中國中高壓開關(guān)行業(yè)的發(fā)展述評
我國電力工業(yè)充滿生機(jī)與活力，這為高壓開關(guān)制造業(yè)帶來了難得的發(fā)展機(jī)遇和嚴(yán)峻的考驗(yàn)。而高壓開關(guān)制造業(yè)必須不斷地進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，推出一代又一代新品，才能滿足電力市場日益增長的需求。
本文論述我國高壓開關(guān)行業(yè)的發(fā)展近況、技術(shù)的進(jìn)步以及推出的新品。
1． 發(fā)展勢頭良好
2．高壓超高壓SF6斷路器和GIS的制造實(shí)力增強(qiáng)，高壓超高壓SF6斷路器和GIS有了大幅增長。
高壓超高電壓SF6斷路器的技術(shù)進(jìn)步主要表現(xiàn)在如下方面：
(1)我國已掌握了126KV自能式SF6斷路器制造技術(shù)，已有十幾家廠生產(chǎn)。產(chǎn)品型號多達(dá)十幾種。
(2)在126KV自能式SF6斷路器基礎(chǔ)上，西高所與北京北開電氣公司于2004年聯(lián)合開發(fā)出LW11-252/3150-40型252KV自能式SF6斷路器。該斷路器的滅弧室采用了國際上屬于第二代自能技術(shù)的上、下觸頭在開斷時(shí)反向運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)（雙動(dòng)），在幾乎不增加操作功的情況下，使弧觸頭的剛分速度達(dá)到10m/s左右，保證了高電壓下大電流的開斷，同時(shí)可確保切容性電流無重?fù)舸徊捎靡陨蠝缁≡砗?，單極操作時(shí)配用更輕的彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)，分閘功低于100kgm。合閘功低于200 kgm。由于整機(jī)的機(jī)械受力較小，機(jī)械壽命達(dá)到了6000~10000次。其水平達(dá)到了國際同類產(chǎn)品水平。
(3)西安西開高壓電氣股份有限公司2004年完成了550KV單斷口罐式SF6斷路器產(chǎn)品的開發(fā)，并在荷蘭KEMA試驗(yàn)站及國家高壓電器質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心通過了全部開斷型式試驗(yàn)項(xiàng)目。其技術(shù)參數(shù)為額定電壓550KV，額定電流4000A，額定短路開斷50KA。該產(chǎn)品是我國首臺(tái)550KV單斷口罐式斷路器，使我國成為世界上為數(shù)不多的掌握該技術(shù)的國家之一，達(dá)到了世界先進(jìn)水平，并為我國進(jìn)一步研制800KV、1100KV SF6斷路器和GIS設(shè)備奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
(4)西高所自行研制了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三相共箱型ZF口-126/T3150-40型智能化GIS。該方案斷路器三相采用直線式布置，配用彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)，三工位隔離接地組合開關(guān)及機(jī)構(gòu)采用了目前最先進(jìn)的技術(shù)方案，融合了母線筒的功能。該產(chǎn)品采用了西高所自行研制的電壓傳感器和電流傳感器，可全面監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。
(5)252KVSF6斷路器和GIS參數(shù)上一個(gè)新?lián)醮危歼_(dá)到252KV 4000A 63KA。
總之，我國550KV高壓開關(guān)設(shè)備有大的發(fā)展空間。據(jù)電力部門提供的資料，2003年電力系統(tǒng)裝備550KVSF6斷路器164臺(tái)，而2003年高壓開關(guān)行業(yè)才生產(chǎn)73臺(tái)，2004年也只有77臺(tái)（不包括外資及合資企業(yè)），缺口基本為外國產(chǎn)品所填補(bǔ)。550KVGIS的產(chǎn)量更少，2003年僅生產(chǎn)4間隔，由于國內(nèi)能力及裝備政策關(guān)系，三峽左岸39間隔550KVGIS全部被ABB公司中標(biāo)。550KVGIS反映了一個(gè)企業(yè)的綜合生產(chǎn)能力，它是附加值很高的高科技產(chǎn)品。
高壓超高壓領(lǐng)域是國內(nèi)企業(yè)提高國內(nèi)市場占有率的一個(gè)重要方面。超高壓部分市場上升空間大，技術(shù)含量高，現(xiàn)已有引進(jìn)消化的基礎(chǔ)，需要加大研制力度，提高核心技術(shù)水平，爭取在斷路器、GIS和混合技術(shù)開關(guān)設(shè)備產(chǎn)品方面擴(kuò)大市場占有率。
3． 特高壓開關(guān)設(shè)備需加大自主研發(fā)力度
特高壓為高壓開關(guān)行業(yè)帶來難得的發(fā)展機(jī)遇和嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。且慢說特高壓。就是超高壓，我國市場多為國外企業(yè)或合資企業(yè)占領(lǐng)，如長江三峽550KV GIS工程和800KV GIS示范工程，都被國外產(chǎn)品中標(biāo)。而550KV GIS和800KV GIS價(jià)格昂貴，國外公司往往開出“天價(jià)”。一但國內(nèi)能生產(chǎn)，則價(jià)格很快回落。
以市場換技術(shù)，寄希望于利用重點(diǎn)工程加快核心技術(shù)的二次開發(fā)，盡快掌握世界一流的研發(fā)技術(shù)，目前看來只是一廂情愿的美好愿望。事實(shí)證明，采用所謂以“市場換技術(shù)”的模式局限性越來越大，國外公司技術(shù)壟斷的趨勢越來越明顯。因此，我們必須發(fā)揮行業(yè)優(yōu)勢，依靠自已的創(chuàng)新能力，研發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)。
從技術(shù)上講，我國已自主研發(fā)出550KV單斷口罐式SF6斷路器，這就為研發(fā)1100KV特高壓開關(guān)設(shè)備打下了良好的基礎(chǔ)。在世界上，當(dāng)初日本先開發(fā)出550單斷口SF6斷路器，然后開發(fā)出1100KV雙斷口GIS。因此，我國在自主開發(fā)的550KV和800KV工程基礎(chǔ)上，完全有能力開發(fā)1100KV特高壓開關(guān)設(shè)備。
在開發(fā)特高壓（百萬伏級）開關(guān)設(shè)備方面，在時(shí)間緊任務(wù)急的情況下，可采取如下兩途徑實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化：其一，采用技資結(jié)合的方式，引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行合作生產(chǎn)，逐步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化；其二，采取以自主研發(fā)為主，積極進(jìn)行國際合作的方式，以實(shí)現(xiàn)百萬伏級開關(guān)設(shè)備國產(chǎn)化。
目前西開電氣在自主研發(fā)出550KV50KA單斷口SF6罐式斷路器的基礎(chǔ)上，800KV罐式SF6斷路器正在研制中，1100KV罐式斷路器已進(jìn)入開發(fā)論證階段。
新沈高與韓國曉星公司合作已為我國750KV輸電示范線路官亭變電站和蘭州東變電站分別提供了800KV GIS。這就為沈高公司研制1100KV GIS奠定了基礎(chǔ)。
新沈高公司將采取技貿(mào)結(jié)合，引進(jìn)技術(shù)的方式，合作制造與自行開發(fā)相結(jié)合，以掌握核心技術(shù)，逐步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。
4． 混合技術(shù)開關(guān)設(shè)備在升溫
高壓開關(guān)設(shè)備一般為空氣絕緣開關(guān)設(shè)備（AIS）、氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（GIS）。20世紀(jì)末世界上出現(xiàn)了另一種開關(guān)設(shè)備，即混合絕緣技術(shù)開關(guān)設(shè)備（MIS）。包括ABB的PASS型、三菱的MITS型、東芝的GID型、西門子的HIS型、Alstom的GIM型等。它們是空氣絕緣或/和氣體絕緣組合的緊湊型開關(guān)設(shè)備。其優(yōu)勢是，它比AIS大大節(jié)省了占地面積，而比GIS卻大大節(jié)省了費(fèi)用。歐洲當(dāng)時(shí)處于20世紀(jì)50年代和60年代老電站的改造時(shí)期。用此設(shè)備可節(jié)約費(fèi)用和減少占地面積。
在這三種解決方案中，AIS以優(yōu)化投資成本為特征，GIS以最不的空間需求為特征，MTS則以可靠性極高的單線布置為特征。
在2004年國際大電網(wǎng)會(huì)議上，對MTS的優(yōu)勢予以肯定。這種設(shè)備在降低費(fèi)用的同時(shí)，帶來極為靈活的解決方案。它減少了使用的元件數(shù)量，同時(shí)提高了可靠性。由于它使用標(biāo)準(zhǔn)化模塊，可以在故障情況下，能以極短的時(shí)間恢復(fù)運(yùn)行（要求<6H）。它的另一個(gè)優(yōu)勢是安裝時(shí)間最短。在故障情況下，可以使用移開式開關(guān)設(shè)備（移動(dòng)車），在4H-6H內(nèi)消除故障。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國已投入的500KV變電站約224座，其中采用550KV GIS的變電站僅7座。其根本原因是550KV GIS的價(jià)格昂貴，投資太大。2003年我國500KV IIV變電站開始選用550KV MTS設(shè)備。如2003年南方電網(wǎng)公司在6座變電站選用MTS設(shè)備，2004年國家電網(wǎng)公司在3座500KV變電站選用了MTS設(shè)備，近期又有4座500KV變電站采用了MTS設(shè)備。
5． 高壓隔離開關(guān)的完善改進(jìn)有成效
40.5~550KV高壓隔離開關(guān)產(chǎn)量有較大幅度增長。如以2003年和2004年產(chǎn)量為例，2004年生產(chǎn)550KV級高壓隔離開關(guān)產(chǎn)品470組（427組），363KV級產(chǎn)品248組（131組），252級產(chǎn)品7723組（6932組），126KV級產(chǎn)品17554組（14796組），72.5KV級產(chǎn)品2612組（2292組），40.5KV級產(chǎn)品23329組（19826組）。括弧內(nèi)給出2003年產(chǎn)量，以資比較。
高壓隔離開關(guān)技術(shù)有了很大進(jìn)步，主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面是自主研發(fā)出800KV隔離開關(guān)；另一方面是現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行完善改型，更好地滿足運(yùn)行要求。
近年來高壓隔離開關(guān)在電網(wǎng)中故障頻發(fā)，究其原因，有制造和運(yùn)行兩方面。制造部門對產(chǎn)品設(shè)計(jì)、選材、加工工藝、組裝調(diào)試及質(zhì)量控制，未能給予足夠重視，造成產(chǎn)品質(zhì)量和性能難以保證。而運(yùn)行部門又忽略了對隔離開關(guān)的管理。高壓隔離開關(guān)實(shí)際上處于“不壞不修，壞了再修，修了還壞”的狀況，沒有統(tǒng)一法定的檢修規(guī)程。
高壓隔離開關(guān)在運(yùn)行中反映出的問題主要是多年來存在的四大問題：即瓷瓶斷裂，操作失靈，導(dǎo)電同路過熱和銹蝕。
根據(jù)國家電力公司發(fā)輸電運(yùn)營部“關(guān)于開展高壓隔離開關(guān)完善化工作”的通知要求，各大制造公司積極行動(dòng)起來，對其產(chǎn)品從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝、材料選用等方面進(jìn)行了完善改型工作，提高了高壓隔離開關(guān)性能和可靠性。
如西安西電高壓開關(guān)公司、平高電氣集團(tuán)公司、沈陽高壓開關(guān)公司、泰開電氣公司及新匯源高壓開關(guān)等，對此項(xiàng)工作高度重視，積極參與，并取得成效。
如西電高壓開關(guān)公司研發(fā)出了GW4A-252型隔離開關(guān)，并對GW4126型隔離開關(guān)進(jìn)行了完善化改進(jìn)；又研發(fā)出GW7A-252型戶外隔離開關(guān)，并在此基礎(chǔ)上對GW7363，GW750型戶外隔離開頭進(jìn)行了完善化改進(jìn)。
還有國內(nèi)許多廠家都對其高壓隔離開關(guān)都進(jìn)行了完善化改進(jìn)。
6． 真空斷路器更加輝煌
真空斷路器在我國中壓領(lǐng)域居于主導(dǎo)地位，特別是12KV真空斷路器2004年生產(chǎn)238344臺(tái)，增長18.7%，在12KV同類斷路器中占98.85%，居絕對優(yōu)勢。40.5KV真空斷路器13908臺(tái)，略有增長，占同類產(chǎn)品的61.49%。而40.5KVSF6斷路器占38.11%。在40.5KV級，戶內(nèi)真空斷路器占較大優(yōu)勢，戶外SF6仍有相當(dāng)大實(shí)力。在這個(gè)電壓等級，可以說真空與SF6斷路器相輔相成，平分秋色。
真空斷路器技術(shù)的進(jìn)步主要表現(xiàn)如下：
（1）真空斷路器向高壓方面發(fā)展了72.5KV和126KV產(chǎn)品，其中72.5KV真空斷路器已有幾十臺(tái)在東北地區(qū)投運(yùn)；
（2）真空斷路器向大容量方向發(fā)展了15KV120KV產(chǎn)品和12KV6300A80KA產(chǎn)品；
（3）真空斷路器的極柱絕緣經(jīng)歷了空氣絕緣－復(fù)合絕緣－固封絕緣。這就形成三代真空斷路器。
這里要介紹利用環(huán)氧樹脂絕緣的固封極柱。從國外看，ABB公司1997年用固封極柱開發(fā)出VMI型免維護(hù)真空斷路器，之后該公司將固封極柱擴(kuò)大用于VD4產(chǎn)品及最新的EVMI產(chǎn)品。ABB公司固封極柱的產(chǎn)量呈躍升勢態(tài)，2003年的產(chǎn)量為6萬只，而2004年就躍升到10萬只。2003年和2004年ABB公司還向市場投放了兩種戶外固封極柱，一種是15~27KV級，另一種是38KV級。將它們用于戶外重合器。
盡管我國真空斷路器取得巨大進(jìn)步，但世界真空斷路器已趨向?qū)Ｓ没投喙δ芑?，對此還得付出努力，緊跟世界潮流。
7． 真空滅弧室制造技術(shù)取得巨大進(jìn)步
近年來，真空滅弧室的質(zhì)量有了很大提高，得益于采用新技術(shù)、新工藝、新材料，走技術(shù)創(chuàng)新之路。這主要表現(xiàn)在采用大型真空爐、用一次封排工藝、采用低碳量的不銹鋼制造波紋管、用銅陶瓷封接取代可伐一陶瓷封接，盡量少用或不用可伐等。
一次封排工藝，提高了真空滅弧室的真空度，有效激活吸氣劑，內(nèi)部零件的除氣更加徹底，有利于真空度的長期維持，也有利于用儲(chǔ)存檢漏法查出慢漏的真空滅弧室。一次封排工藝大大簡化了真空滅弧室的結(jié)構(gòu)，減少了真空密封焊縫，減少了漏氣的可能性。一次封排工藝在很大程度上排除了人為因素的影響，提高了產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。因之，一次封排工藝，不僅提高了滅弧室的質(zhì)量，同時(shí)大幅度提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。
正因?yàn)椴捎靡陨闲鹿に嚒⑿虏牧?、使真空滅弧室因漏氣或真空度下降造成的失效率從原來?.3%下降到0.1%，甚至降至0.03%。這不能不說是我國真空滅弧室制造技術(shù)的巨大進(jìn)步。
8． 金屬封閉開關(guān)設(shè)備（開關(guān)柜）有新亮點(diǎn)
開關(guān)柜使用量大面廣。據(jù)2004年對306個(gè)企業(yè)統(tǒng)計(jì)，共生產(chǎn)12KV開關(guān)柜245564面，增長23%。產(chǎn)量在1000面以上的企業(yè)有43個(gè)，共生產(chǎn)12KV開關(guān)柜220922面，占12KV開關(guān)柜總量的83。18%。產(chǎn)量在4000面以上的企業(yè)有17家，而2003年僅11家，這17家企業(yè)已形成規(guī)模，他們是：上海超亞電器成套有限公司、深圳市耐吉電器有限公司、廈門ABB開關(guān)有限公司、廣州白云電器設(shè)備有限公司、正泰電氣股份有限公司、天水長城開關(guān)廠、山東泰開電氣有限公司、安徽鑫龍電器股份有限公司、華儀電器集團(tuán)有限公司、武漢合力開關(guān)有限公司、大全集團(tuán)有限公司、河南森源電氣股份有限公司、上海市天靈開關(guān)廠、泰豪科技（深圳）電力技術(shù)有限公司、陜開電器有限責(zé)任公司、中山市明陽電器有限公司、錦州第一開關(guān)設(shè)備有限責(zé)任公司。
在空氣絕緣開關(guān)柜方面，最近有新品問世，生產(chǎn)廠家增多。如西高所研發(fā)的KYN61及KYN61（A）型40.5KV鎧裝移開式開關(guān)柜已有50多家轉(zhuǎn)讓生產(chǎn)。還有上海森惠源公司研發(fā)的KGN8-12型12KV鎧裝固定式開關(guān)柜剛一問世就有20多家轉(zhuǎn)讓生產(chǎn)。這些產(chǎn)品采用當(dāng)代最新的開關(guān)柜技術(shù)。如采用模塊化技術(shù)，柜體采用全組裝式結(jié)構(gòu)，采用新的絕緣和插接技術(shù)，采用小型化真空滅弧室等。
以氣體絕緣的開關(guān)柜有明顯增長的勢頭（充氣柜）。充氣柜比空氣絕緣柜具有明顯的優(yōu)勢。其最大優(yōu)勢是不受外界環(huán)境影響，如凝露、污穢、小動(dòng)物及化學(xué)物質(zhì)等。另一優(yōu)勢是因?yàn)槭褂脡嚎s氣體絕緣（如SF6、N2或干壓空氣），可大大縮小柜體外形尺寸。還有一個(gè)優(yōu)勢是充氣柜配用性能良好的無油開關(guān)，特別是免維護(hù)開關(guān)如真空開關(guān)，大大減少了維護(hù)工作量。
空氣柜對制造提出了更高的要求，如空氣柜需要激光焊接和先進(jìn)的檢測設(shè)備。當(dāng)前開關(guān)柜之競爭不再是電氣和機(jī)械參數(shù)的競爭，而是質(zhì)量和品牌的競爭。因此，只有采用新設(shè)備、新工藝和先進(jìn)的信息管理軟件，加強(qiáng)質(zhì)量管理，才能創(chuàng)建企業(yè)品牌，在激烈競爭中取勝。
9． 負(fù)荷開關(guān)與環(huán)網(wǎng)柜發(fā)展空間大
負(fù)荷開關(guān)和環(huán)網(wǎng)柜的產(chǎn)量有了很大增長，但12KV負(fù)荷開關(guān)與斷路器之比僅為1：2.3，而國外負(fù)荷開關(guān)與斷路器之比為5~6：1。這說明在我國負(fù)荷開關(guān)有很大的發(fā)展空間。由于環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)主要裝負(fù)荷開關(guān)，因而隨著負(fù)荷開關(guān)的發(fā)展，環(huán)網(wǎng)柜必有大的發(fā)展。
又從“國家高壓電器質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心2004年度發(fā)放的檢驗(yàn)報(bào)告名錄”中了解到，SF6負(fù)荷開關(guān)和SF6環(huán)網(wǎng)柜已成主流產(chǎn)品，這也符合世界潮流。如德國二次配電用環(huán)網(wǎng)柜，90%以上都是SF6環(huán)網(wǎng)柜。
SF6負(fù)荷開關(guān)一股做成模塊，此間有了很大發(fā)展，這表現(xiàn)在如下方面：（1）滅弧方法更加豐富，除了原來用得多的壓氣式，最新出現(xiàn)了滅弧柵式和旋弧式，這使滅弧更加簡單，不像壓氣式那樣由機(jī)構(gòu)提供壓縮功；（2）殼體原先多為澆注樹脂殼體，現(xiàn)又出現(xiàn)了不銹鋼殼體。不銹鋼殼體強(qiáng)度大且可接地，更加安全；（3）原先SF6負(fù)荷開關(guān)模塊將母線外露。現(xiàn)有的裝入SF6氣室內(nèi)，不會(huì)觸電，增加安全感；（4）原先動(dòng)刀位置主要靠指示，現(xiàn)在殼體設(shè)有大視盲，可直接觀察動(dòng)刀位置，更直觀。
負(fù)荷開關(guān)有產(chǎn)氣式、壓氣式、真空式、SF6式。現(xiàn)明顯趨于SF6式，而且SF6式也有了如上述的發(fā)展。在我國，隨著二次配電技術(shù)的發(fā)展，SF6負(fù)荷開關(guān)和SF6環(huán)網(wǎng)柜必將有更大的發(fā)展，機(jī)不可失。
10． 展望
我國電力工業(yè)的大發(fā)展，為高壓開關(guān)行業(yè)帶來難得的發(fā)展機(jī)遇，高壓開關(guān)行業(yè)也有了很大進(jìn)步；開發(fā)出許多新品，有的具有世界先進(jìn)水平。今后要進(jìn)一步增強(qiáng)技術(shù)自主創(chuàng)新能力，加大研發(fā)力度，以更加先進(jìn)的優(yōu)異產(chǎn)品裝備我國的電力工業(yè)。