高壓開關行業(yè)的技術進步、現(xiàn)狀與展望

1、高壓開關行業(yè)的技術進步、現(xiàn)狀與展望王剛基于“西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)”和“建設堅強國家電網(wǎng)”的發(fā)展戰(zhàn)略，我國的電力電網(wǎng)建設正 處于一個持續(xù)高速發(fā)展的時期。電力電網(wǎng)的高速發(fā)展不僅給高壓開關制造企業(yè)帶來了廣闊的市場機遇，而且 極大地促進了高壓開關行業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)和技術進步。在西北電網(wǎng)750kV后續(xù)輸變電工程建設中，高壓開關行業(yè)國內(nèi)廠家自主設計制造的800kV開關設備（GIS、 罐式斷路器和隔離/接地開關）正陸續(xù)在多個750kV變電站供貨、安裝。750kV蘭州東-銀川東輸變電工程投 入運行，標志著國內(nèi)廠家已完全具備設計制造800kV開關設備的能力。在晉東南一南陽荊門特高壓交流試驗示范工程建設中，由

2、國內(nèi)廠家與國外技術合作、本地化制造的 1100kVCIS、H-GIS正處于投運前的安裝調(diào)試階段，預示著特高壓開關設備國產(chǎn)化的成功即將實現(xiàn)?！案邏洪_ 關行業(yè)年鑒”（2007）報道，2007年高壓開關行業(yè)共完成高壓開關產(chǎn)值627.97億元，較上年增加156.86億元， 增長率為33.3%。目前，高壓開關行業(yè)仍處于高速增長期，其增長得益于我國電力電網(wǎng)的快速發(fā)展，得益于國家“振興裝備 制造業(yè)”的政策支持，也得益于高壓開關行業(yè)的自主創(chuàng)新和技術進步。本文針對110kV及以上電壓等級高壓 開關的技術進步及現(xiàn)狀，談談自己的看法。一、高壓開關行業(yè)126kV及以上開關設備的技術進步在高壓開關設備的電壓等級方面，高

3、壓開關行業(yè)在我國電力系統(tǒng)最高運行電壓升級到500kV的輸變電工程 建設中，通過先后引進國外高壓開關制造技術，經(jīng)過引進、消化吸收和再創(chuàng)新，在1980年代末和1990年代 初，具備了 500kV開關設備的設計制造能力。在持續(xù)設計改進、產(chǎn)品升級換代和提高工藝技術的過程中，現(xiàn)550kV瓷柱式斷路器和550kV氣體絕緣金屬 封閉開關設備都達到了額定電流4000A、額定短路開斷電流63kA國際先進水平，而且在絕緣水平上滿足了 DL / T593（電力行業(yè)標準）的高檔要求。在隔離/接地開關的設計制造方面，幾大高壓開關制造企業(yè)都能自主設計和制造550kV、額定電流至5000A，動熱穩(wěn)定電流達到160 / 63

4、kA的隔離/接地開關產(chǎn)品，且在開合母線轉(zhuǎn)換電流、電容電流、電感電流 和接地開關開合靜電感應及電磁感應電流等參數(shù)上滿足了我國電力系統(tǒng)的技術要求。在750kV后續(xù)輸變電工程開關設備供貨和特高壓開關設備的采購招標時，國家發(fā)布了 “關于振興裝備制造 業(yè)若干意見”的通知，國家電網(wǎng)公司實施了 “以重點工程為依托，推進重大技術裝備自主制造”的支持政策， 國家電網(wǎng)公司在發(fā)展特高壓輸電的工作安排和建議中提出：“發(fā)展特高壓是我國一項重大技術裝備政策，要抓 緊開展特高壓設備研制及國產(chǎn)化工作，通過技貿(mào)結(jié)合，引進關鍵設備制造技術并消化創(chuàng)新，逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化”。國內(nèi)高壓開關制造企業(yè)在參與特高壓輸電的工程建設中，形成了研發(fā)、

5、制造百萬伏特高壓交流開關設備的 能力，在推進國產(chǎn)化的過程中提升了國內(nèi)高壓開關制造水平和競爭力，滿足了國內(nèi)電力建設的市場需求。我國幾大開關制造企業(yè)在電力、機械兩部門的大力支持下，在行業(yè)協(xié)會和西安高壓電器研究所的幫助下， 通過自主創(chuàng)新和與國外技術合作，經(jīng)過幾年的努力，在2007年完成了自主設計制造的800kV罐式斷路器、800kV GIS、800kV隔離/接地開關在西北電網(wǎng)蘭州東、官亭、西寧和銀川東等750kV變電站的供貨和安裝任務800kV 斷路器的技術參數(shù)達到額定電流5000A，額定短路開斷電流50kA； 800kV CIS的絕緣水平達到工頻960kV /雷 電沖擊2100kV /操作沖擊15

6、50kY（極對地），800kV開關設備的技術性能達到了國際先進水平。2008年，幾大研制百萬伏開關設備的廠家，都在引進技術或合作開發(fā)以及自主制造方面取得了可喜的成 績，一是各廠家研制的1100kV開關設備的樣機都順利地通過各項型式試驗；二是各廠家都按照合同的要求， 向我國第一個特高壓交流試驗示范工程提供了國產(chǎn)的百萬伏開關設備。根據(jù)國家電網(wǎng)公司特高壓開關設備技術協(xié)議的要求，國產(chǎn)1100kV開關設備（GIS、HGIS）的技術參數(shù)達到了 額定電流6300A，斷路器額定短路開斷電流50kA，絕緣水平達到工頻1lOOkV/雷電沖擊2400kV /操作沖擊 1800kY （極對地）。在特高壓交流開關設備研

7、制的同時，我國高壓開關制造企業(yè)通過自主創(chuàng)新，已成功研制出550kV單斷口罐 式斷路器（額定電流4000A，額定短路開斷電流50kA），使我國高壓開關的設計制造達到斷路器單斷口 550kV 的國際先進水平。在高壓開關設備的產(chǎn)品類型方面，我國高壓開關行業(yè)已經(jīng)能自主設計制造126kV及以上各電壓等級的瓷柱 式斷路器、罐式斷路器、氣體絕緣金屬封閉開關設備（GIS）和復合式組合電器（HGIS）以及隔離/接地開關。雖然363kV及以上的超高壓、特高壓設備只有少數(shù)幾大開關制造企業(yè)生產(chǎn)，但能生產(chǎn)252kV斷路器的企業(yè) 已達到10家，能生產(chǎn)252kVGIS達到8家企業(yè)；生產(chǎn)126kV斷路器的廠家達到26家之多，

8、生產(chǎn)126kVGIS也 已達到了 18家，說明了我國高壓開關制造行業(yè)整體水平的進步和提高。高壓開關制造技術的進步還體現(xiàn)在工藝技術的進步。高壓開關制造工藝經(jīng)過了從油斷路器一一六氟化硫斷 路器；從126252kV開關設備、從550-8001lOOkV開關設備；從單體的瓷柱式斷路器到包括各種電器元件 的氣體絕緣金屬封閉開關設備的產(chǎn)業(yè)升級的各個階段，高壓開關發(fā)展的每一項成果無不體現(xiàn)著工藝技術進步 的作用。特別說明的是，在特高壓開關設備的研制中，我國高壓開關行業(yè)在百萬伏級特大罐體制作、1100kV級大型 絕緣子澆注、超大功率液壓機構(gòu)制造等專業(yè)工藝制造方面有了新的突破，多項新工藝、新材料、新技術的應 用，

9、支持了我國高壓開關行業(yè)整體水平的不斷提高。二、高壓開關（126kV及以上）行業(yè)的現(xiàn)狀從企業(yè)構(gòu)成方面，目前能生產(chǎn)363kV及以上超高壓、特高壓開關設備的企業(yè)有西安西開高壓電氣股份有 限公司、新東北電氣（沈陽）高壓開關有限公司、河南平高電氣股份有限公司以及西安西電高壓開關有限責任 公司（瓷柱式斷路器，隔離/接地開關）和湖南長高高壓開關集團股份公司（隔離/接地開關）。能生產(chǎn)252kV開關設備的廠家除上述5家企業(yè)外，還有泰開電氣集團有限公司（斷路器、GIS、隔離/接地 開關）、江蘇如高高壓電器有限公司（隔離/接地開關、斷路器）、上海華通開關廠有限公司（斷路器）、北京北 開電氣股份有限公司（斷路器、GI

10、S）、上海西安高壓電器研究所有限公司（GIS）等共十幾家企業(yè)。能生產(chǎn)126kV級開關設備的廠家除上述提及的廠家外，還有云南開關廠、湖北湖開電氣有限公司、湖南開 關有限公司、大全集團有限公司、正泰電氣股份有限公司等共三十多家企業(yè)。自1990年代中期ABB、西門子公司在中國建立合資的高壓開關制造企業(yè)以來，以生產(chǎn)國外技術的高壓開 關合資公司在我國迅速發(fā)展，已經(jīng)占據(jù)了我國高壓開關市場的“半壁江山”這些企業(yè)有以生產(chǎn)斷路器、隔離 /接地開關為主業(yè)的北京ABB高壓開關設備有限公司、西門子（杭州）高壓開關有限公司、蘇州阿?，m高壓電 氣開關有限公司（也生產(chǎn)GIS）；以生產(chǎn)GIS、H-GIS為主業(yè)的平高東芝高壓開

11、關有限公司、上海西門子高壓開 關有限公司、山東魯能恩翼帕瓦電機有限公司、廈門ABB華電高壓開關有限公司、三菱電機天威輸變電設備 有限公司、江蘇現(xiàn)代南自電氣公司等合資企業(yè)。老的國有企業(yè)、經(jīng)國企改制的股份制企業(yè)、民營企業(yè)，以及 合資企業(yè)構(gòu)成了我國高壓開關行業(yè)產(chǎn)品設計制造和市場競爭的主體。在市場份額方面，合資企業(yè)在高電壓等 級及高端產(chǎn)品市場占據(jù)優(yōu)勢，國內(nèi)產(chǎn)品在中低電壓等級（252kV / 126kV）、中低端產(chǎn)品市場份額較高。在“振 興裝備制造業(yè)”政策的支持下，以及750kV及以上輸變電設備“以我為主、重大技術裝備國產(chǎn)化”招標采啕 政策的實施，使國內(nèi)企業(yè)在800kV及以上開關設備市場占據(jù)了主導地位。

12、筆者根據(jù)2007年國家電網(wǎng)公司集中 規(guī)模采購招際的結(jié)果統(tǒng)計，國內(nèi)企業(yè)與合資企業(yè)在市場份額的比例是：550kV組合電器（GIS、HGIS）為58 : 42（2006 年 24 : 76）； 550kV 斷路器為 35 : 65（2006 年 20 : 80） ； 550kV 隔離 / 接地開關為 72 : 28； 252kV 組 合電器為76 : 34； 252kV斷路器為35 : 65（2006年20 : 80） ； 252kV隔離/接地開關為92 : 8。據(jù)了解，在126kV開關設備，國內(nèi)產(chǎn)品仍占據(jù)著主導地位。由于國產(chǎn)550kV GIS已經(jīng)在技術性能和可靠性 方面達到了同類產(chǎn)品合資企業(yè)的水平

13、，且價格低于合資產(chǎn)品。近年來國內(nèi)企業(yè)的市場份額在逐步提高，并在2007年超過了合資企業(yè)。在550kV和252kV斷路器方面， 合資產(chǎn)品的技術優(yōu)勢較高于國內(nèi)企業(yè)，且價格已經(jīng)與國內(nèi)企業(yè)相差無幾，所以是合資企業(yè)占據(jù)了主導地位。 在252kV和126kVGIS的市場份額中，合資產(chǎn)品的技術性能及可靠性高于國內(nèi)產(chǎn)品，但其價格高于國內(nèi)太多（平均高于100萬元/間隔左右)，所以大多數(shù)用戶選擇了國內(nèi)產(chǎn)品，只有北京、上海、天津及部分沿海地區(qū)使用 合資企業(yè)的GIS產(chǎn)品。與合資企業(yè)的國外技術產(chǎn)品相比，國內(nèi)企業(yè)在高壓開關的研發(fā)設計和加工制造方面還有較大差距。在產(chǎn)品 型式和技術參數(shù)方面：國外公司(三菱電機).已推出額定電

14、壓550kV、額定短路開斷電流63kA的單斷口罐式斷路器、GIS和 HGIS,三菱電機的550kVHGIS占領了中國HGIS的大半市場，我國已有廠家研制出550kV / 50kA的單斷口罐式 斷路器，距63kA還有一步之遙。252kV斷路器三相機械聯(lián)動型式還沒有批量進入市場，某廠家研制出三相機械聯(lián)動的斷路器產(chǎn)品，掛 網(wǎng)運行不滿3年，不滿足投標資格要求。由于國外設計的斷路器所需操作功較小，加上能設計制造高可靠性的彈簧機構(gòu)，合資企業(yè)的126-550kV 斷路器都可配置全彈簧操動機構(gòu)。而國內(nèi)產(chǎn)品僅在126kV實現(xiàn)了機構(gòu)的無油化，252kV斷路器配彈簧機構(gòu)的 產(chǎn)品較少(質(zhì)量尚不穩(wěn)定)。國內(nèi)企業(yè)在研制專

15、用斷路器方面與國外差距較大，如開合電容器組斷路器(具有承載合閘涌流、開斷故 障電流不發(fā)生重擊穿等性能，額定電壓40.5kV / 72.5kV / 126kV) ； 500kV線路故障電流限制裝置用旁路開關 (主要用于500kV串聯(lián)補償裝置，也可稱為“串聯(lián)補償裝置用旁路斷路器”)；550kV斷路器帶選相合閘裝置 等。我國電力系統(tǒng)在需用這些類設備時，選用國外技術的合資產(chǎn)品較多。在高壓開關設備質(zhì)量和運行可靠性方面，據(jù)“國網(wǎng)公司系統(tǒng)高壓開關設備運行狀況分析及產(chǎn)品設計中存在 的問題”披露，2007年，72. 5kV及以上斷路器(含GIS)共發(fā)生強迫停運594次，國產(chǎn)設備占84.2%，合資、 進口設備占1

16、5.8%；國產(chǎn)設備強迫停運率為1.55次/百臺.年；而合資、進口設備強迫停運率僅為0.435次 /百臺.年，說明國產(chǎn)開關設備在產(chǎn)品質(zhì)量及運行可靠性等方面仍與進口、合資設備存在較大差距。國產(chǎn)開關 設備的質(zhì)量問題主要表現(xiàn)在：252kV斷路器液壓操動機構(gòu)問題突出，即發(fā)生機構(gòu)滲漏油、頻繁打壓、電器元件損壞的產(chǎn)品較多。GIS產(chǎn)品絕緣故障時有發(fā)生，因罐體內(nèi)有雜物、盆式絕緣子等絕緣部件的制造質(zhì)量及裝配、安裝等原 因引起GIS內(nèi)部閃絡、擊穿導致產(chǎn)品停運和停電事故。隔離開關完善化改善了產(chǎn)品運行中的一些問題，但沒有徹底解決觸頭發(fā)熱、傳動失靈、產(chǎn)品生銹等問 題，因隔離開關自身原因造成非計劃停運比例仍然較高。所以，改

17、進產(chǎn)品設計和工藝制造技術、提高產(chǎn)品質(zhì)量和運行可靠性，應是高壓開關行業(yè)發(fā)展較為重要的工 作。三、高壓開關行業(yè)的發(fā)展預測“加強電網(wǎng)建設，大力開發(fā)水電，優(yōu)化發(fā)展煤電，積極發(fā)展核電，適度發(fā)展天然氣發(fā)電和鼓勵新能源發(fā) 電，提高能源利用率，保護生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展”是我國“十一五”電力建設的基本方針。根據(jù)這一 方針，電網(wǎng)建設的重點是：建設特高壓交流試驗示范工程和特高壓直流示范工程，并開展后續(xù)特高壓輸電工程建設。加快跨區(qū)電網(wǎng)建設，即大型水、火電基地交流外送、直流輸電工程和直流背靠背聯(lián)網(wǎng)工程的建設。推廣先進適用輸變電技術，如特高壓交直流輸電；750kV交流輸電；同塔雙回、多回緊湊型輸電線路； 可控串補技術

18、等。實現(xiàn)各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，即提高500kV電網(wǎng)輸電能力、加強220kV輸配電工程建設等。而根據(jù)電網(wǎng)建 設需要向超高壓、大容量、緊湊型、無污染、高可靠、智能化和組合化方向發(fā)展的要求，高壓開關行業(yè)不僅 要滿足電源電網(wǎng)建設的市場需求，而且要滿足電力技術發(fā)展對開關設備高參數(shù)、高可靠性的技術要求。高壓開關行業(yè)要堅持自主創(chuàng)新，不斷研制出適合我國電網(wǎng)建設需要的新產(chǎn)品。要在單斷口 550kV、額定短路開斷電流63kA的罐式斷路器，封閉式組合電器(GIS、HGIS)產(chǎn)品的研發(fā) 設計方面有所突破，使我國高壓開關行業(yè)具有額定電壓550kV/ 800kV/ 1100kV、額定短路開斷電流63kA的罐式斷路器和GIS、

19、HGIS的制造能力。要自主研發(fā)設計較小操作功的斷路器，如采用復合式滅弧、動靜觸頭雙動滅弧室等，使從126kV到550kV 的斷路器配用全彈簧操動機構(gòu)成為可能。與此同時，研發(fā)設計適合各電壓等級斷路器的彈簧操動機構(gòu)，并切 實注重彈簧操動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)先進性和運行的可靠性。根據(jù)電網(wǎng)建設對專用斷路器的技術要求，研發(fā)設計分別用于500kV / 750kV / lOOOkV并聯(lián)補償裝置的 40. 5kV/72. 5kV/126kV開斷背靠背電容器組專用斷路器；用于串聯(lián)補償裝置的500kV旁路斷路器；用于 直流背靠背換流站交流場開合濾波器組專用斷路器及選相合閘裝置；另外還有直流輸電工程用的直流斷路器 (采用交流

20、斷路器配置輔助振蕩回路)也需要我國廠家自主研發(fā)。高壓開關行業(yè)各廠家要在激烈的市場競爭中爭取較大的市場份額，更為重要的是要提高開關設備產(chǎn)品的質(zhì) 量，保證產(chǎn)品運行的可靠與安全。產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性除了產(chǎn)品設計的因素，很大程度取決于產(chǎn)品制造過程中 的工藝技術。機械部及中國機械工業(yè)聯(lián)合會曾提出“以工藝為突破口”，解決中國機械產(chǎn)品的質(zhì)量問題的號召， 說明工藝技術對產(chǎn)品質(zhì)量及可靠性的重要。筆者認為，高壓開關行業(yè)應在產(chǎn)品制造過程中關注加工工藝、裝 配工藝和表面處理工藝。加工工藝，主要是保證組成產(chǎn)品的零部件的質(zhì)量，由于近年來數(shù)控機床、加工中心的廣泛使用，零部 件的切削加工已不是很大的難題，但對于高壓開關零部件的鑄造；鍛壓、沖壓、擠壓成型；焊接；絕緣件澆 注等工藝技術，應進行不斷的研究和提高。比如GIS的鋁合金罐體，歐洲公司大都采用鑄造制作，因為他可 以做到薄壁、無針孔、高強度；而我國的鑄造工藝很難達到這個水平，所以國內(nèi)廠家都是采用含金鋁板卷制、 焊接加工工藝，罐體的質(zhì)量、外觀、成本趕不上國外的水平。對于高壓開關產(chǎn)品零部件的制作，無論是主機 廠自己生產(chǎn)還是外協(xié)加