强度矢量图见图4，其最大场强E=160.1
kV/cm。
图3 盆式绝缘子电场强度矢量图
图4 支持绝缘子电场强度矢量图
800 kV母线SF6气体的额定压力P=0.6 MPa(20 ℃的表压)，根据SF6气隙的工程击穿场强下限值公式［1］：
1 min工频耐受电压E工频=65×（10P）0.73=243
kV/cm
雷电冲击耐受电压E雷电=75×（10P）0.75=287
kV/cm
操作冲击耐受电压E操作=68×（10P）0.73=251
kV/cm
可见,盆式绝缘子和支持绝缘子电场强度最大值均小于以上各值，所以该母线绝缘结构是安全可靠的。
2.3.2 断路器电场分析
断路器电场分析是运用专业程序软件对断路器处于合闸位置及分闸位置时的绝缘性能进行验证。断路器处于合闸位置、分闸位置时所对应的导体与接地罐之间、断口间的电场分析结果见图5。运用三维电场分析方法可精确估计断路器断口间的绝缘性能，其电场分析结果见图6。
图5 断路器电场分析结果
图6 断路器的断口三维电场分析结果
2.3.3 断路器断口间介质恢复特性
用于超高压系统中的断路器，在开断电容性小电流和短路大电流时非常困难，有可能开断失败。在容性小电流开断试验中，进行断路器断口间的气流场分析及电场分析，用以估算断口间介质恢复特性。对于800
kV 断路器的断口间介质恢复特性，考虑到超程的影响，通常通过气体密度的变化及电场分析的结果来进行计算，如图7所示。
图7 断路器断口间介质恢复特性
从图7可以看出，如果动触头的平均分闸速度达到12 m/s以上，那么开断小电流将不存在问题。因此，断路器在最小操作压力下的平均分闸速度被调整为大约12.5
m/s。
2.3.4 绝缘件机械应力分析
机械应力和变形分析用于估算固体绝缘子支持导体的机械特性和机械强度，绝缘拉杆被操动力所拉时的应力分析结果如图8所示。该绝缘拉杆是由玻璃纤维增强塑料（FRP）材料制成的，用于连接操动断路器。
图8 GIS绝缘件机械应力和变形分析
3 800 kV GIS的主要特点
4 结束语
5 参考文献
