根据“十一五”规划,电力行业预计新增装机容量近250GW,发电投资1万亿元,电网投资规模将达到1.2万亿元。截至2006年底,全国发电装机容量达到620GW,同比增长20.3%,其中水电达到128.57GW,占总容量的20.67%,火电达到484.05GW,占总容量的77.22%。
2006年,我国发电量达到2824.8千瓦时,增长14%,其中城乡居民生活用电量324千瓦时,增长14.7%。预计到“十一五”末,我国发电装机容量将接近800GW,届时水电、核电、洁净煤发电、新能源发电等清洁电力占比将超过35%。在电网中,高压开关设备起着控制和保护的作用。随着高压开关设备的接通,强大的电源源源不断地流向成千上万的用户。当线路出现故障(如短路)时,开关能果断动作,在几十秒内切断故障,从而保证了线路和重要设备的安全。因此,高压开关柜对线路的安全运行非常重要。电网的大发展必然推动开关柜的大发展,必将有更大的市场和发展空间。
据高压开关行业协会2006年统计数据,2005年高压开关行业呈现快速增长态势,主要表现为行业主要经济指标大幅增长,生产企业规模扩大,技术不断进步,生产管理水平进一步提高。根据2005年高压开关行业主要生产企业统计数据,工业总产值为660.37亿元。
中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,这从各类高压开关产品产量的逐年增加可以明显看出。据高压开关行业协会统计数据,2005年各类高压开关产品产量较2004年有明显增长。
近年来,金属封闭开关设备有了很大的发展,技术也有了很大的进步,从标准的修订就可以看出来。
修订后的IEC60298标准《额定电压1kV以上52kV以下交流金属封闭开关设备和控制设备》(第4版)采用新IEC62271-200(第1版)作为新标准,于2003年11月发布。我国相应修订的标准GB 3906-20063.6 ~ 40.5 kV交流金属封闭开关设备和控制设备于2006年8月正式批准,2007年3月正式实施,自实施之日起替代GB3906-1991。
EC和GB标准的修订适应了当前开关设备的技术水平。这一时期,开关设备的设计、制造、试验和运行都发生了很大的变化,水平有了很大的提高。
标准的修订主要集中在以下几个方面。第一,适应开关柜的技术水平。上一版标准的技术重点是在空气绝缘的开关柜上,采用抽屉式或手车式结构,而新开发的固定式开关柜和气体绝缘的开关柜则放在次要位置。
第二,按功能分类。根据以前的标准,开关柜按间隔式结构分为铠装式、间隔式和箱式。目前市场上有大量的开关柜,不再以间隔型来划分。另外,从安全可靠的角度来看,按区间类型分类不利于实际使用,而且会产生误解。新标准不再按结构分类,而是按功能分类。
第三,内部故障电弧的等级。新标准大大改善了内部故障电弧的安全状况。根据产品在内部故障电弧中提供的安全等级,定义了内部电弧等级开关设备和控制设备(IAC)。对于内部电弧开关设备和控制设备(IAC ),内部故障电弧试验需要作为型式试验。试验电流为短路时的额定耐受电流,试验持续时间建议为1s、0.5s、0.1s,通过试验的设备为IAC,铭牌中规定了内部故障电弧试验的特性参数标准。
由于包括了内部故障电弧等级,现在可以比较测试结果。在此之前,内部故障电弧试验是由厂家和用户协商确定的,缺乏统一规定,不具有可比性。
真空灭弧室的制造技术有了很大的进步,主要表现在触头材料、灭弧系统、灭弧室结构和灭弧室制造技术四个方面。
在接触材料方面。目前真空开关的触头材料大约有三种:半难熔金属+良导体,如铜铬合金;熔融金属+良导体,如Cu-W合金;铜合金,例如铜铋合金。在铜铬材料出现之前,大多数真空开关仍然使用铜铋合金作为触头材料。1980年后,铜铬合金的优点被广泛认可。从1992年开始,这种新材料被广泛应用于中压大容量真空开关,第一代作为真空开关触头材料的铜铋合金被彻底淘汰。在中压真空开关中,铜铬合金被认为是最好的触头材料,因为它综合了触头材料最关键的电性能,即具有优良的导电性、高分断电流能力、良好的耐电弧侵蚀性、良好的表面耐焊性、小的截止值等特点。
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,可以将高电压、大电流下的集中电弧转化为扩散电弧,从而避免触头局部过度熔化,提高分断能力。目前使用的触头结构有四种,包括平对接触头、螺旋横向磁触头、线圈纵向磁触头和环形纵向磁场触头。目前,纵向触头结构已经成为大电流真空灭弧室触头的主导结构。纵向触点主要是线圈式和杯形。在中国,杯形纵向磁真空灭弧室触头应用最为广泛。
在灭弧室的结构中。真空灭弧室主要由绝缘外壳、屏蔽罩、波纹管、动触头和静触头等组成。根据保温外壳材料的不同,可分为玻璃外壳和陶瓷外壳。这两项技术已经成熟。真空灭弧室中的屏蔽包括主屏蔽、波纹管屏蔽和均压屏蔽。灭弧室屏蔽罩的合理布置可以优化内部电场结构,使电场分布均匀。真空灭弧室的最新设计方法是利用有限元方法和优化理论来获得灭弧室中各屏蔽体之间的最佳电场配置。波纹管能保证真空灭弧室外壳在动触头往复运动过程中完全密封,真空灭弧室的使用寿命主要取决于波纹管。液压成形波纹管的加工工艺相对简单,价格较便宜,应用广泛。
波纹管的制造工艺有两种:一种是将冷薄壁不锈钢通过液压成型直接制成波纹管(无缝波纹管);另一种是不锈钢板通过微弧焊接成薄壁管坯,然后通过液压成型制成波纹管(直焊波纹管)。目前中国既能生产无缝波纹管,也能生产直焊波纹管。
在制造技术方面,目前国内外普遍采用一次密封放电技术,即真空灭弧室的密封和排气同时进行,一次完成。由漏气或真空度下降引起的真空灭弧室故障率由原来的0.3%降至0.1%,甚至降至0.03%。与常规排气工艺相比,一次排气工艺大大简化了工艺流程,提高了产品质量和生产效率,降低了生产成本。