電力開關(guān)設(shè)備發(fā)展?fàn)顩r分析
根據(jù)EIA發(fā)布的《國際能源展望2006》預(yù)測，從現(xiàn)在到2030年，全球電力工業(yè)的投資約需10萬億元左右。未來25年世界用電需求劇增，其中發(fā)展中國家占主要部分，2030年全世界的用電量將是2003年的兩倍。其中經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織國家將占全世界總增長量的29%，非經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織國家占71%，全球用電量將從2003年的14781TWh增長到2015年的21690TWh和2030年的31016TWh。全世界發(fā)電裝機(jī)容量將從2003年的37100TW增長到2030年的63690TW，年均增長2%。到2010年中國發(fā)電裝機(jī)容量將達(dá)到818GW，到2020年中國發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量將達(dá)到1186GW，從而超過美國，躍居世界第一。
有資料顯示，全球電力設(shè)備行業(yè)2005年總的市場規(guī)模大約是558.78億美元，過去幾年平均增長速度為4%～5%，其中歐洲市場基本是零增長，主要依靠亞太市場拉動(dòng)，中國近年的增長速度達(dá)35%。2005年中國電網(wǎng)建設(shè)創(chuàng)造了約80億美元的市場需求，約占全球14%的市場份額。我國成為目前世界電網(wǎng)建設(shè)最快的國家，這極有利于輸變電裝備業(yè)的快速發(fā)展。
2 我國電力工業(yè)快速平穩(wěn)增長
根據(jù)“十一五”規(guī)劃，電力工業(yè)預(yù)計(jì)新增裝機(jī)容量近250GW，發(fā)電方面投資10000億元，電網(wǎng)投資規(guī)模將達(dá)到12000億元。截至2006年底，我國發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到620GW，同比增長20.3%，其中水電達(dá)128.57GW，約占總?cè)萘康?0.67%，火電達(dá)484.05GW，約占總?cè)萘?7.22%。
2006年，我國發(fā)電量達(dá)到2824.8TWh，增長14%，其中城鄉(xiāng)居民生活用電量為324TWh，增長14.7%。預(yù)計(jì)“十一五”末，我國發(fā)電裝機(jī)容量將接近800GW，屆時(shí)，水電、核電、清潔煤發(fā)電和新能源發(fā)電等清潔電力比重將超過35%。
3 高壓開關(guān)行業(yè)呈現(xiàn)快速增長的態(tài)勢
在電網(wǎng)中，高壓開關(guān)設(shè)備起控制和保護(hù)作用，隨著高壓開關(guān)設(shè)備的關(guān)合，強(qiáng)大的電力源不斷地流向千萬個(gè)用戶，而當(dāng)線路發(fā)生故障（如短路）時(shí)，開關(guān)能當(dāng)機(jī)立斷，能在數(shù)十秒內(nèi)切除故障，保障線路及重大設(shè)備的安全。因此，高壓開關(guān)設(shè)備對線路的安全運(yùn)行至為重要。電網(wǎng)的大發(fā)展必然促進(jìn)開關(guān)設(shè)備的大發(fā)展，開關(guān)設(shè)備必將有更大的市場和發(fā)展空間。
根據(jù)高壓開關(guān)行業(yè)協(xié)會2006年的統(tǒng)計(jì)資料，2005年高壓開關(guān)行業(yè)呈現(xiàn)出了快速增長的態(tài)勢，主要表現(xiàn)在行業(yè)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)大幅攀升，生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模擴(kuò)大，技術(shù)不斷進(jìn)步，生產(chǎn)管理水平有了進(jìn)一步提高。根據(jù)對2005年高壓開關(guān)行業(yè)主要生產(chǎn)企業(yè)的統(tǒng)計(jì)資料，全年完成了工業(yè)總產(chǎn)值660.37億元。
我國電力工業(yè)的持續(xù)快速發(fā)展，為高壓開關(guān)制造業(yè)提供了廣闊的發(fā)展空間，這從各類型高壓開關(guān)產(chǎn)品產(chǎn)量逐年增長上可明顯看出。根據(jù)高壓開關(guān)行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，2005年相比2004年各類高壓開關(guān)產(chǎn)品的產(chǎn)量都有明顯增長。
4 中壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)步
近年來，金屬封閉開關(guān)設(shè)備有了很大發(fā)展，技術(shù)上取得了長足進(jìn)步，這可從標(biāo)準(zhǔn)的修訂中看出。
修訂的IEC60298標(biāo)準(zhǔn)《額定電壓1kV以上52kV及以下的交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備》（第4版）采用新編IEC62271-200（第1版）作為新版標(biāo)準(zhǔn)，于2003年11月發(fā)布。我國相應(yīng)修訂的《GB3906-20063.6～40.5kV交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備》標(biāo)準(zhǔn)于2006年8月正式批準(zhǔn)，于2007年3月正式實(shí)施，從實(shí)施之日起代替GB3906-1991。
IEC和GB標(biāo)準(zhǔn)的修訂適應(yīng)了目前開關(guān)設(shè)備的技術(shù)水平，在這期間，開關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、運(yùn)行均發(fā)生了較大的變化，水平得到了大幅提高。
標(biāo)準(zhǔn)的修訂，主要集中在以下幾個(gè)方面。
第一，適應(yīng)開關(guān)設(shè)備的技術(shù)水平。前版標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)重點(diǎn)放在以空氣絕緣的開關(guān)設(shè)備上，采用抽屜式或手車式結(jié)構(gòu)型式，而將以固定式開關(guān)和以氣體絕緣的開關(guān)設(shè)備的新發(fā)展放在次要位置。
第二，按功能分類。前版標(biāo)準(zhǔn)將開關(guān)設(shè)備按間隔類型的結(jié)構(gòu)分為鎧裝式、間隔式和箱式。而目前在市場上出現(xiàn)了一大批開關(guān)設(shè)備，不再按間隔類型來劃分。另外，從安全性和可靠性角度看，按間隔類型來分類不利于實(shí)際使用，而且會造成誤解，新版標(biāo)準(zhǔn)不再按結(jié)構(gòu)分類而按功能分類。
第三，內(nèi)部故障電弧等級。新版標(biāo)準(zhǔn)將內(nèi)部故障電弧的安全性地位大大提高了。根據(jù)產(chǎn)品在內(nèi)部故障電弧方面所提供的安全性級別，定義了內(nèi)部電弧級開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備（IAC）；對內(nèi)部電弧級開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備（IAC），其內(nèi)部故障電弧試驗(yàn)規(guī)定為必試的型式試驗(yàn)，試驗(yàn)電流為額定短路時(shí)耐受電流，試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間推薦1s、0.5s和0.1s，通過試驗(yàn)的設(shè)備則為內(nèi)部電弧級開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備（IAC），并規(guī)定將內(nèi)部故障電弧試驗(yàn)的特征參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)注進(jìn)銘牌中。
隨著內(nèi)部故障電弧等級的納入，現(xiàn)可對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，而在這之前，有關(guān)內(nèi)部故障電弧試驗(yàn)由制造商和用戶協(xié)商確定，缺乏統(tǒng)一規(guī)定，沒有可比性。
5 真空滅弧室技術(shù)的進(jìn)步
真空滅弧室制造技術(shù)有了很大的發(fā)展，主要表現(xiàn)在四個(gè)方面：觸頭材料、電弧控制系統(tǒng)、滅弧室結(jié)構(gòu)及滅弧室制造工藝。
在觸頭材料方面。目前用于真空開關(guān)的觸頭材料大概有三種：半難熔金屬+良導(dǎo)體，如銅鉻合金；熔融金屬+良導(dǎo)體，如銅鎢合金；銅合金，如銅鉍。在銅鉻材料之前，大部分真空開關(guān)仍大量使用銅鉍合金作觸頭材料。1980年以后，銅鉻合金的優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛認(rèn)可。1992年以后，這種新材料大量應(yīng)用于中壓大容量真空開關(guān)中，并全面淘汰了第一代真空開關(guān)觸頭材料銅鉍合金。在中壓真空開關(guān)中，銅鉻合金被認(rèn)為是最佳的觸頭材料，因?yàn)樗Y(jié)合了觸頭材料中最關(guān)鍵的電性能于一身，即具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、高的開斷電流能力、良好的抗電弧熔蝕性和很好的抗表面熔焊能力以及截流值小等特點(diǎn)。
在電弧控制方面。通過對真空滅弧室內(nèi)觸頭結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)，使高壓大電流下的聚集型電弧轉(zhuǎn)化為擴(kuò)散型電弧，以避免觸頭局部過度熔化，達(dá)到提高開斷能力的目的。目前使用的觸頭結(jié)構(gòu)有四種，包括平板對接式觸頭、螺旋型橫磁觸頭、線圈式縱磁觸頭、環(huán)狀縱向磁場觸頭。
目前縱向觸頭結(jié)構(gòu)已成為大電流真空滅弧室觸頭的主導(dǎo)結(jié)構(gòu)。縱向觸頭主要有線圈式和杯狀結(jié)構(gòu)形式，在我國，杯狀縱磁真空滅弧室觸頭應(yīng)用最廣。
在滅弧室結(jié)構(gòu)方面。真空滅弧室主要由絕緣外殼、屏蔽罩、波紋管和動(dòng)靜觸頭等組成，按絕緣外殼的材料不同，可分為玻璃外殼和陶瓷外殼，這兩種技術(shù)已經(jīng)成熟。真空滅弧室內(nèi)的屏蔽罩有主屏蔽罩、波紋管屏蔽罩和均壓屏蔽罩。合理地布置滅弧室屏蔽罩，可優(yōu)化內(nèi)部電場結(jié)構(gòu)，使電場分布均勻。最新提出的一種真空滅弧室設(shè)計(jì)方法，是利用有限元法和最優(yōu)化理論，得到滅弧室內(nèi)各屏蔽罩間最佳的電場配置。波紋管能在動(dòng)觸頭往復(fù)運(yùn)動(dòng)中保證真空滅弧室外殼完全密封，真空滅弧室的壽命主要取決于波紋管，液壓成型波紋管加工工藝相對簡單，價(jià)格也較便宜，使用較廣。
波紋管的制造工藝大體有兩種：一種是冷薄壁不銹鋼直接經(jīng)液壓成型制成波紋管（無縫波紋管）；另一種是用不銹鋼板先用微弧焊接成薄壁管坯，然后經(jīng)液壓成型制成波紋管（直焊波紋管）。我國現(xiàn)在既能生產(chǎn)無縫波紋管，也能生產(chǎn)直焊波紋管。
在制造工藝方面，目前國內(nèi)外普遍采用一次封排工藝，即真空滅弧室的封口和排氣同時(shí)進(jìn)行，一次完成。采用一次封排工藝，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%，甚至下降至0.03%。一次封排工藝相比常規(guī)排氣工藝，大大簡化了工藝流程，同時(shí)提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。
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(nèi)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(jié)構(gòu)，減少了真空密封焊縫，減少了漏氣的可能性。來源：工業(yè)電器新聞網(wǎng)
