HGIS開關

HGIS

HGIS（Hybrid Gas Insulated Switchgear)是一種介于GIS和AIS之間的新型高壓開

關設備。HGIS的結構與GIS基本相同，但它不包括母線設備。其優點是母線不裝于SF6

氣室，是外露的，因而接線清晰、簡潔、緊湊，安裝及維護檢修方便，運行可靠性高。

隨著電網規模的不斷擴大，超高壓變電站大量增加。由于環境和占地的壓力，我

國超高壓500kV變電站的主設備的選型就非常重要。目前，我國500kV超高壓開關主

要有兩大類：氣體絕緣金屬全封閉開關設備GIS和常規敞開式開關設備AIS。GIS具有

占地少，運行可靠性高，抗污穢及抗震能力強等特點，但其價格昂貴，故障后短時間

難以修復且擴建困難。AIS比GIS價格便宜，但占地面積很大且帶電部分外露較多，

限制了在變電站面積狹小且環境條件惡劣的地方應用。

HGIS

高壓開關設備一般為空氣絕緣開關設備（AIS）、氣體絕緣金屬封閉開關設備（GIS）。20

世紀90年代后期，世界上出現了一種緊湊型組合式高壓開關設備。這種設備綜合了敞開式和封閉

式開關設備的優勢。它將高壓元件高度集成，使高壓開關設備更加緊湊。目前多數人稱其為HGI

S，即“半GIS（Half GIS）”，這與敞開式開關設備相比，把斷路器、隔離/接地開關、CT、PT、

避雷器等集成為一個模塊，大大節省了占地面積，提高了設備可靠性；與GIS設備相比，省略了

封閉式母線，大大節省了費用。歐洲當時正處于20世紀50年代和60年代老變電站改造期間，

用此設備可節省費用和減少占地面積。因此，歐洲幾大公司竟相開發此種產品。包括ABB的PA

SS型、三菱的MITS型、西門子的HIS型、Alstom的GIM型等。隨著HGIS設備使用的升溫，

我國高壓開關制造廠家也應更多關注這種設備，以滿足電力部門要求縮小占地面積又節省投資的

要求。

近年，在某些地方受限制不能選用AIS、投資又較緊張不能選用GIS的電站，推廣使用HGI

S更適合中國國情，能給使用維護帶來更多的方便和實惠。HGIS推動組合電器的技術進步邁上新

臺階。

HGIS領引高壓組合電器的新時代

HGIS 是將斷路器、隔離/接地開關、電流/電壓互感器等輸變電所需元件密封在由氣

體絕緣的金屬外殼內的一種新型的高壓組合電器。它汲取了GIS絕緣、密封件多、安裝維護

工作量大等問題，采用一系列相關領域的高新技術，其產品特點是：結構緊湊、靈活機動、

占地面積小、安裝方便、運行可靠、免維護。HGIS將代替常規瓷柱式AIS高壓電器成為今

后高壓電器的主流產品已經在行內形成廣泛的共識。

1、HGIS組合電器的優勢

（1）HGIS具有較高的技術經濟指標，在使用性能方面具有與GIS相近的可靠性和維護

的簡便性；在經濟上可使用戶受益。

以550kV 3/2CB接線一串、GIS、AIS相比，它的產品價格比GIS省53%，為AIS

的1.5倍。計入地皮費、土方開挖費后，開關站總投資估計比用GIS省45%-50%，比用AIS

貴約30%左右，見表五。

表 五

AIS GIS

開關站占地面積 A1 B1=0.15A1 C1=0.46A1

開關設備投資 A2 B2=3.2A2

C2=0.47B2

計入地價后開關站投資估計 A3 B3=2.8A3

對環境污穢的適應性 差 好 好

運行可靠性 較低 高 最高

A1、B1、C1的原始數據:

A1=160m x 17.15m=2744m, BI=25m x 15.6m=390m,

22

C3=0.5-0.55B3

C3=1.30A3

C2=1.5A2

CI=73.4m x 17.15m=1260m

2

（2）由于采用在制造廠預制式整體組裝調試、模塊化整體運輸和現場施工安裝，故施

工安裝簡單、方便。設備只需在現場進行簡單連接即可。同時減少了變電站支架、鋼材需用

量。又由于基礎小，工程量少，混凝土用量少，大大減少了基礎工作和費用開支。

（3）一次設備和二次設備完整成套。二次設備趨于智能化、數字化和微機化為變電站

的數字化建設奠定了很好的平臺。如ABB公司最初推出的PASS就屬智能化開關設備。

（4）故障處理快捷。GIS是把整個變電站的一次設備包括斷路器、避雷器及母線等集

成在SF氣體的密封罐體內中,集成度很高。然而由于集成度過高，也會帶來不利的因素。一

6

旦有一個斷路器出問題，那么整個變電站都要停電，擴大了停電范圍，損失比較大。另外，

由于其將所有的電氣設備放在一個氣室中，相應的就增加了事故的隱患。如：常見的漏氣問

題，由于范圍較大，很難查出故障點，增加了停電檢修的難度、延長了停電的時間。而HGI

S是把一相斷路器加隔離開關和接地開關作為一個模塊放在SF密封艙中，每一相有獨立的

6

外殼，其可靠性和靈活性較高。與GIS不同，對HGIS來說如果某一相有問題就更換那一相，

縮小了停電范圍和檢修時間。

2、HGIS組合電器與AIS和GIS相比，見表六。

表 六

項目 GIS變電站 HGIS/ PASS AIS變電站

占地面積 最 小 較 小 最 大

維護工作量 最 小 最 小 最 大

土建基礎工作量 最 大 最 小 較 小

對地質的要求 最 高 較 小 較 高

可靠性 較 高 最 高 不 高

施工難度 最 大 最 小 較 大

施工時間 最 長 最 小 較 長

檢修難度 最 大 最 小 較 大

投資成本 最 大 較 小 最 小

運行成本 較 小 較 小 較 大

HGIS劣勢主要體現為占地面積較GIS大，這主要是由于母線外露所致，但是如果母線

封閉，那就成為實際意義的GIS產品了。中電新源已經開發出DCB型GIS產品，這種GIS產

品將推動組合電器產品新一輪技術進步。

目前中電新源與南自、南瑞等電力自動化廠家合作已經開發出多種數字化的高壓HGIS產

品，并在國內多個變電站投入使用。數字化HGIS設備已經在國內逐步推廣使用，它是帶動

智能電網發展的基礎，國家相關部門已經把數字化HGIS電網設備的發展例為帶動經濟發展

的重要因素之一。

該類產品廠家主要為國外公司，主要為ABB（PASS） 、西門子（HIS）、三菱（MITS）、

東芝（GID）、 阿海法（GIM）等，主要生產 750KV、500KV、330KV 等高電壓HGIS。110KV

HGIS制造商：主要是ABB （PASS）、西門子（HIS）。但是國外進口產品的價格和服務不能

滿足中國市場的需求，以ABB公司產品為例說明此類情況：1、ABB公司生產PASS的工廠在意

大利，當地材料成本和人力資源成本遠高于中國，再者由于運輸費用連年遞增目前已經接近

價格的7%，因此，進口產品的價格過于昂貴，比在中國生產同樣品質的產品，估計其成本

會高出30-40%；2、由于運輸和報關總計時間一般為45天，生產周期一般為3個月，加上1

5天的國內運輸周轉和調試時間，使得ABB公司的PASS一般供貨周期為不少于5個月，時間

長于國內3個月的定貨周期；3、國內至今沒有PASS的零件供應商，一旦有個別零件需要更

換就必須從意大利進口，需要運輸和報關的時間，就是空運一般也需要至少10天時間，這

讓很多國內客戶不能接受，國內用戶一般要求廠家在24內處理好一般故障。同時由于電力

行業是國家的戰略性行業，國產產品的使用占比必將提高，這些都將提高公司產品的競爭力。

表七 主要電力設備生產周期情況

產品 550KV 220KV~110 KV

開關設備 4-6個月 3個月左右

GIS產品完全代替傳統空氣絕緣設備存在以下困難：

一是GIS產品由于封閉母線的存在，不能實現完全的工廠化制造，GIS產品需要在變電

站現場進行密封，除潮，抽真空，充氣，機構的組裝調試等諸多的工作，實際上是現場制造

出來的設備，其生產質量受到現場環境的嚴重影響，品質絕對無法和在凈化車間生產出來的

高壓產品相齊并論；

二是GIS產品綜合價格遠高于HGIS產品，使得從投資的角度也是不可性的。而HGIS產

品的綜合價格基本上和傳統氣體絕緣設備持平，而性能價格比大為提高；

三是GIS產品由于設計理念方面的原因，無法實現現場設備的故障快速更換，一旦其中

一個間隔出現故障多臺相臨設備必須同時停電退出運行，而這樣的情況在正常的電力系統中

是相當困難的一件事，這會直接影響電力系統的安全可靠運行；

四是只有在環境要求不能有帶電母線外露的變電站，才不得不使用GIS,同時GIS主要

以小型化,占地少,免維護為追求目標,但價格昂貴,更適合大城市中心區變電站的建設。

正如我們上面提到的，HGIS由于其一系列的優點，彌補了GIS產品的不足，同時由于

敞開式變電站有向HGIS站轉換的趨勢，GIS站也有簡化向HGIS的傾向，預計從“十一五”

開始，HGIS的使用量將逐步增加。國家電網公司2006年第一批集中規模采購招標項目，50

0kVGIS有12間隔，而HGIS有18間隔，也表明了電網用戶選用HGIS的趨勢，因此GIS對H

GIS替代性較小，反而HGIS對GIS替代性較大。

同時在技術替代方面，隨著我國電力行業整體水平的不斷提高，用戶對高壓開關設備的

技術要求、環保要求、安全質量要求的日益提高，公司的技術和產品存在一定被替代的威脅。

未來的高壓HGIS將朝著更加安全、環保的路線走，包括進一步開發真空開斷技術，氮氣或

者混合氣體做絕緣介質等，目前部分此類電器已經掛網運行。

HGIS作為組合電器的重要產品之一，由于其技術經濟等優勢，對傳統的AIS產品替代

作用明顯。HGIS在與GIS的競爭中，優勢一是體現在城鄉電網改造、地方資金較為緊張等

環節；二是體現在110~220KV等級市場，未來價格競爭較為明顯，HGIS大可憑借其價格優

勢；三是體現在其向超高壓、特高壓滲透的能力，目前550kVGIS(HGIS)約占20%，由于敞開

式變電站有向HGIS站轉換的趨勢，GIS站也有簡化向HGIS的傾向，預計從“十一五”開始，

HGIS的使用量將逐步增加。

, Align=top width="21%">

最 大

較 小

最 小

運行成本

較 小

較 小

較 大

HGIS劣勢主要體現為占地面積較GIS大，這主要是由于母線外露所致，但是如果母線

封閉，那就成為實際意義的GIS產品了。中電新源已經開發出DCB型GIS產品，這種GIS產

品將推動組合電器產品新一輪技術進步。

目前中電新源與南自、南瑞等電力自動化廠家合作已經開發出多種數字化的高壓HGIS產

品，并在國內多個變電站投入使用。數字化HGIS設備已經在國內逐步推廣使用，它是帶動

智能電網發展的基礎，國家相關部門已經把數字化HGIS電網設備的發展例為帶動經濟發展

的重要因素之一。

該類產品廠家主要為國外公司，主要為ABB（PASS） 、西門子（HIS）、三菱（MITS）、

東芝（GID）、 阿海法（GIM）等，主要生產 750KV、500KV、330KV 等高電壓HGIS。110KV

HGIS制造商：主要是ABB （PASS）、西門子（HIS）。但是國外進口產品的價格和服務不能

滿足中國市場的需求，以ABB公司產品為例說明此類情況：1、ABB公司生產PASS的工廠在意

大利，當地材料成本和人力資源成本遠高于中國，再者由于運輸費用連年遞增目前已經接近

價格的7%，因此，進口產品的價格過于昂貴，比在中國生產同樣品質的產品，估計其成本

會高出30-40%；2、由于運輸和報關總計時間一般為45天，生產周期一般為3個月，加上1

5天的國內運輸周轉和調試時間，使得ABB公司的PASS一般供貨周期為不少于5個月，時間

長于國內3個月的定貨周期；3、國內至今沒有PASS的零件供應商，一旦有個別零件需要更

換就必須從意大利進口，需要運輸和報關的時間，就是空運一般也需要至少10天時間，這

讓很多國內客戶不能接受，國內用戶一般要求廠家在24內處理好一般故障。同時由于電力

行業是國家的戰略性行業，國產產品的使用占比必將提高，這些都將提高公司產品的競爭力。

表七 主要電力設備生產周期情況

產品 550KV 220KV~110 KV

開關設備 4-6個月 3個月左右

GIS產品完全代替傳統空氣絕緣設備存在以下困難：

一是GIS產品由于封閉母線的存在，不能實現完全的工廠化制造，GIS產品需要在變電

站現場進行密封，除潮，抽真空，充氣，機構的組裝調試等諸多的工作，實際上是現場制造

出來的設備，其生產質量受到現場環境的嚴重影響，品質絕對無法和在凈化車間生產出來的

高壓產品相齊并論；

二是GIS產品綜合價格遠高于HGIS產品，使得從投資的角度也是不可性的。而HGIS產

品的綜合價格基本上和傳統氣體絕緣設備持平，而性能價格比大為提高；

三是GIS產品由于設計理念方面的原因，無法實現現場設備的故障快速更換，一旦其中

一個間隔出現故障多臺相臨設備必須同時停電退出運行，而這樣的情況在正常的電力系統中

是相當困難的一件事，這會直接影響電力系統的安全可靠運行；

四是只有在環境要求不能有帶電母線外露的變電站，才不得不使用GIS,同時GIS主要

以小型化,占地少,免維護為追求目標,但價格昂貴,更適合大城市中心區變電站的建設。

正如我們上面提到的，HGIS由于其一系列的優點，彌補了GIS產品的不足，同時由于

敞開式變電站有向HGIS站轉換的趨勢，GIS站也有簡化向HGIS的傾向，預計從“十一五”

開始，HGIS的使用量將逐步增加。國家電網公司2006年第一批集中規模采購招標項目，50

0kVGIS有12間隔，而HGIS有18間隔，也表明了電網用戶選用HGIS的趨勢，因此GIS對H

GIS替代性較小，反而HGIS對GIS替代性較大。

同時在技術替代方面，隨著我國電力行業整體水平的不斷提高，用戶對高壓開關設備的

技術要求、環保要求、安全質量要求的日益提高，公司的技術和產品存在一定被替代的威脅。

未來的高壓HGIS將朝著更加安全、環保的路線走，包括進一步開發真空開斷技術，氮氣或

者混合氣體做絕緣介質等，目前部分此類電器已經掛網運行。

HGIS作為組合電器的重要產品之一，由于其技術經濟等優勢，對傳統的AIS產品替代

作用明顯。HGIS在與GIS的競爭中，優勢一是體現在城鄉電網改造、地方資金較為緊張等

環節；二是體現在110~220KV等級市場，未來價格競爭較為明顯，HGIS大可憑借其價格優

勢；三是體現在其向超高壓、特高壓滲透的能力，目前550kVGIS(HGIS)約占20%，由于敞開

式變電站有向HGIS站轉換的趨勢，GIS站也有簡化向HGIS的傾向，預計從“十一五”開始，

HGIS的使用量將逐步增加。