第一節(jié) 我國高壓開關(guān)設(shè)備的技術(shù)發(fā)展
一、我國高壓開關(guān)設(shè)備的技術(shù)整體發(fā)展?fàn)顩r
近期以來，交、直流特高壓項(xiàng)目陸續(xù)開工，“市場倒逼技術(shù)”的緊迫形勢，進(jìn)一步催生高壓開關(guān) 行業(yè) 諸多新技術(shù)。高壓交流隔離開關(guān)設(shè)備的研制明顯加速，并實(shí)現(xiàn)從超高壓向特高壓的跨越。 行業(yè) 發(fā)展總體形勢趨好，但進(jìn)一步提高研發(fā)能力，降低產(chǎn)品成本，仍值得業(yè)界重點(diǎn)關(guān)注。
1、起點(diǎn)高連創(chuàng)兩項(xiàng)第一
我國超高壓、特高壓交流隔離開關(guān)設(shè)備的研制路線，堪稱為自主創(chuàng)新發(fā)展輸變電設(shè)備、大力提升產(chǎn)品檔次水平的縮影。
最新 行業(yè) 統(tǒng)計(jì)資料表明，截止2006年底，國產(chǎn)550千伏隔離開關(guān)已先后裝備了300多個(gè)500千伏變電站。自20世紀(jì)60年代及70年代末國產(chǎn)363千伏、550千伏超高壓隔離開關(guān)問世，歷經(jīng)40年創(chuàng)新發(fā)展，如今已成功跨入特高壓時(shí)期，正向世界電力科技高峰邁進(jìn)。
第一條330千伏輸電線路全部采用國產(chǎn)設(shè)備。為解決劉家峽大型水電站電力送出問題，西安高壓開關(guān)廠和沈陽高壓開關(guān)廠承擔(dān)了我國第一條330千伏輸電線路開關(guān)設(shè)備的研制任務(wù)，首次成功推出國產(chǎn)GW7-330/1500型三柱式隔離開關(guān)。該等級(jí)輸電線路雖是首次建設(shè)，但卻全部使用國產(chǎn)設(shè)備并獲得成功。
與此同時(shí)，為適應(yīng)劉家峽水電站對(duì)設(shè)備體積小、占地面積省的特殊需要，還首創(chuàng)了ZH1-330型敞開式組合電器，從而使電站布局緊湊、節(jié)省造價(jià)。值得一提的是，這種結(jié)構(gòu)形式在世界上是絕無僅有的，已成為獨(dú)具中國特色的新品種。
第一代國產(chǎn)550千伏隔離開關(guān)突破國外技術(shù)壟斷。長期以來，我國高壓開關(guān)設(shè)備的生產(chǎn)只能依賴進(jìn)口，而第一代國產(chǎn)550千伏隔離開關(guān)的研制打破了國外技術(shù)壟斷，取得技術(shù)新突破。
數(shù)據(jù)表明，在我國興建的第一條500千伏輸電線路--錦遼試驗(yàn)線段中，沈高成功研制GW6-550型剪刀式隔離開關(guān)和JW2-550型接地開關(guān)，西開成功研制GW7-550型三柱式隔離開關(guān)。這批產(chǎn)品數(shù)量雖然很少，僅20余組，但卻具有重要意義，開創(chuàng)了我國自主設(shè)計(jì)獨(dú)立制造550千伏隔離開關(guān)設(shè)備的先河。
該產(chǎn)品的研制立足自主創(chuàng)新，攻克了鋁合金導(dǎo)體設(shè)計(jì)制造、絕緣試驗(yàn)、無線電干擾試驗(yàn)及開合小電容電流試驗(yàn)等諸多技術(shù)難題，為 行業(yè) 今后發(fā)展積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。
2、進(jìn)展快“三高”企業(yè)獨(dú)具技術(shù)優(yōu)勢
三峽工程和西電東送等超高壓直流輸電工程的建設(shè)，有力地促進(jìn)了輸變電設(shè)備的開發(fā)研制，并已開創(chuàng)良好局面。為進(jìn)一步提高市場競爭力， 行業(yè) 骨干企業(yè)進(jìn)一步加速產(chǎn)品升級(jí)換代，不斷推出新成果。
平高在鞏固GW16/17-550型市場占有率的基礎(chǔ)上，開發(fā)完成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的GW27-550型隔離開關(guān)和JW8-550型接地開關(guān)，同時(shí)參照國外先進(jìn)結(jié)構(gòu)，開發(fā)出GW28-550、GW29-550型新產(chǎn)品。
沈高將GW6-550型產(chǎn)品改進(jìn)為GW6A-550型，保留雙導(dǎo)電閘刀和觸頭鉗夾范圍大的特點(diǎn)，進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，提高了可靠性和防腐性能；將GW12-550型改進(jìn)為GW12A-550型，GW6A、GW12A產(chǎn)品均具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。
一個(gè)時(shí)期以來，沈高、西開、平高3個(gè)廠家致力于新產(chǎn)品的研制開發(fā)和改進(jìn)，并較好滿足了市場需求。與此同時(shí)，長沙高壓開關(guān)有限公司加大自主創(chuàng)新，2002年成功完成GW16A-550、GW17A-550型隔離開關(guān)及JW5A-550、JW6A-550型接地開關(guān)的研制，2003年又研制成功GW35-363、550型及GW36-363、550型隔離開關(guān)，步入具有技術(shù)優(yōu)勢超高壓隔離開關(guān)制造商的行列。
二、我國高壓開關(guān)設(shè)備新材料的應(yīng)用
目前高壓開關(guān)柜主絕緣材質(zhì)為：SMC材料，DMC材料（BMC材料），即片狀模塑料，團(tuán)狀模塑料。它們具有較高的物理，機(jī)械和介電性能，尤其是具有吸水少、優(yōu)良的阻燃性、滅弧性和耐漏電性能。
SMC材料在高壓開關(guān)柜的只要應(yīng)用：模塑板材，要求機(jī)械強(qiáng)度較高的產(chǎn)品，表面積較大而幾何形狀和結(jié)構(gòu)不復(fù)雜的薄壁、大中型制品，如SMC開關(guān)柜隔板、SMC滅弧筒。
DMC材料在高壓開關(guān)柜的只要應(yīng)用：模塑厚壁、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的中小型制品，如絕緣子、滅弧片、接觸器、母線絕緣框、穿墻套等，應(yīng)采用DMC材料。
SMC/BMC材料在高壓開關(guān)柜的應(yīng)用中，應(yīng)該避免在同一制品上，SMC和DMC不能混合使用。如果在采用SMC模塑的板材中摻加了DMC，會(huì)使制品機(jī)械強(qiáng)度下降，變形嚴(yán)重，影響主機(jī)開關(guān)柜的質(zhì)量。應(yīng)當(dāng)注意，合格的SMC/BMC模壓絕緣制品件的表面平整光亮，無麻孔、裂紋、缺料等缺陷，手感好、外觀漂亮，電性能優(yōu)良。
三、我國開關(guān)設(shè)備在特高壓、高壓及超高壓產(chǎn)品方面技術(shù)的發(fā)展
經(jīng)過多年發(fā)展，高壓開關(guān) 行業(yè) 經(jīng)濟(jì)效益全面提升，技術(shù)更新?lián)Q代步伐明顯加快。近年來，西北750千伏輸電工程的開工，拉開了特高壓輸變電工程建設(shè)的序幕，也催生了我國特高壓隔離開關(guān)新技術(shù)。
750千伏工程是目前我國電壓等級(jí)最高的運(yùn)營輸電線路，也是世界上海拔最高的輸電工程。西開產(chǎn)品首先裝配其中，并填補(bǔ)國內(nèi)空白。他們與美國SSL公司合作生產(chǎn)的GW45-800型隔離開關(guān)于2005年9月在我國首條750千伏青海官亭至甘肅蘭州東輸電示范工程正式投入運(yùn)行。平高自主研制的GW27-800型隔離開關(guān)和JW8-800型接地開關(guān)，沈高推出的GW12A-800型隔離開關(guān)及JW4-800型接地開關(guān)，也于2006年9月先后通過技術(shù)鑒定。
大規(guī)模超高壓、特高壓輸電線路的建設(shè)，給輸變電設(shè)備 行業(yè) 提供了極好的發(fā)展機(jī)遇。 行業(yè) 統(tǒng)計(jì)資料表明，自1990～2006年，累計(jì)生產(chǎn)550千伏隔離開關(guān)和接地開關(guān)5243組，363千伏隔離開關(guān)和接地開關(guān)1954組，均在市場有良好表現(xiàn)。
可以肯定的是，晉東南-南陽-荊門百萬伏交流輸電示范工程的開工，給有技術(shù)儲(chǔ)備的廠家提供了難得的市場機(jī)會(huì)。
頗具市場眼光的西開等4家開關(guān)制造商，抓緊機(jī)遇均在最短的時(shí)間，利用研制800千伏產(chǎn)品的成功經(jīng)驗(yàn)，獨(dú)立自主開發(fā)出1000千伏特高壓隔離開關(guān)新產(chǎn)品，凸顯出企業(yè)雄厚的技術(shù)實(shí)力。
西開自主開發(fā)的GW□-1100型三柱水平開啟閘刀翻轉(zhuǎn)式隔離開關(guān)，可兩側(cè)附裝折疊式接地開關(guān)順利通過技術(shù)鑒定。
平高自主研制的GW27-1100型三柱水平開啟閘刀翻轉(zhuǎn)式隔離開關(guān)，可兩側(cè)附裝立開式接地開關(guān)，已通過短時(shí)耐受電流、峰值耐受電流和開合母線轉(zhuǎn)換電流、電容電感小電流等關(guān)鍵項(xiàng)目試驗(yàn)。
沈高自主研發(fā)的GW12A-1100型雙柱折疊立開式隔離開關(guān)、可兩側(cè)附裝折疊式接地開關(guān)，以及長高1000kV特高壓接地開關(guān)都已通過型式試驗(yàn)。
這些成果已成為國家電網(wǎng)公司特高壓交流試驗(yàn)基地帶電試驗(yàn)的首選產(chǎn)品。
據(jù)有關(guān)資料記載，目前，國產(chǎn)超高壓隔離開關(guān)已有六千多組在全國電力系統(tǒng)中運(yùn)行，最長時(shí)間已達(dá)20年，800千伏特高壓隔離開關(guān)已安全運(yùn)行近兩年，總體情況良好。
未來幾年，電網(wǎng)建設(shè)的大力發(fā)展，給高壓開關(guān) 行業(yè) 開辟了廣闊的市場，提供了樂觀發(fā)展的理由。同時(shí)，超高壓直流輸電工程的建設(shè)，將帶動(dòng)和促進(jìn)特高壓直流輸電技術(shù) 研究 ，開辟一個(gè)新的技術(shù)領(lǐng)域和新的市場。
在 行業(yè) 發(fā)展非常有利的環(huán)境下，也應(yīng)看到壓力和挑戰(zhàn)接踵而至。目前影響 行業(yè) 發(fā)展的主要問題之一是產(chǎn)品水平與跨國公司尚存一定的差距，表現(xiàn)在外觀、可靠性、穩(wěn)定性、耐用性、防腐性和免維護(hù)，以及關(guān)鍵原材料的品質(zhì)等方面。
未來一個(gè)時(shí)期，加大技術(shù)創(chuàng)新，提升產(chǎn)品水平仍是 行業(yè) 工作的重點(diǎn)，同時(shí)著重做好三項(xiàng)工作：
一是瞄準(zhǔn)國際前沿技術(shù)，以市場需求為導(dǎo)向，依托國家重點(diǎn)工程，充分利用骨干企業(yè)較好的資源、資金條件，不斷提升自主創(chuàng)新能力，向更高的目標(biāo)邁進(jìn)。
二是廣泛應(yīng)用新設(shè)備、新技術(shù)、新工藝，堅(jiān)持工藝出精品，精品出效益的工作方針，將斷路器的設(shè)計(jì)和質(zhì)量管理理念應(yīng)用到隔離開關(guān)產(chǎn)品的研制中。
三是推廣應(yīng)用數(shù)字化制造技術(shù)，進(jìn)一步提高研發(fā)能力，降低產(chǎn)品成本，增強(qiáng)產(chǎn)品的市場競爭力。
四、我國開關(guān)設(shè)備在中壓產(chǎn)品及智能化技術(shù)上的發(fā)展
1、高壓開關(guān)設(shè)備智能化中的新技術(shù)
1）現(xiàn)代傳感技術(shù)
以往電力系統(tǒng)中作為測量和保護(hù)用的互感器普遍使用電磁式的，隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)電壓的升高和容量的增長，某些復(fù)雜的繼電保護(hù)裝置不僅能反映短路電流的大小，還能反映相位和波形，甚至反映電流的突變率，因而使用傳統(tǒng)的電磁式互感器已不能滿足目前高壓開關(guān)設(shè)備多功能的需要，這就對(duì)現(xiàn)代傳感器技術(shù)提出了更嚴(yán)格的要求。隨著現(xiàn)代光纖技術(shù)的發(fā)展，基于法拉第旋光效應(yīng)的光電互感器和光電傳感器（oct）相繼出現(xiàn)。初級(jí)線圈環(huán)繞在套于高壓母線的環(huán)型磁芯上，螺線管與初級(jí)線圈產(chǎn)生的磁場方向平行，法拉第傳感器沿著螺線管軸線方向安裝于螺線管內(nèi)，一個(gè)法拉第螺線管可同時(shí)連接多個(gè)帶有磁芯的線圈，該螺線管具有磁場屏蔽功能。初級(jí)線圈產(chǎn)生的電流用來形成螺線管中的磁場，而螺線管中安裝的法拉第元件作為傳感器將該電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)。該類型oct產(chǎn)品應(yīng)用于275kv變電站的故障定位監(jiān)測系統(tǒng)中，被測電流高達(dá)50ka，可在－20～＋80℃的溫度范圍內(nèi)使用，精度為1．5％，可滿足故障定位系統(tǒng)要求。
目前已投入使用的光學(xué)電流互感器由于測量范圍寬、絕緣簡單可靠、無磁飽和、無二次開路危險(xiǎn)、抗電磁干擾能力強(qiáng)、體積小、重量輕、安裝運(yùn)輸方便、易于同微機(jī)保護(hù)接口等優(yōu)點(diǎn)，已在高壓開關(guān)設(shè)備中得到應(yīng)用。
2）微機(jī)處理技術(shù)
微機(jī)處理技術(shù)的發(fā)展是實(shí)現(xiàn)智能化控制的前提，它是集測量、運(yùn)算、決策、控制、保護(hù)及遙控于一體的綜合化智能體系，可以安裝于高壓開關(guān)設(shè)備內(nèi)部，直接面向一次設(shè)備或設(shè)備組合，能完成各自對(duì)象的繼電保護(hù)、實(shí)時(shí)電量監(jiān)控、狀態(tài)信息記錄及歷史記錄等功能；微機(jī)處理技術(shù)還可作為計(jì)算機(jī)分層網(wǎng)絡(luò)的終端，具有多種可選的通用網(wǎng)絡(luò)接口，便于事故 分析 和狀態(tài)監(jiān)視；形成微機(jī)防誤操作和安全保障系統(tǒng)，適應(yīng)變電站自動(dòng)化的需要。例如，對(duì)于智能化柜來說，首先通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得監(jiān)測信息，然后利用微機(jī)處理技術(shù)對(duì)獲得的信息進(jìn)行處理、判斷與決策，其處理機(jī)構(gòu)可分為前置處理單元和后置管理單元兩部分：前置處理單元由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，然后進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算，并與給定的報(bào)警、跳閘、操作等條件進(jìn)行比較，當(dāng)滿足動(dòng)作條件時(shí)執(zhí)行動(dòng)作任務(wù)；后置管理單元?jiǎng)t完成對(duì)數(shù)據(jù)的打印管理、事故記錄等。微機(jī)處理裝置必須預(yù)留通信接口，以使軟件系統(tǒng)與已在線運(yùn)行的其他軟件環(huán)境能方便地連接。
3）狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)
電氣設(shè)備的在線監(jiān)測和故障診斷是其智能化的基本手段，起源于20世紀(jì)70年代。經(jīng)過多年的發(fā)展，現(xiàn)代高壓開關(guān)設(shè)備的監(jiān)測功能正日趨完善，例如：對(duì)電壓、電流、功率和功率因數(shù)、有功和無功電能、電網(wǎng)頻率以及斷路器合／分工作狀態(tài)等的檢測功能；對(duì)過電流、短路、不平衡運(yùn)行、電機(jī)啟動(dòng)、接地、過電壓、欠電壓等的保護(hù)功能；對(duì)就地?cái)嗦菲骱瓦h(yuǎn)方斷路器的操作控制功能等。這些功能依靠先進(jìn)的顯示、通信手段將各單元聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)變電站的集中微機(jī)監(jiān)控。
高壓開關(guān)設(shè)備在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的組成由信號(hào)變送系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及處理和診斷系統(tǒng)構(gòu)成。高壓開關(guān)設(shè)備常見的監(jiān)測內(nèi)容可歸納為絕緣性能監(jiān)測、機(jī)械性能監(jiān)測和電氣性能監(jiān)測三部分，具體包括：通過檢測開斷電流和燃弧時(shí)間這兩個(gè)影響觸頭磨損量的主要參數(shù)來判斷觸頭的電壽命，通過檢測關(guān)鍵部件的機(jī)械振動(dòng)、合／分閘線圈電流和電壓的波形變化、控制回路通斷狀態(tài)以及操動(dòng)機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能完成狀況等信號(hào)來判斷斷路器的機(jī)械故障，近年來發(fā)展起來的采用uhf電磁波來監(jiān)測絕緣狀態(tài)，應(yīng)用感溫元件或紅外線技術(shù)來監(jiān)控載流導(dǎo)體及接觸部位溫度等。這些監(jiān)測與診斷技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)高壓開關(guān)設(shè)備的狀態(tài)檢修及智能化控制。
2、智能化高壓開關(guān)設(shè)備
現(xiàn)代傳感技術(shù)、微機(jī)處理技術(shù)、狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)在高壓開關(guān)設(shè)備領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，出現(xiàn)了各具特色的智能型高壓開關(guān)設(shè)備。
1）氣體絕緣全封閉組合電器（gis）
g．schett將gis從傳統(tǒng)技術(shù)、現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展到智能技術(shù)的三個(gè)階段。在傳統(tǒng)的gis二次回路中主要采用了電磁式電器技術(shù)，各種電器功能單一，為完成復(fù)雜的功能需要大量各種不同類型的電器，同時(shí)為連接這些電器而使用了上千條硬導(dǎo)線，在gis旁邊專門建造了控制室以便安置其龐大的控制柜，gis殼體上的柜體僅作母線室用。
在具有現(xiàn)代技術(shù)的gis中，數(shù)字繼電器取代了傳統(tǒng)的繼電器，加上自監(jiān)視程序的采用，其可靠性得到了提高。gis的二次回路不斷改進(jìn)，在間隔之間以及間隔與變電站控制計(jì)算機(jī)之間的通信聯(lián)絡(luò)使用了串行光纖技術(shù)，使器件數(shù)大大減少；為完成控制、保護(hù)和測量等功能所需的設(shè)備安裝在gis殼體上的控制柜中，不再專為二次回路建造控制室；使用光纖通信總線簡化了設(shè)備之間的聯(lián)接，并解決了電磁干擾問題；控制柜內(nèi)電子器件的自動(dòng)控制和自監(jiān)視功能提高了gis的自動(dòng)化程度。
在具有智能化技術(shù)的gis中，所有一次回路與二次回路之間的連接均通過串行光纖總線接到控制箱中，完全淘汰了傳統(tǒng)的硬導(dǎo)線連接方式。每個(gè)一次裝置（互感器）配備了稱為pisa（傳感器和執(zhí)行器處理接口）的電子接口，其主要任務(wù)有：作a／d變換、測量信號(hào)的預(yù)處理、通過總線以及經(jīng)過串接總線執(zhí)行控制和保護(hù)命令。由于采用了pisa技術(shù)，使脫扣、連鎖、電壓、電流等信號(hào)的傳遞時(shí)間大大減小，并能迅速作出控制或保護(hù)等操作的判斷，使保護(hù)和監(jiān)控更為及時(shí)、可靠。
2）智能熔斷器
美國通用公司研制出的額定電壓為5．5～26kv、額定電流為65～175a的高壓限流熔斷器，不但尺寸小、額定電流大、分?jǐn)嗄芰?qiáng)，還能夠智能控制熔斷器的時(shí)間－電流特性。熔體的中部有一個(gè)過電流傳感器（o.c），數(shù)個(gè)化學(xué)炸藥包沿著熔體長度方向布置。在正常工作情況下，觸發(fā)電路由空氣間隙a1隔離。當(dāng)主熔體在某種情況下任意一處熔斷時(shí)，斷開處的電弧電壓使間隙a1擊穿，引起電流流過觸發(fā)電路，從而在低過載電流下點(diǎn)燃化學(xué)炸藥包，在熔體上產(chǎn)生多個(gè)串聯(lián)電弧來開斷電流。在大電流情況下，其開斷與一般限流熔斷器相似。
智能化熔斷器的保護(hù)系統(tǒng)由多個(gè)智能化熔斷器和一個(gè)保護(hù)控制中心（pcc）組成。以往的熔斷器電弧是靠低熔點(diǎn)的“m”效應(yīng)和特殊的熔體狹頸設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)的，因而其時(shí)間－電流特性是固定不變的，而智能化的熔斷器沿熔體長度方向多處布置有化學(xué)炸藥包，并設(shè)有智能檢測單元對(duì)線路供電狀況進(jìn)行檢測和判定，再通過觸發(fā)化學(xué)炸藥包按要求動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)熔斷器時(shí)間－電流特性的智能控制。
3）高壓斷路器及高壓開關(guān)柜
日本富士公司在原來的真空斷路器上添加了過電流繼電器、檢測用電流互感器以及各種傳感器，使斷路器具備了自診斷功能及傳輸功能，構(gòu)成了集監(jiān)視、通信、控制和保護(hù)為一體的智能單元，從而強(qiáng)化了斷路器的功能，提高了可靠性。
在電器元件智能化的同時(shí)，高壓開關(guān)柜也不斷向智能化方向推進(jìn)，目前在國際上處于領(lǐng)先地位的高壓開關(guān)柜產(chǎn)品均具有：脫扣回路斷線監(jiān)測、動(dòng)作時(shí)間檢測、接觸部件檢測、彈簧的儲(chǔ)能時(shí)間檢測、溫度／濕度檢測和柜門的監(jiān)視等功能，綜合這些功能就構(gòu)成了智能化高壓開關(guān)柜。
abb公司近期推出的高壓開關(guān)柜智能化集中控制／保護(hù)單元，將控制、信號(hào)、保護(hù)、測量和監(jiān)視等功能組合起來，使高壓開關(guān)柜具有連續(xù)自監(jiān)視以及與電站控制系統(tǒng)直接連接等功能。集中控制／保護(hù)單元具有限流、過電壓和欠電壓、過熱以及接地故障等多種保護(hù)功能，并能根據(jù)需要任意組合。集中控制／保護(hù)單元還具有智能診斷能力，能對(duì)其所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行 分析 和處理、進(jìn)行故障預(yù)測、判斷開關(guān)的剩余使用壽命和計(jì)算出維修期限。
第二節(jié) 國外高壓開關(guān)技術(shù)的新發(fā)展
一、世界法、德、日、美等主要高壓開關(guān)企業(yè)技術(shù)發(fā)展動(dòng)向
1、12kV/40.5kV真空開關(guān)已成主流，高可靠、智能化、小型化是發(fā)展方向
作為支線電網(wǎng)和用戶端的主要控制設(shè)備，12kV/40.5kV系列高壓開關(guān)及C-GIS組合電器依然具有巨大的市場需求，其中以符合環(huán)保要求的智能化、小型化真空高壓開關(guān)設(shè)備為主。真空高壓開關(guān)設(shè)備將逐漸取代SF6高壓開關(guān)設(shè)備，這種趨勢在12kV系列已經(jīng)十分明顯，2005年12kV各類高壓開關(guān)設(shè)備中真空高壓開關(guān)設(shè)備市場份額達(dá)到95.76%，40.5kV真空高壓開關(guān)設(shè)備市場份額也達(dá)到62.24%。
從世界范圍來看，中高壓真空斷路器已占65％以上份額，特別是在美國、日本、德國真空斷路器占有絕對(duì)優(yōu)勢，例如日本真空開關(guān)已占90％以上，各國真空開關(guān)亦以占到95％以上。因此，就開關(guān)類型而言，真空斷路器在中高壓市場占據(jù)主要的地位。
綜合看，真空高壓開關(guān)設(shè)備高可靠、長壽命、大容量、智能化、小型化將成為未來發(fā)展的主要趨勢。
2、各國高壓卡關(guān)設(shè)備技術(shù)
美國是世界上輸配電設(shè)備工業(yè)最發(fā)達(dá)的國家之一，技術(shù)力量雄厚，不少新產(chǎn)品都始于美國，伊頓卡特拉－漢莫（EATONCutle-Hammer）、西屋、GE等企業(yè)是世界排名居前的輸配電設(shè)備企業(yè)，美國國內(nèi)開關(guān)設(shè)備銷售額超過80億元。日本的輸配電設(shè)備工業(yè)已有100年的歷史，原產(chǎn)品集中在低壓電器方面，是低壓電器設(shè)備制造技術(shù)的主要輸出國，現(xiàn)階段在126kV及以上電壓等級(jí)的組合電器，特別是真空滅弧室與真空斷路器的 研究 與生產(chǎn)上已處于國際領(lǐng)先地位，主要出口東南亞、中東、中南美和非洲。東芝、日立、三菱、明電舍、富士為日本享譽(yù)世界的輸配電設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)。德國輸配電設(shè)備工業(yè)發(fā)展迅速，產(chǎn)品60%用于出口，目前 行業(yè) 發(fā)達(dá)程度僅次于美國和日本，居世界第三位。西門子和CalorEmag是德國著名的輸配電設(shè)備生產(chǎn)商。而發(fā)展中國家高壓開關(guān)制造業(yè)并不發(fā)達(dá)，必須依靠主要工業(yè)國家的高壓開關(guān)制造公司。為了占領(lǐng)發(fā)展中國家的電力大市場，一些知名高壓開關(guān)制造公司已在發(fā)展中國家建立合資或獨(dú)資企業(yè)，異地生產(chǎn)，以便更好地服務(wù)于當(dāng)?shù)仉娏κ袌觥?/p>
二、國外高壓開關(guān)技術(shù)的新發(fā)展
研究 ABB、Siemens、日立、東芝等公司的產(chǎn)品，可以了解到世界高壓開關(guān)產(chǎn)品的發(fā)展水平及動(dòng)向。這些代表國外先進(jìn)水平的產(chǎn)品，具有以下特點(diǎn)。
1、產(chǎn)品更新?lián)Q代快
產(chǎn)品一般5年內(nèi)更換50%～60%。如ABB公司、Siemens公司過去5年的新產(chǎn)品都占其產(chǎn)品總數(shù)的50%～60%。
2、加大 研究 費(fèi)用的投入
據(jù)英國貿(mào)易與工業(yè)部（DTI）發(fā)布的第8年度 研究 與開發(fā)（R&D）投資報(bào)告，1997年世界上300家最大企業(yè)的R&D投資額達(dá)2180億美元。其中Siemens公司投資額45.9億美元，占銷售額7.6%；日立公司投資額39.2億美元，占銷售額5.9%；ABB公司投資額26.9億美元，占銷售額8.5%。
3、建立強(qiáng)大的試驗(yàn) 研究 基地
高壓強(qiáng)電流試驗(yàn)對(duì)高壓開關(guān)的開發(fā)至關(guān)重要，所以各公司都在加強(qiáng)擴(kuò)大強(qiáng)電流試驗(yàn)基地。以ABB公司為例，為了 研究 21世紀(jì)的電力技術(shù)，該公司在過去幾年中擴(kuò)建瑞典路德維卡強(qiáng)電流試驗(yàn)站，并使之現(xiàn)代化。擴(kuò)建后的試驗(yàn)站短路容量達(dá)到7500MVA，可產(chǎn)生高至1600kV的任何電壓，短路電流達(dá)到80kV。試驗(yàn)站配置有很新的測試、控制和監(jiān)視技術(shù)以及最現(xiàn)代化的測量數(shù)據(jù)處理設(shè)備。
第三節(jié) 高壓開關(guān)設(shè)備電力 行業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)
一、高壓開關(guān)設(shè)備電力 行業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容
根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)已能包含電力 行業(yè) 全部要求就不再制定電力 行業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)的原則，現(xiàn)有電力 行業(yè) 高壓開關(guān)設(shè)備已制定的標(biāo)準(zhǔn)有：
1、DIJT844—200312kV《少維護(hù)戶外配電開關(guān)設(shè)備通用技術(shù)條件》；
2、DL/T537-2002《高壓／低壓預(yù)裝箱式變電站選用導(dǎo)則》；
3、DL/T813-2002《12kV高壓交流自動(dòng)重合器技術(shù)條件》；
4、DL/T791-2001《戶內(nèi)交流充氣式開關(guān)柜選用導(dǎo)則》；
5、DL/T403-2000《12-40.5kV高壓真空斷路器訂貨技術(shù)條件》；
6、DL/T486-2000《交流高壓隔離開關(guān)和接地開關(guān)訂貨技術(shù)條件》；
7、DL/T402-1999《交流高壓斷路器訂貨技術(shù)條件》；
8、DL/T687-1999《微機(jī)型防止電氣誤操作裝置通用技術(shù)條件》；
9、DL/T690-1999《交流高壓斷路器合成試驗(yàn)技術(shù)條件》；
10、DL/T404-1997《戶內(nèi)交流高壓開關(guān)柜訂貨技術(shù)條件》；
11、DL/T615-1997《交流高壓斷路器參數(shù)選用導(dǎo)則》；
12、DL/T640-1997《戶外交流高壓跌落式熔斷器及熔斷件訂貨技術(shù)條件》；
13、DL/T405-1996《進(jìn)口252(245)-550kV交流高壓斷路器和隔離開關(guān)技術(shù)規(guī)范》；
14、DL/T593-1996《高壓開關(guān)設(shè)備的共用訂貨技術(shù)導(dǎo)則》；
15、DL/T594-1996《環(huán)氧玻璃布硬質(zhì)層高壓間隔板》；
16、DIJT579-1995《開關(guān)設(shè)備接線座訂貨技術(shù)條件》；
17、DL/T538-1993《高壓帶電顯示裝置技術(shù)條件》；
18、DL/T539-1993《戶內(nèi)交流高壓開關(guān)柜和元部件凝露及污穢試驗(yàn)技術(shù)條件》；
19、DL/T472-1992《可控氣吹開斷器訂貨技術(shù)條件》；
20、DL/T406-1991《交流自動(dòng)分段器訂貨技術(shù)條件》；
21、DL/T427-1991《戶內(nèi)型發(fā)電機(jī)斷路器訂貨技術(shù)條件》。
上述標(biāo)準(zhǔn)中，有些有國家標(biāo)準(zhǔn)，但國家標(biāo)準(zhǔn)不能包含用戶的全部要求，如斷路器、隔離開關(guān)、開關(guān)柜、箱式變電站、開關(guān)設(shè)備共用技術(shù)導(dǎo)則等；有些沒有國家標(biāo)準(zhǔn)，如接線座、充氣開關(guān)柜、防止誤操作條件等；有些是在當(dāng)時(shí)既無國家標(biāo)準(zhǔn)又無 行業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)的情況下制定的，如發(fā)電機(jī)斷路器、重合器、分段器等標(biāo)準(zhǔn)。
二、高壓開關(guān)設(shè)備電力 行業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展趨勢
隨著IEC高壓開關(guān)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生的變化，國家標(biāo)準(zhǔn)又隨之相應(yīng)作了改變，但某些地方還不能完全反映我國電力用戶的要求，所以，電力 行業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)的制定、修訂顯得更為重要，多年來世界各大電氣公司從了解電力 行業(yè) 高壓開關(guān)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)入手，促進(jìn)了高壓開關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，也不斷完善了IEC高壓開關(guān)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)。
隨著我國電力事業(yè)的大發(fā)展，高壓開關(guān)設(shè)備電力 行業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)相應(yīng)發(fā)展并作出貢獻(xiàn)，以緊跟國際標(biāo)準(zhǔn)的變化。高壓開關(guān)設(shè)備電力 行業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展趨勢是：以 行業(yè) 高新技術(shù)、先進(jìn)適用技術(shù)、科研成果、引進(jìn)國外技術(shù)為依據(jù)，增強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)的理論性、適用性、實(shí)時(shí)性、可操作性和靈活性；提升標(biāo)準(zhǔn)水平，淘汰落后產(chǎn)品，合理利用資源，滿足市場需求，保證運(yùn)行安全可靠。
第四節(jié) 今后開關(guān)電器的技術(shù)發(fā)展趨勢
1、非隔離DC/DC技術(shù)迅速發(fā)展
近年來，非隔離DC/DC技術(shù)發(fā)展迅速。目前一套電子設(shè)備或電子系統(tǒng)由于負(fù)載不同，會(huì)要求電源系統(tǒng)提供多個(gè)電壓擋級(jí)。如臺(tái)式PC機(jī)就要求有+12V、+5V、+3.3V、-12V四種電壓以及待機(jī)的+5V電壓，主機(jī)板上則需要2.5V、1.8V、1.5V甚至1V等。一套AC/DC中不可能給出這樣多的電壓輸出，而大多數(shù)低壓供電電流都很大，因此開發(fā)了很多非隔離的DC/DC，它們基本上可以分成兩大類。一類在內(nèi)部含有功率開關(guān)元件，稱DC/DC轉(zhuǎn)換器。另一類不含功率開關(guān)，需要外接功率MOSFET，稱DC/DC控制器。按照電路功能劃分，有降壓的STEP-DOWN、升壓的BOOST，還有能升降壓的BUCK-BOOST或SEPIC等，以及正壓轉(zhuǎn)成負(fù)壓的INVERTOR等。其中品種最多，發(fā)展最快的還是降壓的STEP-DOWN。根據(jù)輸出電流的大小，分為單相、兩相及多相?？刂品绞缴弦訮WM為主，少部分為PFM。
在非隔離的DC/DC轉(zhuǎn)換技術(shù)中，TI公司的預(yù)檢測柵驅(qū)動(dòng)技術(shù)采用數(shù)字技術(shù)控制同步BUCK，采用這種技術(shù)的DC/DC轉(zhuǎn)換效率最高可以達(dá)到97%，其中TPS40071等是其代表產(chǎn)品。BOOST升壓方式也出現(xiàn)了采用MOSFET代替二極管的同步BOOST的產(chǎn)品。在低壓領(lǐng)域，增加效率的幅度很大，而且正在設(shè)法進(jìn)一步消除MOSFET的體二極管的導(dǎo)通及反向恢復(fù)問題。
2、開關(guān)電源吹響數(shù)字化號(hào)角
目前在整個(gè)的電子模擬電路系統(tǒng)中，電視、音響設(shè)備、照片處理、通訊、網(wǎng)絡(luò)等都逐步實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，而最后一個(gè)沒有數(shù)字化的堡壘就是電源領(lǐng)域了。近年來，數(shù)字電源的 研究 勢頭不減，成果也越來越多。在電源數(shù)字化方面走在前面的公司有TI和Microchip。TI公司既有DSP方面的優(yōu)勢，又兼并了PWMIC專業(yè)制造商UNITRODE公司，該公司已經(jīng)用TMS320C28F10制成了通訊用的48V輸出大功率電源模塊，其中PFC和PWM部分完全為數(shù)字式控制?，F(xiàn)在，TI公司已經(jīng)研發(fā)出了多款數(shù)字式PWM控制芯片。目前主要是UCD7000系列、UCD8000系列和UCD9000系列，它們將成為下一代數(shù)字電源的探路者。它們總體上既包括硬件部分，還要做軟件編程。硬件部分包括PWM的邏輯部分、時(shí)鐘、放大器環(huán)路的模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換以及數(shù)字處理、驅(qū)動(dòng)，同步整流的檢測和處理等。
目前在電源領(lǐng)域里的競爭主要還是性能價(jià)格的競爭，所以數(shù)字電源還有很長的路要走，然而電源領(lǐng)域的數(shù)字化的號(hào)角已經(jīng)吹響了。
3、初級(jí)PWM控制IC不斷優(yōu)化
有源箝位技術(shù)歷經(jīng)十余年經(jīng)久不衰，自從2002年VICOR公司此項(xiàng)專利技術(shù)到期解禁之后，各家公司開發(fā)的新型有源箝位控制IC如雨后春筍般涌現(xiàn)，給用戶提供了充分的選擇。
控制早期有源箝位控制技術(shù)的TI，不僅保持了原有的UCC3580系列，又新開發(fā)了性能更優(yōu)越的UCC2891-94，它采用電流型控制方式，綜合了高邊箝位、低邊箝位兩種控制方案，給出了全新的控制技巧。OnSemi先推出了低壓(100V)有源箝位的NCP1560控制芯片，隨后又推出了高壓應(yīng)用的控制芯片NCP1280，它既解決了LCDTV等離子TV電源的要求，現(xiàn)在又直指下一代無風(fēng)扇的PC機(jī)電源。美國NS公司的5000系列中專門有一款LM5025的有源箝位控制IC，連名不見經(jīng)傳的Semtech公司也給出了有源箝位的控制芯片，型號(hào)是SC4910，可見其背后蘊(yùn)藏著巨大的市場商機(jī)。直到最近TI公司又推出的有源箝位控制ICUCC2897，已經(jīng)將有源箝位的PWM控制做到了完美無缺。而臺(tái)商飛兆公司則給出了最廉價(jià)的有源箝位控制IC，即SD7558和SD7559。
在大功率領(lǐng)域，全橋移相ZVS軟開關(guān)技術(shù)在解決開關(guān)電源的效率上功不可沒。從TI公司的UC3875到UCC3895，再從Linear公司的LTC1922到LTC3722增加了自適應(yīng)檢測技術(shù)，使全橋移相技術(shù)達(dá)到了頂峰。然而，在同步整流技術(shù)普遍應(yīng)用的今天，它卻無法實(shí)現(xiàn)最佳的ZVS同步整流。因?yàn)槿珮蛞葡嚯娐吩诒举|(zhì)上是屬于非對(duì)稱的，它無法實(shí)現(xiàn)完全的ZVS同步整流，由于其開啟和關(guān)斷過程總有一半是硬開關(guān)，因而效率比不上對(duì)稱電路拓?fù)涞腪VS方式的同步整流。最新的科技成果應(yīng)該是INTERSIL公司推出的PWM對(duì)稱全橋的ZVS控制IC-ISL6752。它既能控制初級(jí)側(cè)的四個(gè)MOS開關(guān)為ZVS工作狀態(tài)，又能準(zhǔn)確地給出控制二次側(cè)的同步整流為ZVS工作狀態(tài)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。采用這顆IC制作的400W的DC/DC再加上先進(jìn)的功率MOSFET，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到95%。
對(duì)于小功率的開關(guān)電源，則仍舊是反激變換器的PWM控制IC，但是它必須要能很好地解決二次側(cè)的同步整流的控制方式。OnSemi公司的NCP1207和NCP1377是高壓AC/DC領(lǐng)域的佼佼者。若能再配上TI公司的反激變換器的同步整流控制IC-UCC27226，則能使它們成為幾乎完美無瑕的高效率電源。低壓DC/DC領(lǐng)域中的反激變換器控制IC中，Linear公司的LTC3806則是上乘之作。LTC3806不僅能控制好PWM，還給出準(zhǔn)確的二次側(cè)同步整流驅(qū)動(dòng)信號(hào)，是低壓小功率電源控制IC的杰作。
綜上所述，開關(guān)電源設(shè)計(jì)時(shí)可以選擇最佳控制方式和最佳電路拓?fù)?。大功率?yīng)該是全橋ZVS加上二次側(cè)ZVS同步整流，典型控制IC是ISL6752；中等功率到小功率應(yīng)該是有源箝位正激變換ZVS軟開關(guān)配上二次側(cè)的預(yù)檢測柵驅(qū)動(dòng)技術(shù)的同步整流；而小功率應(yīng)該是配好同步整流的反激變換。當(dāng)然，這里沒有絕對(duì)的界限，只是不同的條件下應(yīng)該有相應(yīng)的最佳選擇。
4、同步整流技術(shù)實(shí)現(xiàn)高效
從上世紀(jì)90年代末期同步整流技術(shù)誕生以來，開關(guān)電源技術(shù)得到了極大的發(fā)展，采用IC控制技術(shù)的同步整流方案已經(jīng)為研發(fā)工程師普遍接受，現(xiàn)在的同步整流技術(shù)都在努力實(shí)現(xiàn)ZVS、ZCS方式的同步整流。
從2002年美國銀河公司發(fā)表了ZVS同步整流技術(shù)之后，現(xiàn)在已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。這種方式的同步整流系巧妙地將二次側(cè)驅(qū)動(dòng)同步整流的脈沖信號(hào)調(diào)為比一次側(cè)的PWM脈沖信號(hào)的上升沿超前，下降沿滯后的方法實(shí)現(xiàn)了同步整流MOS的ZVS方式工作。最新問世的雙輸出式PWM控制IC幾乎都在控制邏輯內(nèi)增加了對(duì)二次側(cè)實(shí)現(xiàn)ZVS同步整流的控制端子。例如：Linear公司的LTC3722、LTC3723，INTERSIL公司的ISL6752等。這些IC不僅努力解決好初級(jí)側(cè)功率MOSFET的軟開關(guān)，而且著力解決好二次側(cè)的ZVS方式的同步整流，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)94%以上。
在非對(duì)稱的開關(guān)電源電路拓?fù)渲?，特別是對(duì)于性能良好的正激電路或正激有源箝位電路，在二次側(cè)的同步整流中，為了實(shí)現(xiàn)ZVS方式的同步整流，消除MOSFET體二極管的導(dǎo)通損耗和反向恢復(fù)時(shí)間帶來的損耗，TI公司的專利技術(shù)"預(yù)檢測柵驅(qū)動(dòng)技術(shù)"在控制芯片中增加了大量的數(shù)字控制技術(shù)，正激電路同步整流的控制芯片UCC27228的誕生使正激電路的效率達(dá)到了前所未有的高效率。再配合好初級(jí)側(cè)的有源箝位技術(shù)之后，使這種最新的電路模式既做到了初級(jí)側(cè)的軟開關(guān)ZVS方式工作，又解決了磁芯復(fù)位及能量回饋，減輕了功率MOSFET的電壓應(yīng)力，還做到了二次側(cè)的ZVS最佳狀態(tài)的同步整流，綜合使用這兩項(xiàng)技術(shù)的中小功率的DC/DC變換器，其效率都在94%以上，功率密度也都能達(dá)到200W/in以上。
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