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电力开关设备的发展与进步

2023-11-22 09:51:22   来源:    点击:
    1、世界电力工业与电力设备的展望
 
    根据EIA发布的《国际能源展望2006》预测,从现在到2030年,全球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,其中发展中国家占主要部分,2030年全世界的用电量将是2003年的两倍。其中经济合作与发展组织国家将占全世界总增长量的29,非经济合作与发展组织国家占71,全球用电量将从2003年的14781TWh增长到2015年的21690TWh和2030年的31016TWh。全世界发电装机容量将从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,从而超过美国,跃居世界第一。
 
    有资料显示,全球电力设备行业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年中国电网建设创造了约80亿美元的市场需求,约占全球14的市场份额。我国成为目前世界电网建设最快的国家,这极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超过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,强大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安全。因此,高压开关设备对线路的安全运行至为重要。电网的大发展必然促进开关设备的大发展,开关设备必将有更大的市场和发展空间。
 
    根据高压开关行业协会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提高。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。根据高压开关行业协会统计数据表明,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(第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,水平得到了大幅提高。
 
    标准的修订,主要集中在以下几个方面。
 
    第一,适应开关设备的技术水平。前版标准的技术重点放在以空气绝缘的开关设备上,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绝缘的开关设备的新发展放在次要位置。
 
    第二,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,从安全性和可靠性角度看,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。
 
    第三,内部故障电弧等级。新版标准将内部故障电弧的安全性地位大大提高了。根据产品在内部故障电弧方面所提供的安全性级别,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,试验持续时间推荐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认可。1992年以后,这种新材料大量应用于中压大容量真空开关中,并全面淘汰了第一代真空开关触头材料铜铋合金。在中压真空开关中,铜铬合金被认为是最佳的触头材料,因为它结合了触头材料中最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,达到提高开断能力的目的。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主导结构。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最广。
 
    在灭弧室结构方面。真空灭弧室主要由绝缘外壳、屏蔽罩、波纹管和动静触头等组成,按绝缘外壳的材料不同,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。最新提出的一种真空灭弧室设计方法,是利用有限元法和最优化理论,得到灭弧室内各屏蔽罩间最佳的电场配置。波纹管能在动触头往复运动中保证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,目前国内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,同时提高了产品质量和生产效率,降低了生产成本。
 
    一次封排工艺,提高了真空灭弧室的真空度,有效激活吸气剂,内部零件的除气更加彻底,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。

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