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中國中高壓開關行業的發展述評

2017-05-24     瀏覽: 3206    

我國電力工業充滿生機與活力,這為高壓開關制造業帶來了難得的發展機遇和嚴峻的考驗。而高壓開關制造業必須不斷地進行技術創新,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行業的發展近況、技術的進步以及推出的新品。

  1. 發展勢頭良好

        2.高壓超高壓SF6斷路器和GIS的制造實力增強,高壓超高壓SF6斷路器和GIS有了大幅增長。

   高壓超高電壓SF6斷路器的技術進步主要表現在如下方面:

  (1)我國已掌握了126KV自能式SF6斷路器制造技術,已有十幾家廠生產。產品型號多達十幾種。

   (2)在126KV自能式SF6斷路器基礎上,西高所與北京北開電氣公司于2004年聯合開發出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的上、下觸頭在開斷時反向運動的結構(雙動),在幾乎不增加操作功的情況下,使弧觸頭的剛分速度達到10m/s左右,保證了高電壓下大電流的開斷,同時可確保切容性電流無重擊穿;采用以上滅弧原理后,單極操作時配用更輕的彈簧操動機構,分閘功低于100kgm。合閘功低于200 kgm。由于整機的機械受力較小,機械壽命達到了6000~10000次。其水平達到了國際同類產品水平。

  (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斷路器產品的開發,并在荷蘭KEMA試驗站及國家高壓電器質量監督檢驗中心通過了全部開斷型式試驗項目。其技術參數為額定電壓550KV,額定電流4000A,額定短路開斷50KA。該產品是我國首臺550KV單斷口罐式斷路器,使我國成為世界上為數不多的掌握該技術的國家之一,達到了世界先進水平,并為我國進一步研制800KV、1100KV SF6斷路器和GIS設備奠定了技術基礎。

  (4)西高所自行研制了具有自主知識產權的三相共箱型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,配用彈簧操動機構,三工位隔離接地組合開關及機構采用了目前最先進的技術方案,融合了母線筒的功能。該產品采用了西高所自行研制的電壓傳感器和電流傳感器,可全面監視系統運行狀態。

  (5)252KVSF6斷路器和GIS參數上一個新擋次,都達到252KV 4000A  63KA。

   總之,我國550KV高壓開關設備有大的發展空間。據電力部門提供的資料,2003年電力系統裝備550KVSF6斷路器164臺,而2003年高壓開關行業才生產73臺,2004年也只有77臺(不包括外資及合資企業),缺口基本為外國產品所填補。550KVGIS的產量更少,2003年僅生產4間隔,由于國內能力及裝備政策關系,三峽左岸39間隔550KVGIS全部被ABB公司中標。550KVGIS反映了一個企業的綜合生產能力,它是附加值很高的高科技產品。

  高壓超高壓領域是國內企業提高國內市場占有率的一個重要方面。超高壓部分市場上升空間大,技術含量高,現已有引進消化的基礎,需要加大研制力度,提高核心技術水平,爭取在斷路器、GIS和混合技術開關設備產品方面擴大市場占有率。

  3. 特高壓開關設備需加大自主研發力度

  特高壓為高壓開關行業帶來難得的發展機遇和嚴峻的挑戰。且慢說特高壓。就是超高壓,我國市場多為國外企業或合資企業占領,如長江三峽550KV GIS工程和800KV GIS示范工程,都被國外產品中標。而550KV GIS和800KV GIS價格昂貴,國外公司往往開出“天價”。一但國內能生產,則價格很快回落。

  以市場換技術,寄希望于利用重點工程加快核心技術的二次開發,盡快掌握世界一流的研發技術,目前看來只是一廂情愿的美好愿望。事實證明,采用所謂以“市場換技術”的模式局限性越來越大,國外公司技術壟斷的趨勢越來越明顯。因此,我們必須發揮行業優勢,依靠自已的創新能力,研發出具有自主知識產權的核心技術。

  從技術上講,我國已自主研發出550KV單斷口罐式SF6斷路器,這就為研發1100KV特高壓開關設備打下了良好的基礎。在世界上,當初日本先開發出550單斷口SF6斷路器,然后開發出1100KV雙斷口GIS。因此,我國在自主開發的550KV和800KV工程基礎上,完全有能力開發1100KV特高壓開關設備。

  在開發特高壓(百萬伏級)開關設備方面,在時間緊任務急的情況下,可采取如下兩途徑實現國產化:其一,采用技資結合的方式,引進國外先進技術進行合作生產,逐步實現國產化;其二,采取以自主研發為主,積極進行國際合作的方式,以實現百萬伏級開關設備國產化。

  目前西開電氣在自主研發出550KV50KA單斷口SF6罐式斷路器的基礎上,800KV罐式SF6斷路器正在研制中,1100KV罐式斷路器已進入開發論證階段。

  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。

  新沈高公司將采取技貿結合,引進技術的方式,合作制造與自行開發相結合,以掌握核心技術,逐步實現國產化。

  4. 混合技術開關設備在升溫

  高壓開關設備一般為空氣絕緣開關設備(AIS)、氣體絕緣金屬封閉開關設備(GIS)。20世紀末世界上出現了另一種開關設備,即混合絕緣技術開關設備(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設備。其優勢是,它比AIS大大節省了占地面積,而比GIS卻大大節省了費用。歐洲當時處于20世紀50年代和60年代老電站的改造時期。用此設備可節約費用和減少占地面積。

  在這三種解決方案中,AIS以優化投資成本為特征,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年國際大電網會議上,對MTS的優勢予以肯定。這種設備在降低費用的同時,帶來極為靈活的解決方案。它減少了使用的元件數量,同時提高了可靠性。由于它使用標準化模塊,可以在故障情況下,能以極短的時間恢復運行(要求<6H)。它的另一個優勢是安裝時間最短。在故障情況下,可以使用移開式開關設備(移動車),在4H-6H內消除故障。

  據不完全統計,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的價格昂貴,投資太大。2003年我國500KV IIV變電站開始選用550KV MTS設備。如2003年南方電網公司在6座變電站選用MTS設備,2004年國家電網公司在3座500KV變電站選用了MTS設備,近期又有4座500KV變電站采用了MTS設備。

  5. 高壓隔離開關的完善改進有成效

  40.5~550KV高壓隔離開關產量有較大幅度增長。如以2003年和2004年產量為例,2004年生產550KV級高壓隔離開關產品470組(427組),363KV級產品248組(131組),252級產品7723組(6932組),126KV級產品17554組(14796組),72.5KV級產品2612組(2292組),40.5KV級產品23329組(19826組)。括弧內給出2003年產量,以資比較。

   高壓隔離開關技術有了很大進步,主要表現在兩個方面:一方面是自主研發出800KV隔離開關;另一方面是現有產品進行完善改型,更好地滿足運行要求。

   近年來高壓隔離開關在電網中故障頻發,究其原因,有制造和運行兩方面。制造部門對產品設計、選材、加工工藝、組裝調試及質量控制,未能給予足夠重視,造成產品質量和性能難以保證。而運行部門又忽略了對隔離開關的管理。高壓隔離開關實際上處于“不壞不修,壞了再修,修了還壞”的狀況,沒有統一法定的檢修規程。

   高壓隔離開關在運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,導電同路過熱和銹蝕。

   根據國家電力公司發輸電運營部“關于開展高壓隔離開關完善化工作”的通知要求,各大制造公司積極行動起來,對其產品從結構設計、制造工藝、材料選用等方面進行了完善改型工作,提高了高壓隔離開關性能和可靠性。

   如西安西電高壓開關公司、平高電氣集團公司、沈陽高壓開關公司、泰開電氣公司及新匯源高壓開關等,對此項工作高度重視,積極參與,并取得成效。

   如西電高壓開關公司研發出了GW4A-252型隔離開關,并對GW4126型隔離開關進行了完善化改進;又研發出GW7A-252型戶外隔離開關,并在此基礎上對GW7363,GW750型戶外隔離開頭進行了完善化改進。

   還有國內許多廠家都對其高壓隔離開關都進行了完善化改進。

  6. 真空斷路器更加輝煌

  真空斷路器在我國中壓領域居于主導地位,特別是12KV真空斷路器2004年生產238344臺,增長18.7%,在12KV同類斷路器中占98.85%,居絕對優勢。40.5KV真空斷路器13908臺,略有增長,占同類產品的61.49%。而40.5KVSF6斷路器占38.11%。在40.5KV級,戶內真空斷路器占較大優勢,戶外SF6仍有相當大實力。在這個電壓等級,可以說真空與SF6斷路器相輔相成,平分秋色。

   真空斷路器技術的進步主要表現如下:

   (1)真空斷路器向高壓方面發展了72.5KV和126KV產品,其中72.5KV真空斷路器已有幾十臺在東北地區投運;

   (2)真空斷路器向大容量方向發展了15KV120KV產品和12KV6300A80KA產品;

   (3)真空斷路器的極柱絕緣經歷了空氣絕緣-復合絕緣-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年用固封極柱開發出VMI型免維護真空斷路器,之后該公司將固封極柱擴大用于VD4產品及最新的EVMI產品。ABB公司固封極柱的產量呈躍升勢態,2003年的產量為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步,但世界真空斷路器已趨向專用化和多功能化,對此還得付出努力,緊跟世界潮流。

  7. 真空滅弧室制造技術取得巨大進步

  近年來,真空滅弧室的質量有了很大提高,得益于采用新技術、新工藝、新材料,走技術創新之路。這主要表現在采用大型真空爐、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構,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,提高了產品質量的一致性。因之,一次封排工藝,不僅提高了滅弧室的質量,同時大幅度提高了生產效率,降低了生產成本。

  正因為采用以上新工藝、新材料、使真空滅弧室因漏氣或真空度下降造成的失效率從原來的0.3%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的巨大進步。

  8. 金屬封閉開關設備(開關柜)有新亮點

  開關柜使用量大面廣。據2004年對306個企業統計,共生產12KV開關柜245564面,增長23%。產量在1000面以上的企業有43個,共生產12KV開關柜220922面,占12KV開關柜總量的83。18%。產量在4000面以上的企業有17家,而2003年僅11家,這17家企業已形成規模,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開關有限公司、廣州白云電器設備有限公司、正泰電氣股份有限公司、天水長城開關廠、山東泰開電氣有限公司、安徽鑫龍電器股份有限公司、華儀電器集團有限公司、武漢合力開關有限公司、大全集團有限公司、河南森源電氣股份有限公司、上海市天靈開關廠、泰豪科技(深圳)電力技術有限公司、陜開電器有限責任公司、中山市明陽電器有限公司、錦州第一開關設備有限責任公司。

   在空氣絕緣開關柜方面,最近有新品問世,生產廠家增多。如西高所研發的KYN61及KYN61(A)型40.5KV鎧裝移開式開關柜已有50多家轉讓生產。還有上海森惠源公司研發的KGN8-12型12KV鎧裝固定式開關柜剛一問世就有20多家轉讓生產。這些產品采用當代最新的開關柜技術。如采用模塊化技術,柜體采用全組裝式結構,采用新的絕緣和插接技術,采用小型化真空滅弧室等。

  以氣體絕緣的開關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勢。其最大優勢是不受外界環境影響,如凝露、污穢、小動物及化學物質等。另一優勢是因為使用壓縮氣體絕緣(如SF6、N2或干壓空氣),可大大縮小柜體外形尺寸。還有一個優勢是充氣柜配用性能良好的無油開關,特別是免維護開關如真空開關,大大減少了維護工作量。

  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的檢測設備。當前開關柜之競爭不再是電氣和機械參數的競爭,而是質量和品牌的競爭。因此,只有采用新設備、新工藝和先進的信息管理軟件,加強質量管理,才能創建企業品牌,在激烈競爭中取勝。

  9. 負荷開關與環網柜發展空間大

       負荷開關和環網柜的產量有了很大增長,但12KV負荷開關與斷路器之比僅為1:2.3,而國外負荷開關與斷路器之比為5~6:1。這說明在我國負荷開關有很大的發展空間。由于環網柜內主要裝負荷開關,因而隨著負荷開關的發展,環網柜必有大的發展。

   又從“國家高壓電器質量監督檢驗中心2004年度發放的檢驗報告名錄”中了解到,SF6負荷開關和SF6環網柜已成主流產品,這也符合世界潮流。如德國二次配電用環網柜,90%以上都是SF6環網柜。

   SF6負荷開關一股做成模塊,此間有了很大發展,這表現在如下方面:(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構提供壓縮功;(2)殼體原先多為澆注樹脂殼體,現又出現了不銹鋼殼體。不銹鋼殼體強度大且可接地,更加安全;(3)原先SF6負荷開關模塊將母線外露?,F有的裝入SF6氣室內,不會觸電,增加安全感;(4)原先動刀位置主要靠指示,現在殼體設有大視盲,可直接觀察動刀位置,更直觀。

   負荷開關有產氣式、壓氣式、真空式、SF6式?,F明顯趨于SF6式,而且SF6式也有了如上述的發展。在我國,隨著二次配電技術的發展,SF6負荷開關和SF6環網柜必將有更大的發展,機不可失。

  10. 展望

   我國電力工業的大發展,為高壓開關行業帶來難得的發展機遇,高壓開關行業也有了很大進步;開發出許多新品,有的具有世界先進水平。今后要進一步增強技術自主創新能力,加大研發力度,以更加先進的優異產品裝備我國的電力工業。

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