电力开关设备未来的发展与进步

2010年10月29日 星期五

1 世界电力工业与电力设备的展望 　　

根据EIA发布的《能源展望2006》预测，从现在到2030年，电力工业的投资约需10万亿元左右。未来25年世界用电需求剧增，其中发展中占主要部分，2030年的用电量将是2003年的两倍。其中经济合作与发展组织将占总增长量的29%，非经济合作与发展组织占71%，用电量将从2003年的14781TWh增长到2015年的21690TWh和2030年的31016TWh。发电装机容量将从2003年的37100TW增长到2030年的63690TW，年均增长2%。到2010年中国发电装机容量将达到818GW，到2020年中国发电机装机容量将达到1186GW。 　　

有资料显示，电力设备行业2005年总的市场规模大约是558.78亿美元，过去几年平均增长速度为4%～5%，其中欧洲市场基本是零增长，主要依靠亚太市场拉动，中国近年的增长速度达35%。2005年中国电网建设了约80亿美元的市场需求，约占14%的市场份额。我国成为目前世界电网建设快的，这有利于输变电装备业的快速发展。 　

2 我国电力工业快速平稳增长 　　

根据“十一五”规划，电力工业预计新增装机容量近250GW，发电方面投资10000亿元，电网投资规模将达到12000亿元。截至2006年底，我国发电装机容量达到620GW，同比增长20.3%，其中水电达128.57GW，约占总容量的20.67%，火电达484.05GW，约占总容量77.22%。 　　

2006年，我国发电量达到2824.8TWh，增长14%，其中城乡居民生活用电量为324TWh，增长14.7%。预计“十一五”末，我国发电装机容量将接近800GW，届时，水电、核电、清洁煤发电和新能源发电等清洁电力比重将过35%。 　　

3 高压开关行业呈现快速增长的态势 　　在电网中，高压开关设备起控制和保护作用，随着高压开关设备的关合，的电力源不断地流向千万个用户，而当线路发生故障（如短路）时，开关能当机立断，能在数十秒内切除故障，保障线路及重大设备的。因此，高压开关设备对线路的运行至为重要。电网的大发展开关设备的大发展，开关设备必将有更大的市场和发展空间。 　　

根据高压开关行业2006年的统计资料，2005年高压开关行业呈现出了快速增长的态势，主要表现在行业主要经济指标大幅攀升，生产企业规模扩大，技术不断进步，生产管理水平有了进一步。根据对2005年高压开关行业主要生产企业的统计资料，全年完成了工业总产值660.37亿元。 　　

我国电力工业的持续快速发展，为高压开关制造业提供了广阔的发展空间，这从各类型高压开关产品产量逐年增长上可明显看出。根据高压开关行业统计数据表明，2005年相比2004年各类高压开关产品的产量都有明显增长。 　　

4 中压金属封闭开关设备技术标准的进步 　　

近年来，金属封闭开关设备有了很大发展，技术上取得了长足进步，这可从标准的修订中看出。 　　

修订的IEC60298标准《额定电压1kV以上52kV及以下的交流金属封闭开关设备和控制设备》（第4版）采用新编IEC62271-200（1版）作为新版标准，于2003年11月发布。我国相应修订的《GB3906-20063.6～40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备》标准于2006年8月正式批准，于2007年3月正式实施，从实施之日起代替GB3906-1991。 　　IEC和GB标准的修订适应了目前开关设备的技术水平，在这期间，开关设备的设计、制造、试验、运行均发生了较大的变化，水平得到了大幅。 　　

标准的修订，主要集中在以下几个方面。 　　

一，适应开关设备的技术水平。前版标准的技术放在以空气缘的开关设备上，采用抽屉式或手车式结构型式，而将以固定式开关和以气体缘的开关设备的新发展放在次要位置。 　　

二，按功能分类。前版标准将开关设备按间隔类型的结构分为铠装式、间隔式和箱式。而目前在市场上出现了一大批开关设备，不再按间隔类型来划分。另外，从性和性角度看，按间隔类型来分类不利于实际使用，而且会造成误解，新版标准不再按结构分类而按功能分类。 　　

三，内部故障电弧等级。新版标准将内部故障电弧的性地位大大了。根据产品在内部故障电弧方面所提供的性级别，定义了内部电弧级开关设备和控制设备（IAC）；对内部电弧级开关设备和控制设备（IAC），其内部故障电弧试验规定为必试的型式试验，试验电流为额定短路时耐受电流，试验持续时间1s、0.5s和0.1s，通过试验的设备则为内部电弧级开关设备和控制设备（IAC），并规定将内部故障电弧试验的特征参数标准注进铭牌中。 　　

随着内部故障电弧等级的纳入，现可对试验结果进行比较，而在这之前，有关内部故障电弧试验由制造商和用户协商确定，缺乏统一规定，没有可比性。 　　

5 真空灭弧室技术的进步 　　

真空灭弧室制造技术有了很大的发展，主要表现在四个方面：触头材料、电弧控制系统、灭弧室结构及灭弧室制造工艺。 　　

在触头材料方面。目前用于真空开关的触头材料大概有三种：半难熔金属+良导体，如铜铬合金；熔融金属+良导体，如铜钨合金；铜合金，如铜铋。在铜铬材料之前，大部分真空开关仍大量使用铜铋合金作触头材料。1980年以后，铜铬合金的优点得到了广泛。1992年以后，这种新材料大量应用于中压大容量真空开关中，并全面淘汰了一代真空开关触头材料铜铋合金。在中压真空开关中，铜铬合金被认为是佳的触头材料，因为它结合了触头材料中关键的电性能于一身，即具有优良的导电性、高的开断电流能力、良好的抗电弧熔蚀性和很好的抗表面熔焊能力以及截流值小等特点。 　　

在电弧控制方面。通过对真空灭弧室内触头结构的合理设计，使高压大电流下的聚集型电弧转化为扩散型电弧，以避免触头局部过度熔化，达到开断能力的目的。目前使用的触头结构有四种，包括平板对接式触头、螺旋型横磁触头、线圈式纵磁触头、环状纵向磁场触头。目前纵向触头结构已成为大电流真空灭弧室触头的结构。纵向触头主要有线圈式和杯状结构形式，在我国，杯状纵磁真空灭弧室触头应用广。 　　

在灭弧室结构方面。真空灭弧室主要由缘外壳、屏蔽罩、波纹管和动静触头等组成，按缘外壳的材料不同，可分为玻璃外壳和陶瓷外壳，这两种技术已经成熟。真空灭弧室内的屏蔽罩有主屏蔽罩、波纹管屏蔽罩和均压屏蔽罩。合理地布置灭弧室屏蔽罩，可优化内部电场结构，使电场分布均匀。新提出的一种真空灭弧室设计方法，是利用有限元法和优化理论，得到灭弧室内各屏蔽罩间佳的电场配置。波纹管能在动触头往复运动中真空灭弧室外壳完全密封，真空灭弧室的寿命主要取决于波纹管，液压成型波纹管加工工艺相对简单，价格也较便宜，使用较广。 　　

波纹管的制造工艺大体有两种：一种是冷薄壁不锈钢直接经液压成型制成波纹管（无缝波纹管）；另一种是用不锈钢板先用微弧焊接成薄壁管坯，然后经液压成型制成波纹管（直焊波纹管）。我国现在既能生产无缝波纹管，也能生产直焊波纹管。 　　

在制造工艺方面，目前外普遍采用一次封排工艺，即真空灭弧室的封口和排气同时进行，一次完成。采用一次封排工艺，使真空灭弧室因漏气或真空度下降造成的失效率从原来的0.3%下降到0.1%，甚至下降至0.03%。一次封排工艺相比常规排气工艺，大大简化了工艺流程，同时了产品质量和生产效率，降低了生产成本。 　　

一次封排工艺，了真空灭弧室的真空度，激活吸气剂，内部零件的除气，有利于真空度的长期维持，也有利于用储存检漏法查出慢漏的真空灭弧室。一次封排工艺大大简化了真空灭弧室的结构，减少了真空密封焊缝，减少了漏气的可能性。