气体绝缘金属封闭开关设备（GIS,Gas Insulator Switchgear）因为安全性、可靠、易维护和占地少等优点,已经被广泛应用于国内外的众多变电站中。然而,由于设计、制造和安装等误差以及严酷的运行条件和环境因素,GIS设备在运行过程因温度变化而产生热胀冷缩或基础沉陷、设备振动等因素均会产生位移或变形,一旦因为这些变形和局部应力超标将会导致GIS设备筒体开裂、支撑断裂、SF₆气体泄漏、对地放电等故障。本文以某500kV大型变电站的GIS设备为研究对象,用ANSYS软件对其结构位移进行有限元分析,根据有限元分析结果讨论了GIS设备状态在线监测的主要监测参数和方案要求,指导非接触位移在线监测技术硬件的现场布置方案。首先将GIS设备整体结构分成四个关键部分建立有限元分析模型,分别包括管母线+固定支撑、管母线+滑动支撑、自平衡波纹管膨胀节、普通波纹管膨胀节。通过单元选取、模块化和参数化建模及边界条件的确定,对波纹管膨胀节进行刚度计算,在后续的整体模型中,压力自平衡波纹管膨胀节可用一个非线性弹簧单元COMBIN39,该弹簧刚度分为三段;可生成一个刚度值为322310N/mm的线性弹簧单元COMBIN40以代替普通波纹管膨胀节。将关键部分合并建立GIS设备整体模型,对夏季和冬季极端温度条件下的GIS设备进行有限元分析。分析结果表明,该500kV变电站GIS设备最大位移量均出现压力自平衡波纹管膨胀节附近,位移最大值出现在-5⁷0℃的情况下,为42.29mm。在安装工况35⁷0℃温差变化情况和-5^-20℃温差变化情况中,结构应力均在许用应力范围内,结构安全可靠。而在35^-20℃温差变化情况和-5⁷0℃温差变化情况中,GIS设备中母线筒与波纹管膨胀节的连接处均有可能出现应力集中现象而产生屈服。在温差较大的条件下运行时,GIS设备的母线筒有较大可能因屈服变形而产生泄漏问题。通过对变电站GIS设备实际监测的数据与有限元分析的结果数据的对比验证,两种数据基本吻合,且位移变化趋势相同,可根据模型进行GIS设备结构相应的分析。根据GIS设备有限元分析结果和现场实际,提出了GIS设备运行过程中的结构状态的监测方案的具体要求。讨论了GIS设备监测的主要参数:位移、温度、风向、风速等基本测量方法、测量范围和精度要求,设计了GIS设备实时监测的系统方案。根据某500kV变电站的GIS设备的实际情况与有限元模拟结果,确定了位移传感器、温度传感器、风向传感器、风速传感器的安装位置、安装方式及数量。并对监测方案的初步所得的位移监测数据与模拟数据进行对比,验证了该设计方案的可行性。