GIS的前世今生

发布时间：

2025-03-10

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GIS在世界各地有不同的名称，在美国叫Gas Insulated Substation，因为美国电气电子工程师协会（IEEE）把GIS放在他们变电站（Substation）专委会，IEEE在1988年发布了IEEE C37.122标准的第一版“Gas-insulated Substations”，后来就一直叫这个名字没有变过。
GIS在欧洲经历了两个发展阶段，1969年IEC发布了IEC 298号出版物“A.C. metal-enclosed switchgear and controlgear”，1975年IEC发布的第一版IEC 517 "High-voltage metal-enclosed switchgear for rated voltages of 72.5kV and above"中还没有气体绝缘的概念，只有金属封闭的概念。1986年出版了IEC 517的第二版"Gas-insulated metal-enclosed switchgear for rated voltages of 72.5kV and above"，开始把气体绝缘的概念放进去了，1990年出版了第三版，到了1998年IEC TC 17的SC 17A和SC 17C决定整合开关设备的标准编号，把高压开关的标准全部纳入IEC 62271体系，之后于2003年出版了IEC 62271-203的第一版"Gas-insulated metal-enclosed switchgear for rated voltages of 72.5kV and above"。所以IEC是在1986年把标准名称确定为气体绝缘开关设备。
GIS在中国也经历了两个发展阶段，一开始有两种叫法，第一种是“六氟化硫封闭式组合电器 ”，是国家标准GB 7674-1987《六氟化硫封闭式组合电器》定义的，第二种是“气体绝缘封闭电器”，是能源部标准SD 290-88《气体绝缘封闭电器技术条件》定义的。1997年GB 7674发布第二版的时侯把“六氟化硫封闭式组合电器”改成“气体绝缘金属封闭开关设备”了，同年电力工业部发布的DL 617-1997《气体绝缘金属封闭开关设备技术条件》也把“气体绝缘封闭电器”这个定义改成“气体绝缘金属封闭开关设备”了，所以1997年是中国GIS名称的分界线，后面的正式名称都应该是“气体绝缘金属封闭开关设备”，但是还是有一些单位和个人在用“六氟化硫封闭式组合电器”这个名字。 “组合电器”这个名称有一定的逻辑，因为这种开关设备是由多种元件组合起来的，跟中低压的开关板（switch panel）有点类似，开关板是开关柜的前身，最早的开关设备的确是装在木板上的，用今天的眼光来看这些用电设备是很不安全的，这么多带电部件都裸露在外，于是就发展出了金属封闭的概念，把开关元件封闭在接地的金属外壳中，于是就有了金属封闭（或金属铠装）开关设备。
独立的金属铠装开关（Ironclad switchgear）在咱们中国叫铁壳开关。把多个金属铠装开关元件、互感器和表计组合在一起，就成了最早的金属铠装式开关设备。后来人们觉得这么多金属盒子管理起来很麻烦，于是就有了开关柜的概念，把所有的元器件都放在一个柜子里，用一个大的的金属柜子实现多个元件的防护。随着更高电压等级被用于电力系统，开关设备的电压等级也提高到72.5kV到170kV，高压断路器也从多油技术提升到少油技术，到了1966年，COQ公司已经制造出170kV压缩空气的金属封闭开关设备了。西门子公司于1968年推出SF6 GIS，SF6 GIS体积更小，成本更低，很快成为市场主流技术。COQ公司的170kV压缩空气GIS总共生产了88个间隔，随后他们也开发了SF6 GIS，有意思的是他们家的420kV GIS就是在170kV压缩空气GIS基础上研发出来的。后来COQ公司并入Holec，然后是VA-TECH，最后并入西门子高压开关。从1968年至今，欧洲有十几家高压开关厂生产过GIS，至今只有西门子还以自己的品牌在运营，其他都被关闭或转让。1997年京都议定书达成，六氟化硫气体被定义为限制使用的气体，开关设备厂家纷纷探索寻找新的替代气体，洁净空气等自然来源的气体被定义为容易得到、容易处理，对环境影响最小的理想替代气体，西门子能源、东芝、明电舍和平高电气都推出了各自的采用自然来源气体的GIS。同时美国3M公司在市场上推介Novec 4710（C4F7N）和Novec 5110（C5F10O）绝缘气体用于高压开关的绝缘和开断，但是2022年12月3M公司宣布将停止生产这两种绝缘气体，令所有应用和准备应用这两种气体的开关设备厂家猝不及防。
这种情况下洁净空气绝缘真空开断技术的GIS成为没有争议的环境友好型高压开关设备（西门子能源命名为Blue GIS）并受到用户广泛的支持，随着挪威 BKK电网公司2020年在卑尔根实现首台运行以来挪威这个145kV Blue GIS站也运行了20个月了世界范围的订单已经达到300多个间隔，中国的国家电网在江苏省电力公司无锡供电公司高巷变电站投入运行已经满一年，南方电网的广州供电公司也即将安装这种高压开关设备。回顾高压金属封闭开关设备100年来从用油、用压缩空气、用六氟化硫走到今天用自然来源的气体，人类从环境、健康和安全三个方面对高压开关做了重新定义，越来越多的用户和制造厂走向自然来源的气体，摒弃人工合成的气体，人类和自然更加和谐友好，这是人类社会的进步。