气体绝缘金属封闭开关设备因其元器件整合度高、组合方式灵活多变、占地面积小、可靠性高等优点，在近几十年内得到了飞速的发展。本文结合作者所在企业252kV小型化GIS研制课题对ZF9D型GIS开展了包括整体方案的布局设计、断路器及隔离-接地三位置开关的研究。
ZF9D型GIS的主要技术参数为额定电压252kV、额定电流4000A、额定短路开断电流50kA。本文整体方案的布局设计主要是在满足主要技术参数的基础上针对各元器件进行布局设计，使得其既要实现各自功能，又要满足可靠性、小型化、经济性等指标。在明确了整体方案的布局之后，再根据各元器件的摆放形式进一步探讨各元器件的设计。
断路器是整个GIS中最主要最核心的部件之一。为了实现大容量小型化的设计要求，本文所研究的断路器采用了自能灭弧原理，热膨胀室和压气室双气室结构、主触头和弧触头双向运动的触头运动方式，并配用轻型弹簧操动机构。灭弧过程以自能灭弧为主，压气灭弧为辅。在明确了断路器的灭弧原理和运动方式后结合以往的设计经验对关键参数进行了设计，包括触头的刚分速度、热膨胀室和压气室的体积等等，对断路器分、合闸过程进行了受力分析，确定了断路器的分、合闸操动功，选取了合适的弹簧操动机构。完成了上述灭弧室的方案设计后利用电场仿真软件，使用有限元分析方法，对SF6断路器开断过程中的重点位置的电场强度进行了计算和分析。
ZF9D型GIS采用了将隔离开关和接地开关功能集合于一体的隔离-接地三位置开关，使得在满足了隔离开关和接地开关的功能的前提下布局更加紧凑。本文对隔离-接地三位置开关的关键参数进行了设计，包括断口距离、触头结构和屏蔽结构等，并通过电场强度分析计算验证了上述结构的合理性，通过强度仿真分析软件确定了隔离-接地三位置开关外壳的强度。
在完成了上述理论设计仿真后，将计算和设计结果指导加工生产调试，完成样机试制后，在国家质量监督检验中心依据相关技术文件和国家标准完成了全部型式试验，验证了设计的正确性。