作者：李知宇 梁倩
来源：《中国新通信》 2018年第21期
【摘要】 文章以GIS 的国内外专利申请数据为分析样本，对气体绝缘金属开关设备技术按其发展方向进行了技术分解，并具体分析了GIS 技术在专利上的发展趋势以及国内外的主要申请人。
【关键词】 气体绝缘金属封闭开关 GIS 专利分析
一、气体绝缘金属封闭开关设备基本概述
气体绝缘金属封闭开关设备[1] 是指至少部分采用高于大气压的气体作为绝缘介质的金属封闭开关设备，简称GIS。GIS 由于体积小、运行安全、可靠性高、安装简便、寿命长等优点，使得高压、超高压输变电直接进入市区成为可能，得到广泛的运用。
二、气体绝缘金属封闭开关设备技术分解
通过阅读相关的专利和非专利文献，GIS 的主要的研究方向为：①小型化；②提高运行可靠性；③ SF6 替代气体。实现GIS 的小型化研究主要从以下三个方面开展[2]：改变壳体结构、改进断路器结构和采用小型元件。
GIS 按照结构形式分类主要可分为：分相型、三相共筒型和复合三相- 壳型。从体积上比较，由于三相共筒型将主母线放置在一个圆筒内，所以相对于分相式而言体积较小，而复合三相- 壳型由于内部绝缘部件少、壳体数量也相较于三相共筒型减少，所以整体体积进一步缩小。与双断口断路器相比，相同技术参数的单断口断路器的技术经济性能十分可观，以国内生产的363（420）kV 级SF6 罐式断路器为例，无论是罐体长度、容积还是质量、零件数量，单断口断路器均优于双断口，因此将单断口SF6 断路器用于GIS 中，可使结构布置简化、占地面各和零部件数减少。
采用小型元件代替传统GIS 中的元件可使GIS 内布置更紧凑，体积更小，例如采用高电位梯度ZnO 避雷器，体积小，且使避雷器的残压下降，使被保护设备的雷电冲击耐受水平下降，减小GIS 绝缘尺寸。而提高GIS 运行可靠性是GIS 技术上另一个发展趋势，其主要从以下二个方面进行开展：
GIS 内部绝缘和SF6 的泄漏、GIS 局部放电的在线监测。GIS 内部绝缘和SF6 泄漏是造成组合电器故障的主要原因，而最常见的是盆式绝缘子沿面放电。GIS 局部放电监测可诊断出GIS 绝缘的早期故障，超高频法接收局部放电的超高频段信号进行监测，是目前最主要的GIS 局放检测的方法。SF6 污染环境，为环保考虑而限制SF6 气体有3 个途径，一、寻找SF6 气体的替代品或采用SF6 混合气体；二、加强产品密封，减少漏气；三、采用真空开关技术。
因此，综合考虑绝缘强度、灭弧强度等因素，只有N2和CO2 以及以它们为主的混合气体是可选择的SF6 替代气体，而考虑到实际的灭弧能力和绝缘强度，SF6/N2 的混合气体因为对电场的不均匀性、金属微粒、电极表面的粗糙度没有SF6 敏感，成为一种比较理想的SF6 替代气体，国际上对其绝缘特性正在进行广泛的理论研究。
三、气体绝缘金属封闭开关设备技术关于主要申请人的专利分析
通过对全球主要申请人的申请量进行分析，可得申请量前10 名的申请人的情况（如图3.1 所示）。
从图中可以看出，前三名均为日本公司，即日本在GIS 的技术综合实力最强，其中东芝、三菱、日立占据的专利量和ABB 基本持平。上述各大日本公司均是综合性的GIS 制造厂商，拥有各种电压等级GIS 的生产能力，长期拥有良好的产品技术和丰富的GIS 生产经验。虽然是美国西屋公司在1958 年制造出了第一台SF6 断路器，但日本由于国土狭窄、多发地震等因素，大力发展GIS，从而使其在GIS 上的技术始终占据全球领先水平。东芝、日立、三菱为代表的日本公司先后在中国开办了许多独资或合资公司，利用“本土化”方式，凭借技术优势占据了中国的高端市场。而申请量前10 名中也有中国企业的代表：国家电网公司和中国西电集团公司。国家电网公司旗下的平高电气和中国西电集团的西电西开是我国传统高压开关设备优势龙头企业，我国第一台110kV GIS 样机就是由西安高压开关厂研制出来的，通过吸收消化国外技术，已具备较强的实力，例如平高电气率先引进法国MG 公司FA 系列63-500 kV 支柱式断路器和GIS 制造技术后，经消化吸收，于20 世纪80 年代中期全部实现国产化。上述两家中国公司非常重视专利保护，申请量也排名前列，但经分析这两家公司的专利主要以实用新型为主，专利授权率并不太高，专利质量仍待提高，中国企业仍然缺乏核心技术。
结论：本文从气体绝缘金属封闭开关设备的专利申请趋势出发，介绍了气体绝缘金属封闭开关设备的理论基础，以及该领域在国内外的发展历史、现状及未来趋势，并对对该领域的重要申请人进行了详细介绍。
参 考 文 献
[1] 邱毓昌等.GIS 装置及其绝缘技术[M]. 北京：水利水电出版社，1994 年；
[2]FARZANEHM.Atmospheric Icingof Power Networks[M].Canada:Springer,2008
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