一套綜合性強且便於不同專業理解的《智能變電站實用技術叢書》

智能變電站是實現堅強智能電網建設發展的重要組成部分，它涉及多學科理論和多領域技術。為加快智能變電站實用
技術的推廣，有必要編寫一套綜合性強且便於不同專業理解的《智能變電站實用技術叢書》。該叢書對智能變電站一、二次
設備的基本原理、關鍵技術、工程應用、試驗調試、運維檢修等內容進行了繫統性闡述與經驗總結，凝聚了編寫單位及人
員在智能變電站實用技術研究與實踐方面的成果與心得，以期對智能變電站推廣建設起到一定的促進作用。
本書為《智能變電站實用技術叢書 智能高壓開關設備分冊》，共分為4 章，包括概述、集成式隔離斷路器、智能GIS、展
望，並以設備整體結構、特點、分類、應用效果、關鍵技術、工程方案、檢測調試、運維檢修為重點繫統介紹了智能變電站高
壓開關類設備的整體情況，對推動我國智能變電站一次智能設備的理論研究、技術應用和工程建設具有重要的參考價值。
本書可供從事高壓開關類設備等領域的研究、設計人員閱讀，也可供高等院校相關專業的師生參考。

主編宋璇坤。作者繫國家電網公司科技領軍人纔，享受政府特殊津貼，國家電網公司輸變電工程設計領域和電網規劃領域專家，曾擔任能源局特高壓示範工程專家組專家、電機工程學會運行與控制標委會和繼電保護標委會委員。作為項目負責人所完成的“國家電網總體規劃設計”項目2010年獲得國家電網公司科技進步特等獎，獲得1998年獲國家科技進步獎二等獎，此外曾獲多項省部科技進步獎項；申請專利8項，發表論文20餘篇，出版科技專著1部，典型設計手冊2部，翻譯科技專著1部。編寫組由11個設備制造商、14家電力運行、科研和設計單位30餘名專家組成。審核組由國內知名高校、科研院所、省市電力公司的20餘名專家組成。

序
前言
第1章 概述 · 1
1.1 智能變電站簡述 1
1.1.1 智能變電站技術特征 2
1.1.2 智能變電站發展需求 3
1.2 高壓開關設備的組成及發展趨勢 4
1.2.1 高壓開關設備的基本組成 4
1.2.2 傳統電網對高壓開關設備的要求 4
1.2.3 高壓開關設備的發展趨勢 5
1.3 智能高壓開關設備的組成及特點 7
1.3.1 智能高壓開關設備的基本組成 7
1.3.2 智能高壓開關設備的技術特點 10
1.3.3 智能高壓開關設備分合閘選相技術 13
1.4 智能高壓開關設備的技術現狀 15
1.4.1 關鍵技術 15
1.4.2 電子式互感器 16
1.4.3 集成式隔離斷路器 19
1.4.4 智能GIS 20
1.4.5 應用情況 21
第2章 集成式隔離斷路器 23
2.1 集成式隔離斷路器簡介 23
2.1.1 發展歷史 23
2.1.2 設備特點 25
2.1.3 設備分類 26
2.1.4 應用效果 27
2.2 集成式隔離斷路器的結構與關鍵技術 28
2.2.1 整體結構 29
2.2.2 隔離斷路器本體 32
2.2.3 集成電子式電流互感器 40
2.2.4 集成接地開關 46
2.2.5 智能組件 47
2.3 集成式隔離斷路器工程應用方案 54
2.3.1 主接線設計方案 54
2.3.2 技術參數及設備選型 57
2.3.3 配電裝置布置方案 59
2.3.4 電氣主接線可靠性分析 71
2.3.5 經濟性分析 74
2.4 集成式隔離斷路器試驗與調試 77
2.4.1 型式試驗 80
2.4.2 出廠試驗 87
2.4.3 交接試驗 94
2.4.4 檢修試驗 98
2.5 集成式隔離斷路器運維與檢修 102
2.5.1 與傳統運維的區別 102
2.5.2 倒閘操作 103
2.5.3 設備巡視與維護 106
2.5.4 狀態評價 108
2.5.5 設備檢修 110
第3章 智能GIS 116
3.1 智能GIS 的簡介 116
3.1.1 發展歷史 116
3.1.2 設備特點 118
3.1.3 設備分類 120
3.1.4 應用效果 120
3.2 智能GIS 的結構與關鍵技術 121
3.2件組成與結構 121
3.2.2 斷路器 121
3.2.3 隔離開關和接地開關 125
3.2.4 電子式互感器 132
3.2.5 避雷器 136
3.2.6件 137
3.2.7 盆式絕緣子 138
3.2.8 母線及其伸縮節 139
3.2.9 智能控制櫃 143
3.2.10 智能GIS 的關鍵技術 143
3.3 智能GIS 工程應用方案 167
3.3.1 主接線設計方案 167
3.3.2 技術參數及設備選型 167
3.3.3 GIS 的布置方式 170
3.3.4 GIS 組件配置要求 172
3.3.5 智能組件配置方案 174
3.4 智能GIS 試驗與調試 176
3.4.1 型式試驗 176
3.4.2 出廠試驗 186
3.4.3 交接試驗 187
3.4.4 檢修試驗 189
3.4.5 整體聯調 190
3.5 智能GIS 運維與檢修 191
3.5.1 設備操作 191
3.5.2 設備巡視與維護 192
3.5.3 狀態評價 196
3.5.4 設備檢修 197
第4章 展望 200
4.1 一、二次設備深度融合的智能機構 200
4.2 基於大數據的高壓開關設備專家診斷技術 201
4.3 基於電力電子器件的高壓直流快速開斷技術 202
4.4 超高壓真空斷路器及環保絕緣氣體高壓開關設備 203
附錄A 集成式隔離斷路器技術參數表 205
附錄B 智能GIS 技術參數表 211
附錄C 引用技術標準表 226
附錄D 縮略語 229
參考文獻 230
索引 233

前 言
智能電網是傳統電網與現代傳感測量技術、通信技術、計算機技術、控制技術、新
材料技術高度融合而形成的新一代電力繫統。變電站是電網的基礎節點，是重要的參量
采集點和管控執行點，因此變電站智能化是建設智能電網的重要環節。近年來，我國智
能變電站的建設穩步推進，相應技術不斷發展，智能變電站采用可靠、經濟、集成、環
保的設計理念，以全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化、繫統功能集成
化、結構設計緊湊化、高壓設備智能化和運行狀態可視化等技術特征為基礎，支持電網
實時在線分析和控制決策，進而提高電網整體的運行可靠性與經濟性。2009 年開始，國
家電網有限公司先後啟動了兩批智能變電站的試點工程建設，覆蓋66～750kV 電壓等級，
2011 年國家電網有限公司新建智能變電站由試點建設轉入全面建設階段，2013 年開始又
先後啟動了三批新一代智能變電站示範工程建設，標志著我國智能變電站發展進入高速
階段。截至2017 年年底，共建成投運新建智能變電站4900 座，預計到2020 年，國家電
網有限公司新建智能變電站將達到8000 餘座。智能變電站的設計與建設提高了大電網運
行穩定性及控制靈活性，增強了變電站與電網協同互動能力，進一步提升了我國變電站
建設與裝備研制水平。
變電站的基本構成包括一次繫統、二次繫統、輔助繫統。一次繫統包括電氣主接線、
配電裝置、主設備，其中主設備包括電力變壓器、斷路器、隔離開關、互感器、無功補
償設備、避雷器、氣體絕緣金屬封閉開關設備（Gas Insulated Switchgear，GIS）組合電
器、開關櫃等，主接線是主設備的功能組合，配電裝置是主設備在場地的空間布置。二
次繫統包括繼電保護繫統、變電站計算機監控繫統、故障記錄分析繫統、時鐘同步繫統、
計量繫統等。輔助繫統包括站用交直流電源繫統、視頻監控繫統、火災報警及消防繫統、
防盜保衛繫統、環境監測繫統等。為總結、梳理、深化、推介智能變電站中各類智能設
備、繫統的選型、設計、運維、調試等實用化技術知識，本套叢書選擇了智能變電站內
具有代表性的集成式隔離斷路器、智能氣體絕緣金屬封閉開關設備（智能GIS）、電子式
互感器、層次化保護控制繫統、過程層智能終端、變電站時鐘同步對時繫統、
智能變壓器、智能中壓開關櫃、預制艙式組合設備等典型智能設備/繫統，分別闡述了各
個設備/繫統的原理結構、關鍵技術、工程應用、試驗調試、運維檢修，供讀者有針對性
地使用。
本書為《智能變電站實用技術叢書 智能高壓開關設備分冊》。隨著信息技術、新型
材料的不斷進步，以高壓斷路器以及氣體絕緣金屬封閉開關（GIS）為代表的高壓開關
設備智能化程度不斷提升，使電網供電可靠性提高、監測能力增強、故障後恢復供電速
度加快、運行維護更加經濟便捷，並能及時、有效、自動地完成各種功能控制。集成式
隔離斷路器、智能GIS 是智能高壓開關設備的典型代表。其中集成式隔離斷路器實現了
斷路器、隔離開關、接地開關、電流互感器等傳統設備的高度集成，具有智能化操作、
一體化運行、便捷化維護等特點，代表著戶外空氣絕緣開關（Air Insulated Switchgear，
AIS）高壓開關設備技術發展趨勢；智能GIS 結合了傳統GIS 設備與先進的傳感器及智
能組件，能夠實現開關設備的智能化控制、運行及狀態評估等功能，在安全、可靠、高
效運行的基礎上，為電網提供了更加豐富的數字化信息。本書以智能變電站研究、設計、
建設、運維階段的工作成果為基礎，對兩種開關設備的功能結構、關鍵技術、工程方案、
試驗檢測、運行維護等內容進行了較為詳細的闡述和分析，力求通過給出豐富全面的設
備信息及典型應用實例，為讀者提供有益參考。
全書共分4 章，第1 章介紹了高壓開關設備的發展趨勢、基本組成、技術特點、應
用現狀等，闡述了智能電網新形勢下對高壓開關設備的發展要求；第2 章詳細介紹了集
成式隔離斷路器的發展歷程、基本結構、關鍵技術、工程應用、試驗調試、運維檢修等，
通過與傳統斷路器對比分析，說明了集成式隔離斷路器的結構設計特點，闡述了其在可
靠性、經濟性方面的優勢，以及在試驗調試、運維檢修等方面的特殊要求；第3 章介紹
了智能GIS 的發展歷史、基本結構、關鍵技術、工程應用、試驗調試、運維檢修等，突
出其在集成化、數字化、智能化方面的技術革新，並對智能GIS 調試、運維和檢修方面
的技術要求進行詳細說明；第4 章展望了未來智能高壓開關設備技術發展路線，指出智
能機構、專家診斷繫統、固態電力電子開關、超高壓真空斷路器、環保氣體絕緣高壓開
關等未來技術發展。
本書突出實用技術，編著過程中力求由淺入深、簡明扼要地介紹智能高壓開關設備
的原理及現場應用的相關知識。本書主要為從事智能變電站研究、設計、調試、運行的
人員提供實用技術知識，也可為廣大高校和科研人員提供參考。
本書由國網經濟技術研究院有限公司組織編寫，國網湖北省電力有限公司、中國能源
建設集團遼寧電力勘測設計院有限公司、平高集團有限公司、北京ABB 高壓開關設備有
限公司、西安西電高壓開關有限責任公司、山東泰開高壓開關有限公司、國網河南省電力
公司等單位參與編寫，並得到了國家電網有限公司的大力支持，在此表示由衷的感謝。
由於編者水平有限，書中難免存在不妥之處，敬請讀者諒解並提出寶貴意見。
編 者
2018 年12 月