电气化铁道 2003年第2期
42GIS 是城轨交通供电系统35 kV开关柜的更好选择
王彦利
摘要：本文结合城市轨道交通工程的实际情况，通过对空气绝缘开关柜(GIS和气体绝缘开关柜(AIS性能特点
的综合比较，提出轨道交通工程采用GIS 代替AIS 的建议。
关键词：轨道交通工程；GIS 代替AIS ；选择
Abstract: The paper, with referencing the actual situation of urban mass transit project, by comprehensive comparing
the characteristics between GIS and AIS, raises the suggestion that the urban mass transit project shall adopt the option of GIS to replace AIS.
Key words: urban mass traffic; replace AIS with GIS; option
中图分类号：U223.6 文献标识码：B 文章编号：1007-936X(200302-0042-03
1 前言
35 kV开关柜是地铁供电系统中最重要的设备之一，对整个地铁系统的安全可靠具有决定性的作用，一旦出现问题可能使整个地铁系统陷于瘫痪。
35 kV开关柜按照绝缘方式分为空气绝缘开关柜(AIS和气体绝缘开关柜(GIS，两种开关柜各具特色，工程中如何选择值得探讨。
2
AIS 与GIS 综合经济技术条件比较
2.1 GIS与AIS 技术性能比较
AIS 是全部电气元器件均处在空气中，以空气作为绝缘介质的开关柜。受空气绝缘性能的限制，在35 kV的额定电压下，开关柜的相间绝缘距离约为300 mm，使得开关柜的体积比较大，即使采用了一些固体绝缘技术和母线包封技术，开关柜的宽度也不能小于1 200 mm ，柜内的一些带电裸露部分依然容易发生放电现象。在城市轨道交通工程中，由于空间所限，空气比较潮湿，易于受小动物侵害，AIS 类开关柜的内部故障率较高。
GIS 是主要一次设备（断路器、隔离开关、母线、电流互感器等）安装于以SF 6气体作为绝缘介质的密封箱体内的开关柜。SF 6气体是一种大分子量的惰性气体，性能稳定、难于电离，热绝缘系数
作者简介：王彦利(1970-，男，河北迁安人，中铁电气化勘测设计研究院，工程师，天津 300250，电话：022- 26023423。 小，经过拉弧击穿后能够自行恢复原介质的绝
缘强度，气体无毒无腐蚀性，对人员和设备安全。SF 6气体绝缘性能远高于空气，开关柜的相间绝缘距离大为缩小，兼之固体绝缘技术的采用，使得开关柜的体积大幅减小，开关柜的宽度减小至600 mm时还能保持可靠的绝缘强度。
制造GIS 采用了机械制造、钣金、焊接、密封、查漏等多方面的先进技术，其生产商均为国际知名的优秀企业，具有较强的科研、开发、设计、生产、售后服务能力。GIS 生产商均掌握了均匀电场的设计方法，开关柜内采用C 型或D 型母线，尽量使柜内电场均匀，能够最大限度地减少放电现象的发生。开关柜气室采用先进焊接技术，满足IP65的防护等级，在开关柜间采用固体绝缘和插接技术，即使在开关柜拼接时也不会降低气室的密封水平。开关柜内的名牌断路器也是设备可靠性的一个重要保证。在开关柜的整体理论、制造等技术上，GIS 的生产商一般都优于较小规模的AIS 生产商。 2.2 GIS与AIS 可靠性比较
35 kV开关柜的核心部件为真空断路器，目前国内的重要工程中一般均选用进口产品，其可靠性较高。根据统计，35 kV 开关柜的故障约70% 起因于开关柜的绝缘破坏和开关柜的机械部分故障，断路器故障概率较低。
GIS 较好地弥补了AIS 开关柜绝缘较容易破坏的弱点。GIS 内部充满高绝缘性能且无毒无害的SF 6气体，且其压强与外界大气压接近，依靠气体
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的高绝缘特性和开关柜的良好密封，可使设备30年不需维护。另外即使气体发生泄漏，GIS 仍能够保证在与外界大气压相等的条件下正常工作，并且通过压力监视，向运营人员发出报警信号，以得到及时的处理。一些厂商在使用了更好的材料组合及特殊的润滑剂后，使得GIS 的操作机构也基本成为终身免维护。GIS 为全密封结构，不受外界灰尘、潮气、盐分、海拔、异物或小动物等的影响，满足全天候条件运行。
2.3 GIS与AIS 的运行费用比较
AIS 一般每年两次小修，每次需2人，按每台需1天计，一般一个工程范围的35 kV开关柜的维修约折合400工天。维护人员人工费加上机械台班费后，约5万元/年。
GIS 的高可靠性使得设备的故障率更低，供电
更有保障，减少甚至避免了由于35 kV开关柜本身故障引起的抢修工作。GIS 设备本身可以达到基本免维护，柜内有SF 6气体存在，气室高标准密封，业主无须涉及气体的操作和维护。GIS 能够比AIS 减少三分之二的维修工作量，每年约可节约5万元（不包括需要更换的零配件和材料的费用）。
城市轨道交通工程中变电所为远期无人值班，因此首选少维护的设备，可以减少运营公司维护工作量，同时也可以减少设备维护对运营的影响，GIS 更符合现代城市轨道交通的要求。 2.4 GIS与AIS 的综合比较
两种开关柜AIS 和GIS 的技术性能均能满足城市轨道交通工程供电的技术要求，但也存在一定差异，详见表1。
表1 AIS与 GIS经济技术比较表
项 目 GIS AIS 额
定
电
压/kV
35 35 最高工作电压/kV 40.5 40.5 额定短路电流/kA 25、31.5 25、31.5 母线额定电流/A 1 250¡ã2 000 1 250¡ã2 000 绝缘介质 SF 6气体 空气 防护等级 IP65
IP20
运输安装 体积小、重量轻，易于运输安装 体积大、较重，运输安装困难 运营维护 少维护或免维护，避免由于检修原因影响设备正常运营工作 需定期检修，由于检修原因可能影响设备正常运营工作 运营
操
作
操作简单
手车笨重，相对GIS 操作不方便 外形尺寸(宽×深×高
600 mm×1 925 mm×2 250 mm 1 200 mm×3 000 mm×2 600 mm 重量
轻 较重 单柜所占面积/m2 1.16 3.6 每所占用面积（如分间隔布置时）/m2 24
50 单柜设备价格/万元 约40 约30 每所设备价格/万元
约160 约120 相关土建投资＋设备投资／万元 约180
约160
运营维护费用
约为AIS 的三分之一
约为GIS 的三倍
综上所述可见： GIS较AIS 的绝缘性能好、操作维护简单、设计施工安装方便；GIS 占用土建面积小，可以减小变电所规模，土建配合简单，利于缩短设计工期；两者的综合建设投资虽然GIS 方案略高(当城市轨道交通工程为地下工程时,GIS
方案投资较低），但GIS 可以有效降低运营成本。
3 目前国内地铁35 kV开关柜使用情况
目前国内城市轨道交通工程供电系统35(33 kV开关柜使用情况见表2。
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44上海明珠一期工程中，受到当时GIS 高昂价格限制和设备国产化的限制，选择了AIS 。
上海明珠线二期、莘闵线、共和新路、广州地铁二号线、深圳地铁一期工程、南京地铁等工程，均为1997年之后立项，顺应当时国产化比例的要求和GIS 高昂价格的限制，在工程的初步设计阶段选用了AIS ，后来随GIS 国产化进程的加快和价格的大幅度降低，这些工程均采用了GIS 。有些工程采用GIS 后的设备价格虽然略高于概算价格，但经过比较、调研后仍决定采用GIS ，通过设备招标，供电系统的总投资有效控制在概算范围内。
表2 国内各城轨线路使用35(33 kV开关柜情况汇总表
这些工程的业主决定采用GIS 主要基于以下理由：第一，GIS 的技术性能比AIS 提高了一个档次，表现在绝缘性能、开断能力的显著提高；第二，GIS 运营维护工作量减少，减少了运营费用，也避免了由于维护的原因使设备发生故障的可能；第三，GIS 设备占地面积小，减小车站规模，减少设计难度，可以有效地节省土建投资、缩短工期。
4 GIS 的应用前景
GIS 以其优良的性能价格比，在已经投入的工
程中取得了良好的声誉，并广泛地应用在建设中的国家和省部级重点工程。从近期上海和国内相关工程中可以看到GIS 的应用日趋广泛, 是目前35 kV开关柜的发展方向。
对于先期轨道交通工程中已经采用AIS 的城市, 在后续工程中采用GIS 不会引起配合的困难，理由如下：第一，目前国内轨道交通工程都贯彻了设备采购招投标制度，即使先期工程采用AIS ，也不能保证向后续工程供货的生产商能够中标，很可能中标设备与先期工程不同，则设备结构、尺寸、备品备件、专用工具均可能不同，在这一方面，采用AIS 和GIS 区别不大；第二，后续工程35 kV开关柜与先期工程的接口包括一次和二次接口，一次的电缆通过电缆终端与先期工程接口，AIS 与电缆终端的连接不存在困难，二次纵差保护的配合主要取决于35 kV 电缆两端的电流互感器和纵差保护继电器，而AIS 和GIS 均通过传统电流互感器实现差动保护，只要使保护继电器的型号规格相同就能够可靠动作。
5 GIS 的国产化情况
随着国内生产技术、工艺的快速发展以及与国外合作的不断深入，上海SIEMENS 、上海泰高、上海广电、厦门ABB 及苏州ALSTOM 等厂商，依靠与国际上知名公司合资或合作，均可提供可靠的产品及售后服务。目前，GIS 在国内已具备组装、供货和售后服务的条件。SIEMENS 、ALSTOM 和ABB 公司在国内的合资厂已经或即将在国内工程中供货，为GIS 的国产化提供了可靠的保证。
6 结束语
工程中采用GIS 和AIS 的投资相当，但采用GIS 时可以使35 kV 开关设备的可靠性提高一个档次，并可以节约运营维护费用， GIS是城市轨道交通工程供电系统35 kV开关柜的更好选择。
收稿日期：2002-10-29
地铁线路名称
初步设计阶段
施工设计阶段 上海地铁一号线(地下 GIS GIS 上海地铁二号线(地下
GIS GIS 上海明珠一期工程(地面和高架 AIS AIS 上海明珠二期工程(地下 AIS GIS 上海莘闵线(地面和高架 AIS GIS 上海共和新路(地面和高架 AIS GIS 上海杨浦线(地下 GIS GIS 广州地铁一号线(地下 GIS GIS 广州地铁二号线(地下
AIS GIS 深圳地铁一期工程(地面和地下 AIS GIS 南京地铁(地下 AIS GIS 南京地铁(地面和高架
AIS
AIS
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