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我国开关设备生产企业的概况


我国开关设备的发展概况和发展趋势(转载) 分类:转载的 字号: 大 中 小 李召家

2008-11-25 18:22

(广州南洋电器厂,广东广州 510050) 摘 要:以输、变、配电设备制造业中的开关行业为例,综述了开关生产企业的状况、生产能力,

以及开关产品的水平状况,对当前开关行业的研发热点和今后的发展趋势作

了详细的介绍和分析。 关键词:开关设备;生产企业;技术;现状;发展 1 我国开关设备生产企业的概况

建国以来,开关设备行业经过 50 多年的努力,特别是改革开放以来,“六五”至“九五”期间的 20 年的 努力,取得了很大的发展。 据 1998 年底的统计,参加高压开关行业协会的企业单位共有 654 家,未参加行业协会的企业约 500 家。因此,我国高压开关行业制造厂家约 1 100 家,职工总数约 31 万人。 据 2000 年对 194 家中压开关企业的统计 [1] ,12 kV 真空断路器总产量为 89 680 台,产量在 1 000 台以上者 27 家,这 27 家企业共生产 12 k V 真空断路器 60 886 台,占 194 家企业总产量的 68%;12 kV 金属封闭开关设备总产量为 77 782 面,产量在 1 000 面以上者 21 家,这 21 家企业共生产 12 kV 中压开 关柜 41 729 面,占 194 家企业总产量的 54.07%。 据 1999 年对广东省 15 家 12 k V 中压开关生产企业的统计,12 kV 真空断路器(户内和户外)产量 达 700~800 台的仅 2 家,15 家企业的总产量为 3 157 台,占全国统计 207 家生产企业总产量的 4.4%; 而 12 kV 中压金属封闭开关设备产量为 5 898 面,占全国产量的 8.1%。 2 我国开关产品的现状

IEC 标准(IEC38,IEC298,IEC439)和欧洲标准规定:小于或等于 1.0 k V 的电压称为低压,1 ~72.5 kV 的电压称为中压,大于 72.5 kV 的电压称为高压。按国际大电网会议的规定,最大线电压为 400~1 000 kV 的电压称为超高压,1 000 k V 以上的电压称为特高压。所以,我国称 500 kV 电压为超高 压。 本文按上述规定界定低压、中压、高压、超高压和特高压。 2.1 SF6 高压开关设备 产品的技术水平

2.1.1

建国以来,我国高压开关设备的制造经历了多油—少油—无油(绝缘介质为 SF6 或真空)的阶段。

1

1971 年,由西安高压电器研究所牵头组织、自行但当时我国生产的 SF6 高压开关设备,其技术、经 济指标与国际水平相比是落后较多的。至“九五”期末(2000 年),我国已有 17 家企业可以生产 126kV 及 以上的高压开关设备,其中可以批量生产 252 k V 高压开关设备的有五大开关厂:沈阳高压开关厂、西安 高压开关厂、平顶山高压开关厂、北京开关厂、华通开关厂。在这五大开关厂中前三家企业具备生产 126 ~252 kV 气体绝缘线路断路器(GCB)和气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)的能力。西安高压电器研究 所还与西安高压开关厂、平顶山高压开关厂、浙江开关厂共同研制成功了 126kV 柜式 GIS(C-GIS,间 隔宽度为 1.3 m)。据不完全统计,在 20 世纪 90 年代(1990~1998 年),我国五大开关厂共生产 126 ~550 kV GIS2 111 间隔。 就目前我国通过引进技术生产或合作生产的 126~550 k V 高压开关装置的技术水平而言: a)126 kV 断路器可以做到额定电流 3 150 A,额定短路开断电流 40 kA(个别可达 50 k A),短路 开断次数 20 次,机械寿命 3 000 次。 b)252 k V 断路器已由 20 世纪 80 年代末的“双断口”进步到现在的“单断口”(电压可达到 363 k V, 额定电流可达 4 000 A,额定短路开断电流可达 50 kA),灭弧方式已发展到自能式灭弧,因而可以采用弹 簧操作机构。 c)可制造 550 k V“双断口”瓷柱式断路器。 d)对于 126 kVGIS 产品,北京开关厂、华通开关厂、平顶山高压开关厂的产品为母线三相共箱,间 隔分相;西安高压开关厂、沈阳高压开关厂可做到全三相共箱。126 kV GIS 间隔宽度一般都在 1.5 m 以 上,“九五”期末出现 1.2 m 间隔宽度的分相式产品。 e)对于 252 kV GIS 产品,西安高压开关厂、沈阳高压开关厂的产品为间隔分相,母线三相共箱。 广东省在“九五”时期之前还不能生产 126kVSF6 高压断路器,“九五”期间,广州高压电器厂(现已并 入广州南洋电器厂)消化、借鉴国外样机的技术,自行开发了 126 k VSF6 自能灭弧式高压断路器,其参 数为额定电压 126 k V,额定电流 2 500 A 和 3 150 A,额定短路开断电流 31.5 k A。 2.1.2 国产产品与国外产品的差距

目前,我国高压开关装置的电压等级只能达到 550 k V,产品的质量稳定性和使用可靠性与国外相比 尚有差距。国外一些大公司的高压断路器和 GIS 产品的电压等级已达到 800 k V 以上,如西门子公司、ABB 公司和 ALSTHOM 公司有 72.5~800 k V 的 GIS 系列产品,日本东芝公司和日立公司有 72.5~1 100 kV 的 GIS 系列产品。此外,对于 GIS 的小型化,施耐德公司已能做到 126 k VGIS 间隔宽度为 0.8 m。 2.2 中压开关及开关柜

从供电安全和维护方便出发,中压开关的无油化一直是我们努力的目标,“九五”期间,我国在这方面 有了很大的进步,至 2000 年,我国 12 k V 中压断路器产品无油化比例达 96.8%(其中 SF6 断路器占 9. 45%,真空断路器占 87.36%),而这一指标在“八五”期末仅为 57%。在“九五”期间,中压开关及开关柜 得到了长足的发展,这一方面得益于国家电力工业的发展,另一方面也得益于从 1998 年开始的城乡电网 改造的带动。 2.2.1 中压真空开关 2

中压真空开关在技术性能上得到了很大的提高。我国自行开发的 ZN28 型真空开关额定电流最大为 4 000A,额定短路开断电流最大为 63 kA。在国内市场上已成就了一批较为知名品牌的产品,如:ZN28 型 (西安高压电器研究所开发)、ZN18 型(广州南洋电器厂生产)、ZN12 型(北京开关厂生产)、ZN21 型(福州第一开关厂生产)、ZN64 型(厦门 ABB 公司生产,其型号标记为 VD4)和 ZN63 型(西安森原 公司生产)等中压真空开关的系列产品。这些品牌的产品机械寿命一般都达到 10 000 次(连续无故障), 有的达到 2 万次,个别达到 6 万次,短路开断次数一般都达 30 次,有的达到 50 次或以上。 市场竞争的结果使中压真空开关的技术参数不断提高,原电力部制订的行业标准 DL402—1991《交 流高压断路器订货技术条件》规定的要通过 1.1 倍额定电流温升,4 s 的动热稳定,几乎成为制造行业实 际执行的标准,现在绝大多数的产品都能达到这一条件。 在产品朝高参数发展的同时,开关结构也得到不断的改进和提高,在“九五”期末出现了永久磁铁的操 作机构,可望在进一步提高机械寿命的同时,操作机构更简单、可靠。 2.2.2 中压开关柜

在中压开关发展的同时,中压开关柜(成套设备)在“九五”期间也得到了同步的发展,开关柜采用了 性能良好的元器件,如上所述的 ZN28 型、ZN18 型、ZN12 型和 ZN21 型等开关;采用了新型隔离开关和 接地开关,如旋转型隔离开关、三工位隔离开关和具有短路关合能力的接地开关等,可满足不同型式柜体 的要求,同时也提高了开关柜的性能;采用了新一代的附件,包括带电显示装置、电缆附件、热(冷)缩 绝缘材料;采用了敷铝锌板,无须表面处理和防锈。 “九五”期末,智能化的中压开关柜发展迅速,集控制、保护和测量于一体的微机综合继电保护装置几 乎取代了传统的电磁式继电保护装置。柜的防护等级一般都达到 IP3 X,个别达到 IP4 X,很多柜型还通过 了内部故障试验。在柜型方面,老式的 GGIA 型固定柜基本被淘汰,用户大量使用手车柜,手车柜中除落 地式外还出现了中置柜、双层柜(KYN59 型)等。 “九五”期间另一个令人瞩目的变化是中压负荷开关及负荷开关柜的使用和生产大幅度增加。为提高城 市供电可靠率,采用环网供电方式的越来越多,使负荷开关和环网开关单元的使用大量增加。据统计,1996 年全国生产负荷开关 20 873 台,生产环网柜 8 523 面;而 2000 年生产负荷开关 25 865 台,生产环网柜 23 975 面 负荷开关产量增加了 23% 环网柜产量是 1995 年的 3 倍 , , (缘于负荷开关采用进口产品的较多) 。 负荷开关和环网单元在品种上也增加了,现在不仅有压气式和产气式负荷开关,还有真空负荷开关、 SF6 负荷开关,以及将它们组装而成的环网单元,还有全密封充气(SF6)的环网单元。但是,负荷开关 和环网单元因其本身功能简单和受使用场所的限制,除品种和质量外,在性能和参数上并无更多的发展。 2.2.3 12 kV 柱上户外断路器、自动重合器和分段器

“九五”期间柱上断路器、自动重合器和分段器得到了发展。柱上断路器由原来的以变压器油或 SF6 为绝缘介质,发展到真空柱上断路器(外绝缘浸油或充以 SF6)或干式柱上断路器(外绝缘为环氧树脂浇 注或有机硅绝缘材料);额定短路开断电流由 12 kA 发展到 16 kA 和 20 kA;操作机构有弹簧机构,“九五” 期末又出现了双稳态永磁机构(西安高压电器研究所设计),减少零件 60%以上;控制器的电源由锂电池 供电,无需外接电源。 2.2.4 广东省的情况

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在“九五”期间,广东省的中压开关、开关柜及其它开关装置的生产也得到了很大发展。产品达到了高 参数,如 ZN28 型开关装置的额定电流为 4 000 A,额定短路开断电流为 50 k A;ZN18 型开关装置的额定 电流为 4 000 A,额定短路开断电流为 40 k A,且满足我国电力行业标准的要求,机械寿命可达到 2 万次, 短路开断次数可达到 40 次。能生产多种型号、规格的环网开关及开关柜,环网开关柜的产量占全国前 10 名厂家总产量的 1/3,占全国产量的 1/5,有一家开关厂的 SF6 柱上开关产量排在全国前 5 名之内,重 合器、分段器等产品也都已面市。 2.2.5 国产产品与国外产品的差距

我国中压开关及开关柜的产品与国外产品的差距是参数还不够高。国外中压开关的额定电流可达到 5 000 A,额定短路开断电流达到 63 kA,较多产品的机械寿命达到 3 万次,个别达到 6 万次,10 年以上不 需润滑,免维护。国外开关产品的质量,特别是真空灭弧室的质量稳定,开关产品工艺细致,外形美观(如 VD4 型开关)。中电压开关柜一般都采用微机型综合继电保护装置,另外还有相当比例的 C-GIS(40.5 kV)占领着我国的市场,而这一点在我国还是空白。 柱上开关及自动重合器、分段器与国外的主要差距是现有柱上开关偏重断路器的生产和研究,注重 短路开断容量,而柱上负荷开关品种少,还不能完全满足城市架空网络的分段隔离。另外,产品漏气或渗 油也是国产柱上开关与国外产品的差距之一。 3 开关技术和设备的发展趋势 高压、超高压、特高压技术及产品

3.1

进入 21 世纪,我国的输、变电设备将向更高的电压等级迈进。随着西部大开发战略的实施,西电东 送,西北地区将上 750 k V 电压等级的电网,我国将上 1 200 k V 电压等级的电网。随着 2004 年黄河上游 公佰峡水电站的投产发电 我国第 1 条 750 k V 输电线路将在西北电网建成 750 k V 电压等级电网的启动, , 。 预示着我国另一个特高压等级 1 000 k V 或 1 200 kV 工程的启动也不是长远的和不可及的事情。 新一级特高压等级的出现,将面临许多技术方面的问题,如基础研究(包括对生态和环境的影响)、 输电线路(线路充电容量、线路损耗等)、变电所和电气设备。需要重点攻关的设备有: a)断路器。我国现在只能制造 500 kV 的双断口 SF6 断路器(理论上讲,1 200 k V 断路器可能是 三断口),如何减少更高电压等级的断路器的断口,使体积减小,工作可靠,这是要重点攻关的课题。 b)绝缘子。我国已能生产最大承受拉力为 294 k N 的玻璃绝缘子和合成绝缘子,发展到更高一级电 压,需要研究最大承受拉力为 392 k N 和 490 k N 的绝缘子。 3.1.1 GIS 的发展趋势

西部大开发,带来水电大开发,水电站一般建在崇山峻岭中,可供建筑的面积小;城网改造,220 k V 高电压直入负荷中心,闹市之中尺土寸金。GIS 占地面积小,10 年以上免维护,这就正好发挥它的优势, 因此未来的发展,GIS 的需求将大量增加。 GIS 的发展趋势有两方面:72.5~330 k VGIS 三相共箱化和复合化;550 k V GIS 的断路器部分由 双断口减为单断口,1 100 k V GIS 减为双断口,从而实现小型化。

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三相共箱化是将主回路元件的三相装在公用的接地外壳内,内充 SF6 气体绝缘,并用环氧树脂浇铸 绝缘子加以支撑和分隔。目前,对于 500 k VGIS 一般只做到母线三相共箱化,元件三相分箱。三相共箱化 可缩小间隔宽度,如西门子 8 DN8 型 72.5~145 kV GIS 为三相共箱式结构,其占地面积仅为普通型 GIS (分相式)的 50%,间隔宽度仅为 0.8 m;日本的 275 kV 三相共箱式 GIS,将占地面积缩小了 30%。 复合化是将断路器、电压互感器、隔离开关和接地开关共置于一个充 SF6 气体的罐内,由于线路侧 元件复合化了,故大大减少了气罐的数量,也减少了密封部位和密封长度,加工简单,体积缩小。 3.1.2 紧凑型组合式户外高压开关设备的开发

将断路器、隔离开关、接地开关、电流互感器和电压互感器有机地组合,使之成为紧凑型组合式开 关设备,这种设备大大节省变电站的占地面积,占地面积为敞开式开关设备的 60%,简化了安装工序(整 体运输),减少了维护费用。这种设备的价格比敞开式贵少许,但比 GIS 便宜很多,可节省投资。例如我 国江阴市某变电站从 ABB 公司引进了 145 k V 紧凑型组合式开关设备,其综合造价只比采用常规敞开式开 关设备的方案增加 10%。因此,对这种技术、经济指标先进的紧凑型高电压设备,我们在“十五”期间应加 紧研制。 3.1.3 自能式 SF6 断路器的发展

为提高断路器的可靠性,降低操作功,20 世纪 80 年代以来,利用电弧本身能量灭弧的自能灭弧结构 开始问世,其工作原理一般称为自膨胀原理,或称为热膨胀原理和自能式灭弧原理。它是在短路开断时用 电弧自身的能量加热 SF6 气体形成压力差吹弧,在开断小电流时用压气助吹熄弧。由于自能式灭弧是利用 电弧自身的能量灭弧的,减少了灭弧室所需的压气能量,从而减少了操作功,其操作功仅为单压式的 1/4 ~1/3,故可以使用可靠性较高的弹簧操动机构,免除了液压气动机构的漏液、泄气隐患,提高了系统的 可靠性和安全性。 SF6 自能式灭弧断路器出现于 20 世纪 80 年代中期,90 年代后期已进入第二代自能式灭弧,现在 ALSTHOM 公司和 AEGT&D 公司声称已发展到 420 k V 电压等级。 “九五”后期,我国一些厂家已研发出 126 k V 自能式 SF6 断路器,如原广州市高压电器厂于 1998 年 通过鉴定的 126 k V 电压等级、额定电流 2 500 A、额定短路开断电流 31.5 kA 的自能式 SF6 断路器。自 能式灭弧断路器有操动机构简单的优点,但当短路开断容量增大时,开断速度受电弧本身能量的限制而不 能提高,这是今后要努力解决的问题。 3.1.4 超高压 SF6 断路器智能操作的研究

随着微型计算机的广泛应用,断路器的智能化问题亦随之提出,一种新型的断路器正在研究和兴起, 这就是智能操作断路器。 智能操作断路器是根据所检测到的电网中开关开断前一瞬间的各种工作状态信息,自动选择和调整 操动机构以及与灭弧室状态相适应的合理的预定工作条件,以改变现有断路器的单一分闸特性。例如,在 无载时以较低的分闸速度开断,而在系统故障时又以较高的分闸速度开断等。这样,就可获得开断时电气 和机构性能上的最佳开断效果。 智能操作的优越性在于:

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a)断路器的正常开断操作可在较低速度下进行,从而减少断路器开断时的冲击力和机械磨损,不仅 可减少机械故障和提高可靠性,还能提高断路器的操作使用寿命。 b)改变现有的试探性自动重合闸而成为自适应的自动重合闸,即做到在短路故障开断后,如故障仍 存在,则拒绝重合;只有待故障消除后,才能重合,给系统的稳定带来好处。 c)实现定相合闸,降低合闸操作过电压,取消合闸电阻,进一步提高可靠性。 d)实现选相分闸,控制实际燃弧时间,使断路器起弧时间控制在燃弧的最佳相位角,不受系统燃弧 时差要求的限制,从而提高断路器的实际开断能力。 3.2 中压技术及产品

目前我国中压等级的产品,产量最多的还是 12 k V 电压等级的断路器及其成套装置,而且真空类占 87%,所以下面主要分析 12 k V 的真空断路器及其成套装置。 3.2.1 高参数的中压真空断路器及发电机出口断路器 真空断路器

3.2.1.1

我国现在 12 k V 真空断路器已可做到额定电流 4 000 A,额定短路开断电流 50 kA,少数可做到额定 短路开断电流 63 kA,基本上能满足配电的要求,但对于一些特殊场合,如发电厂、某些冶金和化工企业 的厂用电系统,,还需要更高参数的产品。对于高参数产品的开发,不仅可满足市场的需要,还可提高制 造厂产品的成套供货能力,扩大市场覆盖面。 真空断路器的高参数除了反映在额定电流和短路开断的能力上,还反映在机械寿命上,如用在炼钢 电炉上的真空断路器,电炉每天操作几十次,要求真空断路器的机械寿命为 6 万~12 万次,西门子公司的 3 AH4 型真空断路器,就用于电炉上,其操作次数机械寿命为 12 万次。 3.2.1.2 发电机出口断路器

额定电压 24 k V,额定电流 12 500 A 和额定短路开断电流 125~240 kA 的真空发电机断路器是直接 连接在发电机和升压变压器之间,用以保护发电机的电气设备,由于制造技术上的原因,这种发电机断路 器一般都价格昂贵。据国际大电网会议调查,全世界有 50%的核电厂和超过 10%的火电厂采用了发电机 断路器,我国目前仅有沈阳高压开关厂能够生产这种断路器(SF6 型)。 发电机断路器有少油型、压缩空气型、SF6 型和真空型。由于现在发电机单机容量越来越大,据悉 原国家电力公司已有规定,今后火电厂要增加新的燃煤机组,至少要 300 MW 以上,这就使得短路开断能 力差的少油型和压缩空气型断路器已不适用,SF6 型及真空型断路器逐渐成为主流。 对发电机断路器的要求大致有三方面:第一是额定值,需要具有很大的额定电流,如 300 MW 的机 组,额定电流为 13 000 A,另外还需要具备很大的额定短路开断电流和额定短路关合电流,其值远远大于 同级别的输配电断路器。第二是开断性能,除需要具备很大的短路开断能力之外,还需要具备有非对称开 断的能力,其短路开断电流的直流分量衰减时间达 133 ms,另外,还要具备失步开断的能力。第三是固有 瞬态恢复电压,发电机的瞬态恢复电压上升率的数量级为 k V/?s,所以对发电机断路器,除了满足一般 的开关制造标准外,还要满足专用标准 GB/T14824—1993《发电机断路器通用技术条件》的要求。 6

沈阳高压开关厂研制成功的 LN-24 型 SF6 发电机断路器的参数为 额定电压 24 k V 额定电流 8 000 : , A 或 12 500 A,额定短路开断电流 80 kA 或 100 kA。1991 年西门子公司推出的 8BK41 型真空发电机断路 器的参数为:额定电压 7.2~17.5kV,额定电流 4 000~12 000 A,额定短路开断电流 40~80 kA。 在发电机断路器的产品上,真空型与 SF6 型相比,其开断性能和操作可靠性两者相当,但在价格上, 后者因为制造工艺复杂,加工成本很高,所以价格相应就高。发电机断路器电压等级一般处在中压领域, 中压领域的主流是真空断路器,所以开发发电机断路器也是今后真空开关厂的一个重要的课题。 3.2.2 永磁操动机构的中压真空断路器

永磁操动机构是 20 世纪 90 年代中、后期兴起的,它是继电磁操动机构和弹簧操动机构之后兴起的 一种新型操动机构,由于这种机构运动链少,零件数少,只是弹簧机构的 40%以下,从而提高了可靠性, 适合于频繁操作的场合。 永磁操动机构目前需要解决的问题是: a)对于开距较大的高压真空断路器(例如 63kV 真空断路器的开距约 36 mm,是 12 kV 真空断路器 的 3~4 倍),要获得足够的电磁驱动力,需要较大的磁系统和可控充放电电源; b)对于电子控制装置,需要高可靠性。 3.2.3 同步中压断路器与电子操动[2]

继永久磁铁机构的 VM1 型开关开发成功后,国外的公司又正在开发一种新的受控开关技术,即所谓 “同步”或“选相”操作,可以避免或缩短操作的瞬态过程及其对电网的扰动。 同步操作一般是开关“零电压时关合”或在“零电流时分断” (电流自然过零,而不是强迫过零时分断), 如能做到这一点,断路器的分断能力就可以大大提高,同时对电网造成的过电压也可大大降低。如一台低 成本的负荷开关若能保证在电流接近零时快速分开触头,就可以分断相当大的短路电流;在关合电容器组 时,如果能选相合闸,就可以避免系统的不稳定,克服容性负载的合闸涌流与过电压。 永久磁铁的操动机构,避免了弹簧机构在脱扣释放后运动的不确定性和不可控性。同时借助于光电 传感器的光、电信号的转换和数字电路的接口,控制精度在 ?s 数量级,就可以准确地执行光电指令信号, 使得在弹簧机构的机械系统中很难实现的闭环控制成为可能。所以,同步开关的研究与实践在近年来有了 进展。 3.2.4 12~40.5 k V 中压成套装置

12 kV 成套装置是城乡电网改造中的主打产品,其发展趋势是智能化,小型化,轻型化,少(免)维 护,高可靠性。 目前市场上流行的 12 kV 金属封闭开关设备主要有 KYN1 型 (西安高压电器研究所统一设计) KYN2 、 型(广州南洋电器厂生产) 、KYN3 型(天水长城开关厂生产) 、KYN4 型(福州第一开关厂生产) 、KYN18 型(北京开关厂生产)、KYN28 型(西安森源公司生产)、KYN29 型(广州南洋电器厂生产)、KYN33 型(厦门 ABB 公司生产,型号标记为 ZS1)、JYN1 型(西安高压电器研究所设计)、JYN2 型(原广州 高压电器厂生产)、JYN3 型(天水长城开关厂生产)和 JYN6 型(华通开关厂生产)。除以上这些成套装 7

置外,还有一些未列出的型号,都是空气绝缘柜,款式多,基本上可满足当前市场对开关柜性能的需要, 但进一步缩小体积,实现少(免)维护,仍然是以开发和发展 C-GIS 为主导方向。 3.2.5 12~72.5 k VC-GIS(充气柜)

充气柜是将诸如母线、断路器、隔离开关和互感器等高压元件封闭在充有较低压力(一般为 0.02 ~0.04 MPa)气体的壳体(柜)内,由于用 SF6 作绝缘气体,可大大缩小不同电位的金属带电体之间的 绝缘间距,从而大大缩小柜体的尺寸,使柜体向小型化方向发展。同时,由于它是全密封的(或主要部分 密封),可不受外界环境(如凝露、污秽、高原、高寒、化学腐蚀等恶劣环境)的影响,提高了使用的安 全性和可靠性,如果柜内配用真空开关(或 SF6 开关),就可实现少(免)维护,如果再配用智能型的综 合继电保护装置就组合成智能免维护柜。 国外在 20 世纪 80 年代初已推出充气柜,1982 年西门子公司率先推出充气柜,而我国当时可说是还 处于起步阶段。国外有西门子公司的 8DC11 型、ABB 公司(德国)的 ZVZ 型和 ZXZ 型、AEGT&D 公司 的 WS 型、东芝公司的 GD 型等。西安高压电器研究所已研制出额定电压 40.5 k V,额定电流 1 250 A, 额定短路开断电流 25 kA 的 C-GIS,外形尺寸(宽×高×深)为 800 mm×2 450 mm×1 300 mm,体积为 传统开关柜产品体积的 1/4,节省占地面积 31%。 为实现高档化、小型化和免维护,我国今后的中压成套设置仍以 C-GIS 为主导方向。 3.2.6 智能化中压柜、新型传感器

近年来,城网改造对配电自动化的要求日益提高,传统的电磁式继电器已不能满足需要,电子技术、 计算机技术的发展给配电自动化水平的提高提供了可能,高压开关技术与微电子技术、计算机技术、信息 传输技术相结合,产生了新一代的智能化开关设备。 智能化开关设备由三大部分组成,开关设备、以计算机为主的控制与保护单元(目前主要是微机综 合继电保护装置)和以现代传感器为主的信息采集系统(电流、电压和温度测量等)。 目前,采用微机综合继电保护装置的高压开关柜越来越多,采用这种装置的成套设备,其柜内空间 较以往的电磁式继电器要宽松,主要表现在仪表室,但从根本上而言,目前柜的体积尺寸并未缩小,因为 电流互感器和电压互感器仍是电磁式的,它们所占的空间占据了整个柜的 1/3,仪表室虽空,但无法安排 其它用途。所以,目前及以后重点开发的任务是采用新型的传感器,用以代替电流互感器和电压互感器。 长时期以来,我们一直使用的电流互感器和电压互感器,由于它们由铁磁材料做成,存在饱和的问题,所 以线性度差,为分别满足测量和保护(控制)的需要,往往要采用不同规格、性能的电流互感器和电压互 感器,分别担任保护和测量的功能。另外,它们还存在着铁磁谐振的隐忧,而体积大,则是显而易见的。 近年在国外的成套设备中已采用了体积小得多的新型传感器。 3.2.6.1 电流传感器——Rogowski 线圈

Rogowski 线圈是一个环形螺管线圈,将传导电流的导体穿过环形线圈中心,传感器的输出电压 u 正 比于位于环形线圈中心的导体中流过的电流 i 的导数, u=Ldi/dt.(1) 式中,L 为线圈的电感,其值决定于线圈的几何结构(匝数等)。 8

为测得电流 i,还要经过运算,由式(1)得 这可以通过计算机的运算或积分电路(模拟电路)求得。 由于线圈无铁心,所以它有很多好处: a)动态量程大,线性度好,控制保护和测量功能可以兼得,无需采用两套互感器; b)尺寸小,质量轻,可在开关柜内最佳利用空间,也易于与其它配电装置组合; c)安全性好,不存在电流互感器开路的问题; d)成本较低,易于实现标准化和进行应用推广。 3.2.6.2 光纤电压传感器(OVT)

光纤电压传感器分无源 OVT、有源 OVT 两类共 6 种。目前用得较多的是传光型无源 OVT,它是基 于 POCKELS 光线性光电效应的。这一效应是:在电场(或电压)的作用下,透过某些物质的光发生双折 射,双折射光波之间的相位差与外加电压或电场强度成正比,检测出相位差,即可检测出电压或电场强度 的大小。 光电电压传感器的动态量程大,响应速度快,可适应电子式测量,保护与控制功能可综合在一起, 尺寸小,质量轻,具有高可靠性与电磁兼容性,安全性好。 当采用了现代传感器与微机综合继电保护装置后,其信号全是数字式信号,接口的信号处理也方便, 通过这样的组合,新一代的智能化成套装置就出现了。 3.3 低压技术及产品

近年来,城市工业用电、商业用电、居民用电、城镇乃至乡村用电大幅度增加,据有关资料,城市 居民区用电量约增加 5 倍,而且有继续增长的趋势,商业和宾馆建筑用电负荷更大,据统计,现在一座高 层建筑的用电负荷可达到 8~10 MW,甚至 20 MW,因而提高变压器容量势在必行,为此还需要发展大容 量、高性能的新型低压开关设备。另一方面环网供电方式的增加使故障点短路电流相应增大,因此,需要 具有高分断能力的低压开关设备,而随着供电可靠性和配电自动化的发展,相应地就要求低压开关具备遥 控、遥测、遥信、遥调的“四遥”功能,且可靠性和安全性要高。 所以,低压开关的发展趋势是高参数,大容量,多用途,智能化。 3.3.1 低压框架式断路器

我国 20 世纪 80 年代末、90 年代初以来,引进发展了几种新型断路器,其中比较典型的是 AE 型 (三 菱公司生产)、AH 型(寺崎公司生产)、3 WE 型(西门子公司生产)、ME 型(AEG 公司生产)和 DW15 型(国产)等断路器。90 年代我国发展了 DW45 型断路器,在智能化方面,国内也发展了几种智能装置, 其中比较有代表性的是江苏某厂生产的智能装置,已国产化的 AE 型开关及国产 DW45 型开关都配有这种 智能装置。

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目前,广州南洋电器厂生产的 AE 型开关是 20 世纪 80 年代中引进三菱公司技术生产的产品,引进 技术之后经过国产化并自行发展,已能做到额定电流 3 200 A,额定短路开断电流 65 kA,配上我国自行开 发的智能化装置,构成了可与计算机实现双向通信的智能型框架式断路器,处于国内先进水平。 3.3.2 低压真空断路器

采用真空灭弧方式的断路器,目前多数用在中压领域,由于真空灭弧方式将电弧密封在真空泡内, 不外露,主触头无需维修,寿命长,使用安全可靠,操作机构相对简单,鉴于这些优点,现在发展到将真 空灭弧室使用在低压领域。广州南洋电器厂与上海电力科学研究所等单位现在已联合开发了低压真空断路 器,额定电流 1 600 A,额定短路开断电流 50 kA,短路开断次数 20 次,而且采用智能化脱扣器,可与计 算机实现双向通信。这种低压真空断路器,可使用在环境恶劣或要求较高的场合;当价格降低后,可在一 般环境下使用,因其寿命长和安全可靠。 3.3.3 智能化可通信低压电器

智能化可通信低压电器是对当今用于配网自动化及其它对自动化要求较高的领域的一类低压电器的 总称。其主要特点是: a)产品自身带有集控制、保护、测量功能于一体的微处理器; b)产品带有通信接口,能与现场总线连接; c)产品采用标准化结构,具有互换性,内部可更换部件,采用模块化结构,如触头灭弧系统、操作 系统、脱扣器、框架和抽屉等,每个部分都成为一个完整的部件。 随着城乡电网改造的进一步深入,特别是随着企业信息化的发展,智能化可通信低压电器近两年发 展很快,不仅在工业用场所,而且在民用场所、民居场所也用得越来越多,它是低压电器的发展方向。 3.4 配电自动化技术的发展及产品 配电自动化技术的基本概念

3.4.1

配电自动化是当今国际上发展很快的技术。为发展配电自动化,近年相关产品及技术又有了发展。 配电自动化是指综合运用计算机、自动控制、和现代通信等技术手段,对配电网进行智能化监控管理(如 电网运行和运行计划的管理和优化、用户接口管理和控制等),使配电网始终处于安全、可靠、经济、优 质、高效的最优运行状态。配电自动 化包含了配电系统自动化与配电线路自动化。 配电自动化的基础和关键是配电线路自动化,它是指对配电线路的故障进行快速诊断,自动隔离, 以减少故障停电范围,恢复非故障段供电,提高供电可靠性。配电线路自动化的实现与输、变、配电设备 及开关设备有直接的关系。 3.4.2 配电线路自动化的模式配电线路自动化经历了 3 个模式:

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a)“重合器+分段器”模式,由自具功能的智能化开关就地切除与隔离故障,恢复完好区段供电,这 一模式无需通信手段。 b)远方监控自动化模式,在重合器、分段器或其它开关装置上加装远方终端装置(RTU)或馈线终 端装置(FTU),实行 SCADA 集中控制模式。切除故障恢复供电由开关与上位微机的通信来实现,这一 模式可在更短的时间内恢复供电。 c)计算机配电自动化,将远动控制主机与调度和变电所计算机自动化系统在线连接,实现配电系统 的以“四遥”为特征的计算机实时监控。 关于配电线路自动化,国内近几年几种模式都有,FTU 和 RTU、开关柜的综合继电保护装置(带通 信接口),以及重合器的智能重合控制器等产品都有面市。 3.4.3 现场总线技术

现场总线技术是当今自动化领域技术发展的热点课题,备受国内外自动化设备制造商与用户的关 注,据称现场总线技术的出现将带来自动化领域的一场革命。 根据 IEC 的标准定义:“安装在制造和过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字 式、双向串行传输、多点通信的数据总线称为现场总线”。具体来说,现场总线技术是将专用的微处理器置 入传统的测量仪表和各个执行电器(开关等)内,使它们各自都具有数字和数字通信能力,采用双绞线作 为总线把多个测量控制仪表连接成网络系统,并按公开、规范的通信协议,在位于现场的多个微机化测量 控制设备之间以及现场仪表与远程监控计算机之间,实现数据传输和信息交换,形成各种适应实际需要的 自动化配电系统。 采用现场总线技术的优点是: a)可以减少大量的隔离器件、端子和端子柜,以及 I/O 终端器件,这就大大节省了安装空间和面 积,并降低了故障率; b)由于实现了全数字化,使系统的信号精度大大提高; c)由于总线只是一根双绞线电缆或光纤,这就减少了大量的电缆和敷设电缆所需的桥架等安装材 料,节省了费用; d)实现彻底的分散控制,提高了系统的可靠性; e)组态简单,安装、运行、维修方便。 现场总线技术在国外的迅速发展是 20 世纪 80 年代中的事情,在我国只是在最近几年才起步,处于 选用国外流行的现场总线协议阶段,随着现场总线的发展,我们应大力开发可通信开关电器产品,使这样 的电器产品能与国际上流行的总线相连接,以构成总线控制系统。 4 结束语

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我国电力工业的发展,带动了输、变、配电设备制造业,高、中、低压开关及其成套设备制造业的 发展,而后者的发展又提高了电力供应的水平,促进了电力工业的发展。可以预计,在我国电力供应仍然 落后于发达国家的今天,我国的输、变、配电设备制造业在当今及今后相当长的一段时间,仍会有相当大 的发展空间。摆在输、变、配电设备制造业和开关行业制造厂家面前的问题是:如何生产高技术含量、高 质量水平的产品,满足电力工业不断发展的各种需要和服务。只有这样,开关行业、开关设备制造企业才 会生生不息,在市场竞争中立于不败之地。

我国开关设备生产企业的概况 建国以来,开关设备行业经过 50 多年的努力,特别是改革开放以来,“六五”至“九五”期 间的 20 年的努力,取得了很大的发展。 据 1998 年底的统计,参加高压开关行业协会的企业单位共有 654 家,未参加行业协会的 企业约 500 家。因此,我国高压开关行业制造厂家约 1100 家,职工总数约 31 万人。 据 2000 年对 194 家中压开关企业的统计,12 kV 真空断路器总产量为 89680 台,产量在 1000 台以上者 27 家,这 27 家企业共生产 12 kV 真空断路器 60886 台,占 194 家企业总产 量的 68%;12 kV 金属封闭开关设备总产量为 77782 面,产量在 1000 面以上者 21 家,这 21 家企业共生产 12kV 中压开关柜 41729 面,占 194 家企业总产量的 54.07%。 据 1999 年对广东省 15 家 12 kV 中压开关生产企业的统计,12kV 真空断路器(户内和户 外)产量达 700~800 台的仅 2 家,15 家企业的总产量为 3157 台,占全国统计 207 家生产 企业总产量的 4.4%; 12kV 中压金属封闭开关设备产量为 5898 面,占全国产量的 8.1%。 而 二、我国开关产品的现状 IEC 标准(IEC38,IEC298,IEC439)和欧洲标准规定:小于或等于 1.0kV 的电压称为低 压,1~72.5kV 的电压称为中压,大于 72.5kV 的电压称为高压。按国际大电网会议的规定, 最大线电压为 400kV~1000kV 的电压称为超高压,1000 kV 以上的电压称为特高压。所以, 我国称 500 kV 电压为超高压。 本文按上述规定界定低压、中压、高压、超高压和特高压。 (一)SF6 高压开关设备 1.产品的技术水平 建国以来,我国高压开关设备的制造经历了多油—少油—无油(绝缘介质为 SF6 或真空) 的阶段。1971 年,由西安高压电器研究所牵头组织、自行但当时我国生产的 SF6 高压开关 设备,其技术、经济指标与国际水平相比是落后较多的。至“九五”期末(2000 年) ,我国已 有 17 家企业可以生产 126kV 及以上的高压开关设备,其中可以批量生产 252 kV 高压开关 设备的有五大开关厂: 沈阳高压开关厂、 西安高压开关厂、 平顶山高压开关厂、 北京开关厂、 华通开关厂。在这五大开关厂中前三家企业具备生产 126kV~252kV 气体绝缘线路断路器

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(GCB)和气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)的能力。西安高压电器研究所还与西安高压 开关厂、平顶山高压开关厂、浙江开关厂共同研制成功了 126kV 柜式 GIS(C-GIS,间隔 宽度为 1.3 m) 。据不完全统计,在 20 世纪 90 年代(1990~1998 年) ,我国五大开关厂共生 产 126 kV~550kV GIS2 111 间隔。 就目前我国通过引进技术生产或合作生产的 126~550 k V 高压开关装置的技术水平而 言: (1) 126kV 断路器可以做到额定电流 3150A, 额定短路开断电流 40kA (个别可达 50kA) , 短路开断次数 20 次,机械寿命 3000 次。 (2)252kV 断路器已由 20 世纪 80 年代末的“双断口”进步到现在的“单断口”(电压可达 到 363kV,额定电流可达 4000A,额定短路开断电流可达 50kA) ,灭弧方式已发展到自能式 灭弧,因而可以采用弹簧操作机构。 (3)可制造 550kV“双断口”瓷柱式断路器。 (4)对于 126kVGIS 产品,北京开关厂、华通开关厂、平顶山高压开关厂的产品为母线 三相共箱,间隔分相;西安高压开关厂、沈阳高压开关厂可做到全三相共箱。126kVGIS 间 隔宽度一般都在 1.5 m 以上,“九五”期末出现 1.2 m 间隔宽度的分相式产品。 (5)对于 252kVGIS 产品,西安高压开关厂、沈阳高压开关厂的产品为间隔分相,母线 三相共箱。 广东省在“九五”时期之前还不能生产 126kVSF6 高压断路器,“九五”期间,广州高压电器 厂(现已并入广州南洋电器厂)消化、借鉴国外样机的技术,自行开发了 126kVSF6 自能灭 弧式高压断路器,其参数为额定电压 126kV,额定电流 2500A 和 3150A,额定短路开断电 流 31.5kA。 2.国产产品与国外产品的差距 目前,我国高压开关装置的电压等级只能达到 550kV,产品的质量稳定性和使用可靠性 与国外相比尚有差距。国外一些大公司的高压断路器和 GIS 产品的电压等级已达到 800kV 以上,如西门子公司、ABB 公司和 ALSTHOM 公司有 72.5kV~800kV 的 GIS 系列产品,日 本东芝公司和日立公司有 72.5kV~1100kV 的 GIS 系列产品。此外,对于 GIS 的小型化,施 耐德公司已能做到 126kVGIS 间隔宽度为 0.8 m。 (二)中压开关及开关柜 从供电安全和维护方便出发,中压开关的无油化一直是我们努力的目标,“九五”期间, 我国在这方面有了很大的进步, 2000 年, 至 我国 12kV 中压断路器产品无油化比例达 96. 8% (其中 SF6 断路器占 9.45%,真空断路器占 87.36%) ,而这一指标在“八五”期末仅为 57%。 在“九五”期间, 中压开关及开关柜得到了长足的发展, 这一方面得益于国家电力工业的发展, 另一方面也得益于从 1998 年开始的城乡电网改造的带动。

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1.中压真空开关 中压真空开关在技术性能上得到了很大的提高。我国自行开发的 ZN28 型真空开关额定 电流最大为 4000A,额定短路开断电流最大为 63kA。在国内市场上已成就了一批较为知名 品牌的产品,如:ZN28 型(西安高压电器研究所开发) 、ZN18 型(广州南洋电器厂生产) 、 ZN12 型(北京开关厂生产) 、ZN21 型(福州第一开关厂生产) 、ZN64 型(厦门 ABB 公司 生产,其型号标记为 VD4)和 ZN63 型(西安森原公司生产)等中压真空开关的系列产品。 这些品牌的产品机械寿命一般都达到 10000 次(连续无故障) ,有的达到 2 万次,个别达到 6 万次,短路开断次数一般都达 30 次,有的达到 50 次或以上。 市场竞争的结果使中压真空开关的技术参数不断提高,原电力部制订的行业标准 DL402—1991《交流高压断路器订货技术条件》规定的要通过 1.1 倍额定电流温升,4s 的动 热稳定,几乎成为制造行业实际执行的标准,现在绝大多数的产品都能达到这一条件。 在产品朝高参数发展的同时,开关结构也得到不断的改进和提高,在“九五”期末出现了 永久磁铁的操作机构,可望在进一步提高机械寿命的同时,操作机构更简单、可靠。 2.中压开关柜 在中压开关发展的同时,中压开关柜(成套设备)在“九五”期间也得到了同步的发展, 开关柜采用了性能良好的元器件,如上所述的 ZN28 型、ZN18 型、ZN12 型和 ZN21 型等开 关;采用了新型隔离开关和接地开关,如旋转型隔离开关、三工位隔离开关和具有短路关合 能力的接地开关等,可满足不同型式柜体的要求,同时也提高了开关柜的性能;采用了新一 代的附件,包括带电显示装置、电缆附件、热(冷)缩绝缘材料;采用了敷铝锌板,无须表 面处理和防锈。 “九五”期末,智能化的中压开关柜发展迅速,集控制、保护和测量于一体的微机综合继 电保护装置几乎取代了传统的电磁式继电保护装置。柜的防护等级一般都达到 IP3X,个别 达到 IP4X,很多柜型还通过了内部故障试验。在柜型方面,老式的 GGIA 型固定柜基本被 淘汰,用户大量使用手车柜,手车柜中除落地式外还出现了中置柜、双层柜(KYN59 型) 等。 “九五”期间另一个令人瞩目的变化是中压负荷开关及负荷开关柜的使用和生产大幅度增 加。为提高城市供电可靠率,采用环网供电方式的越来越多,使负荷开关和环网开关单元的 使用大量增加。 据统计, 1996 年, 全国生产负荷开关 20873 台, 生产环网柜 8523 面; 2000 而 年生产负荷开关 25865 台,生产环网柜 23975 面,负荷开关产量增加了 23%,环网柜产量 是 1995 年的 3 倍(缘于负荷开关采用进口产品的较多) 。 负荷开关和环网单元在品种上也增加了,现在不仅有压气式和产气式负荷开关,还有真 空负荷开关、SF6 负荷开关,以及将它们组装而成的环网单元,还有全密封充气(SF6)的 环网单元。 但负荷开关和环网单元因其本身功能简单和受使用场所的限制, 除品种和质量外, 在性能和参数上并无更多的发展。

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3.12kV 柱上户外断路器、自动重合器和分段器 “九五”期间柱上断路器、自动重合器和分段器得到了发展。柱上断路器由原来的以变压 器油或 SF6 为绝缘介质,发展到真空柱上断路器(外绝缘浸油或充以 SF6)或干式柱上断路 器(外绝缘为环氧树脂浇注或有机硅绝缘材料) 额定短路开断电流由 12kA 发展到 16kA 和 ; 20kA;操作机构有弹簧机构,“九五”期末又出现了双稳态永磁机构(西安高压电器研究所 设计) ,减少零件 60%以上;控制器的电源由锂电池供电,无需外接电源。 4.广东省的情况 在“九五”期间,广东省的中压开关、开关柜及其它开关装置的生产也得到了很大发展。 产品达到了高参数, ZN28 型开关装置的额定电流为 4000 A, 如 额定短路开断电流为 50kA; ZN18 型开关装置的额定电流为 4000 A,额定短路开断电流为 40kA,且满足我国电力行业 标准的要求,机械寿命可达到 2 万次,短路开断次数可达到 40 次。能生产多种型号、规格 的环网开关及开关柜,环网开关柜的产量占全国前 10 名厂家总产量的 1/3,占全国产量的 1/5,有一家开关厂的 SF6 柱上开关产量排在全国前 5 名之内,重合器、分段器等产品也都 已面市。 5.国产产品与国外产品的差距 我国中压开关及开关柜的产品与国外产品的差距是参数还不够高。国外中压开关的额定 电流可达到 5000A,额定短路开断电流达到 63kA,较多产品的机械寿命达到 3 万次,个别 达到 6 万次,10 年以上不需润滑,免维护。国外开关产品的质量,特别是真空灭弧室的质 量稳定,开关产品工艺细致,外形美观(如 VD4 型开关) 。中电压开关柜一般都采用微机型 综合继电保护装置,另外还有相当比例的 C-GIS(40.5kV)占领着我国的市场,而这一点 在我国还是空白。 柱上开关及自动重合器、分段器与国外的主要差距是现有柱上开关偏重断路器的生产和 研究,注重短路开断容量,而柱上负荷开关品种少,还不能完全满足城市架空网络的分段隔 离。另外,产品漏气或渗油也是国产柱上开关与国外产品的差距之一。

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一、我国开关设备生产企业的概况 建国以来,开关设备行业经过 50 多年的努力,特别是改革开放以来,“六五”至“九五”期 间的 20 年的努力,取得了很大的发展。 据 1998 年底的统计,参加高压开关行业协会的企业单位共有 654 家,未参加行业协会的 企业约 500 家。因此,我国高压开关行业制造厂家约 1100 家,职工总数约 31 万人。 据 2000 年对 194 家中压开关企业的统计,12 kV 真空断路器总产量为 89680 台,产量在 1000 台以上者 27 家,这 27 家企业共生产 12 kV 真空断路器 60886 台,占 194 家企业总产 量的 68%;12 kV 金属封闭开关设备总产量为 77782 面,产量在 1000 面以上者 21 家,这 21 家企业共生产 12kV 中压开关柜 41729 面,占 194 家企业总产量的 54.07%。 据 1999 年对广东省 15 家 12 kV 中压开关生产企业的统计,12kV 真空断路器(户内和户 外)产量达 700~800 台的仅 2 家,15 家企业的总产量为 3157 台,占全国统计 207 家生产 企业总产量的 4.4%; 12kV 中压金属封闭开关设备产量为 5898 面,占全国产量的 8.1%。 而 二、我国开关产品的现状 IEC 标准(IEC38,IEC298,IEC439)和欧洲标准规定:小于或等于 1.0kV 的电压称为低 压,1~72.5kV 的电压称为中压,大于 72.5kV 的电压称为高压。按国际大电网会议的规定, 最大线电压为 400kV~1000kV 的电压称为超高压,1000 kV 以上的电压称为特高压。所以, 我国称 500 kV 电压为超高压。 本文按上述规定界定低压、中压、高压、超高压和特高压。 (一)SF6 高压开关设备 1.产品的技术水平 建国以来,我国高压开关设备的制造经历了多油—少油—无油(绝缘介质为 SF6 或真空) 的阶段。1971 年,由西安高压电器研究所牵头组织、自行但当时我国生产的 SF6 高压开关 设备,其技术、经济指标与国际水平相比是落后较多的。至“九五”期末(2000 年) ,我国已 有 17 家企业可以生产 126kV 及以上的高压开关设备,其中可以批量生产 252 kV 高压开关 设备的有五大开关厂: 沈阳高压开关厂、 西安高压开关厂、 平顶山高压开关厂、 北京开关厂、 华通开关厂。在这五大开关厂中前三家企业具备生产 126kV~252kV 气体绝缘线路断路器

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(GCB)和气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)的能力。西安高压电器研究所还与西安高压 开关厂、平顶山高压开关厂、浙江开关厂共同研制成功了 126kV 柜式 GIS(C-GIS,间隔 宽度为 1.3 m) 。据不完全统计,在 20 世纪 90 年代(1990~1998 年) ,我国五大开关厂共生 产 126 kV~550kV GIS2 111 间隔。 就目前我国通过引进技术生产或合作生产的 126~550 k V 高压开关装置的技术水平而 言: (1) 126kV 断路器可以做到额定电流 3150A, 额定短路开断电流 40kA (个别可达 50kA) , 短路开断次数 20 次,机械寿命 3000 次。 (2)252kV 断路器已由 20 世纪 80 年代末的“双断口”进步到现在的“单断口”(电压可达 到 363kV,额定电流可达 4000A,额定短路开断电流可达 50kA) ,灭弧方式已发展到自能式 灭弧,因而可以采用弹簧操作机构。 (3)可制造 550kV“双断口”瓷柱式断路器。 (4)对于 126kVGIS 产品,北京开关厂、华通开关厂、平顶山高压开关厂的产品为母线 三相共箱,间隔分相;西安高压开关厂、沈阳高压开关厂可做到全三相共箱。126kVGIS 间 隔宽度一般都在 1.5 m 以上,“九五”期末出现 1.2 m 间隔宽度的分相式产品。 (5)对于 252kVGIS 产品,西安高压开关厂、沈阳高压开关厂的产品为间隔分相,母线 三相共箱。 广东省在“九五”时期之前还不能生产 126kVSF6 高压断路器,“九五”期间,广州高压电器 厂(现已并入广州南洋电器厂)消化、借鉴国外样机的技术,自行开发了 126kVSF6 自能灭 弧式高压断路器,其参数为额定电压 126kV,额定电流 2500A 和 3150A,额定短路开断电 流 31.5kA。 2.国产产品与国外产品的差距 目前,我国高压开关装置的电压等级只能达到 550kV,产品的质量稳定性和使用可靠性 与国外相比尚有差距。国外一些大公司的高压断路器和 GIS 产品的电压等级已达到 800kV 以上,如西门子公司、ABB 公司和 ALSTHOM 公司有 72.5kV~800kV 的 GIS 系列产品,日 本东芝公司和日立公司有 72.5kV~1100kV 的 GIS 系列产品。此外,对于 GIS 的小型化,施 耐德公司已能做到 126kVGIS 间隔宽度为 0.8 m。 (二)中压开关及开关柜 从供电安全和维护方便出发,中压开关的无油化一直是我们努力的目标,“九五”期间, 我国在这方面有了很大的进步, 2000 年, 至 我国 12kV 中压断路器产品无油化比例达 96. 8% (其中 SF6 断路器占 9.45%,真空断路器占 87.36%) ,而这一指标在“八五”期末仅为 57%。 在“九五”期间, 中压开关及开关柜得到了长足的发展, 这一方面得益于国家电力工业的发展, 另一方面也得益于从 1998 年开始的城乡电网改造的带动。

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1.中压真空开关 中压真空开关在技术性能上得到了很大的提高。我国自行开发的 ZN28 型真空开关额定 电流最大为 4000A,额定短路开断电流最大为 63kA。在国内市场上已成就了一批较为知名 品牌的产品,如:ZN28 型(西安高压电器研究所开发) 、ZN18 型(广州南洋电器厂生产) 、 ZN12 型(北京开关厂生产) 、ZN21 型(福州第一开关厂生产) 、ZN64 型(厦门 ABB 公司 生产,其型号标记为 VD4)和 ZN63 型(西安森原公司生产)等中压真空开关的系列产品。 这些品牌的产品机械寿命一般都达到 10000 次(连续无故障) ,有的达到 2 万次,个别达到 6 万次,短路开断次数一般都达 30 次,有的达到 50 次或以上。 市场竞争的结果使中压真空开关的技术参数不断提高,原电力部制订的行业标准 DL402—1991《交流高压断路器订货技术条件》规定的要通过 1.1 倍额定电流温升,4s 的动 热稳定,几乎成为制造行业实际执行的标准,现在绝大多数的产品都能达到这一条件。 在产品朝高参数发展的同时,开关结构也得到不断的改进和提高,在“九五”期末出现了 永久磁铁的操作机构,可望在进一步提高机械寿命的同时,操作机构更简单、可靠。 2.中压开关柜 在中压开关发展的同时,中压开关柜(成套设备)在“九五”期间也得到了同步的发展, 开关柜采用了性能良好的元器件,如上所述的 ZN28 型、ZN18 型、ZN12 型和 ZN21 型等开 关;采用了新型隔离开关和接地开关,如旋转型隔离开关、三工位隔离开关和具有短路关合 能力的接地开关等,可满足不同型式柜体的要求,同时也提高了开关柜的性能;采用了新一 代的附件,包括带电显示装置、电缆附件、热(冷)缩绝缘材料;采用了敷铝锌板,无须表 面处理和防锈。 “九五”期末,智能化的中压开关柜发展迅速,集控制、保护和测量于一体的微机综合继 电保护装置几乎取代了传统的电磁式继电保护装置。柜的防护等级一般都达到 IP3X,个别 达到 IP4X,很多柜型还通过了内部故障试验。在柜型方面,老式的 GGIA 型固定柜基本被 淘汰,用户大量使用手车柜,手车柜中除落地式外还出现了中置柜、双层柜(KYN59 型) 等。 “九五”期间另一个令人瞩目的变化是中压负荷开关及负荷开关柜的使用和生产大幅度增 加。为提高城市供电可靠率,采用环网供电方式的越来越多,使负荷开关和环网开关单元的 使用大量增加。 据统计, 1996 年, 全国生产负荷开关 20873 台, 生产环网柜 8523 面; 2000 而 年生产负荷开关 25865 台,生产环网柜 23975 面,负荷开关产量增加了 23%,环网柜产量 是 1995 年的 3 倍(缘于负荷开关采用进口产品的较多) 。 负荷开关和环网单元在品种上也增加了,现在不仅有压气式和产气式负荷开关,还有真 空负荷开关、SF6 负荷开关,以及将它们组装而成的环网单元,还有全密封充气(SF6)的 环网单元。 但负荷开关和环网单元因其本身功能简单和受使用场所的限制, 除品种和质量外, 在性能和参数上并无更多的发展。

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3.12kV 柱上户外断路器、自动重合器和分段器 “九五”期间柱上断路器、自动重合器和分段器得到了发展。柱上断路器由原来的以变压 器油或 SF6 为绝缘介质,发展到真空柱上断路器(外绝缘浸油或充以 SF6)或干式柱上断路 器(外绝缘为环氧树脂浇注或有机硅绝缘材料) 额定短路开断电流由 12kA 发展到 16kA 和 ; 20kA;操作机构有弹簧机构,“九五”期末又出现了双稳态永磁机构(西安高压电器研究所 设计) ,减少零件 60%以上;控制器的电源由锂电池供电,无需外接电源。 4.广东省的情况 在“九五”期间,广东省的中压开关、开关柜及其它开关装置的生产也得到了很大发展。 产品达到了高参数, ZN28 型开关装置的额定电流为 4000 A, 如 额定短路开断电流为 50kA; ZN18 型开关装置的额定电流为 4000 A,额定短路开断电流为 40kA,且满足我国电力行业 标准的要求,机械寿命可达到 2 万次,短路开断次数可达到 40 次。能生产多种型号、规格 的环网开关及开关柜,环网开关柜的产量占全国前 10 名厂家总产量的 1/3,占全国产量的 1/5,有一家开关厂的 SF6 柱上开关产量排在全国前 5 名之内,重合器、分段器等产品也都 已面市。 5.国产产品与国外产品的差距 我国中压开关及开关柜的产品与国外产品的差距是参数还不够高。国外中压开关的额定 电流可达到 5000A,额定短路开断电流达到 63kA,较多产品的机械寿命达到 3 万次,个别 达到 6 万次,10 年以上不需润滑,免维护。国外开关产品的质量,特别是真空灭弧室的质 量稳定,开关产品工艺细致,外形美观(如 VD4 型开关) 。中电压开关柜一般都采用微机型 综合继电保护装置,另外还有相当比例的 C-GIS(40.5kV)占领着我国的市场,而这一点 在我国还是空白。 柱上开关及自动重合器、分段器与国外的主要差距是现有柱上开关偏重断路器的生产和 研究,注重短路开断容量,而柱上负荷开关品种少,还不能完全满足城市架空网络的分段隔 离。另外,产品漏气或渗油也是国产柱上开关与国外产品的差距之一。

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