中國中高壓開關行業(yè)的發(fā)展述評
我國電力工業(yè)充滿生機與活力，這為高壓開關制造業(yè)帶來了難得的發(fā)展機遇和嚴峻的考驗。而高壓開關制造業(yè)必須不斷地進行技術創(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行業(yè)的發(fā)展近況、技術的進步以及推出的新品。
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(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，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(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(fā)，并在荷蘭KEMA試驗站及國家高壓電器質量監(jiān)督檢驗中心通過了全部開斷型式試驗項目。其技術參數(shù)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(shù)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(jiān)視系統(tǒng)運行狀態(tài)。
(5)252KVSF6斷路器和GIS參數(shù)上一個新?lián)醮?，都達到252KV 4000A 63KA。
總之，我國550KV高壓開關設備有大的發(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，而2003年高壓開關行業(yè)才生產73臺，2004年也只有77臺（不包括外資及合資企業(yè)），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(yè)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(yè)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(xiàn)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(fā)力度
特高壓為高壓開關行業(yè)帶來難得的發(fā)展機遇和嚴峻的挑戰(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，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(fā)，盡快掌握世界一流的研發(fā)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(fā)揮行業(yè)優(yōu)勢，依靠自已的創(chuàng)新能力，研發(fā)出具有自主知識產權的核心技術。
從技術上講，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特高壓開關設備打下了良好的基礎。在世界上，當初日本先開發(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工程基礎上，完全有能力開發(fā)1100KV特高壓開關設備。
在開發(fā)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(xiàn)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(xiàn)國產化；其二，采取以自主研發(fā)為主，積極進行國際合作的方式，以實現(xiàn)百萬伏級開關設備國產化。
目前西開電氣在自主研發(fā)出550KV50KA單斷口SF6罐式斷路器的基礎上，800KV罐式SF6斷路器正在研制中，1100KV罐式斷路器已進入開發(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。
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(fā)相結合，以掌握核心技術，逐步實現(xiàn)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(xiàn)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(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(jié)約費用和減少占地面積。
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年國際大電網會議上，對MTS的優(yōu)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(shù)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(yōu)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(jù)不完全統(tǒng)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(xiàn)在兩個方面：一方面是自主研發(fā)出800KV隔離開關；另一方面是現(xiàn)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(fā)，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(tǒng)一法定的檢修規(guī)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(jù)國家電力公司發(fā)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(fā)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(fā)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(yōu)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(yōu)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(xiàn)如下：
（1）真空斷路器向高壓方面發(fā)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(qū)投運；
（2）真空斷路器向大容量方向發(fā)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(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(tài)，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(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(jù)2004年對306個企業(yè)統(tǒng)計，共生產12KV開關柜245564面，增長23%。產量在1000面以上的企業(yè)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(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(fā)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(fā)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(yōu)勢。其最大優(yōu)勢是不受外界環(huán)境影響，如凝露、污穢、小動物及化學物質等。另一優(yōu)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(yōu)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(shù)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(chuàng)建企業(yè)品牌，在激烈競爭中取勝。
9． 負荷開關與環(huán)網柜發(fā)展空間大
負荷開關和環(huán)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(fā)展空間。由于環(huán)網柜內主要裝負荷開關，因而隨著負荷開關的發(fā)展，環(huán)網柜必有大的發(fā)展。
又從“國家高壓電器質量監(jiān)督檢驗中心2004年度發(fā)放的檢驗報告名錄”中了解到，SF6負荷開關和SF6環(huán)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(huán)網柜，90%以上都是SF6環(huán)網柜。
SF6負荷開關一股做成模塊，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構提供壓縮功；（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。現(xiàn)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(xiàn)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。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，隨著二次配電技術的發(fā)展，SF6負荷開關和SF6環(huán)網柜必將有更大的發(fā)展，機不可失。
10． 展望
我國電力工業(yè)的大發(fā)展，為高壓開關行業(yè)帶來難得的發(fā)展機遇，高壓開關行業(yè)也有了很大進步；開發(fā)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(chuàng)新能力，加大研發(fā)力度，以更加先進的優(yōu)異產品裝備我國的電力工業(yè)。