朱家豪 翟艳彬

摘 要：近年来，我国高压开关设备的发展很快，取得了较大的进步。为了适应我国电力系统发展的需要，企业还应继续加大科技投入，加大研制开发力度，以求尽快缩小国际先进水平的差距。企业应从加强自身管理出发，做到细分销售市场，在有限的市场空间找到发展动力。

关键词：高压开关设备；制造技术；应用

高压开关设备是指电力系统中电压等级在3kV及以上且频率不高于50Hz的户内和户外交流开关设备。高压开关设备主要用于电力系统的控制和保护，是非常重要的输配电设备。高压开关设备既可根据电网运行的需要，将部分电力设备或线路投入或退出运行，也可在电力设备或线路发生故障时，将故障部分从电网快速切除，从而起到保证电网中无故障部分的正常运行及设备、运行维修人员的安全。

1 概述

根据功能和作用的不同，可以将高压开关设备分为两类，如下：

1）器件及其组合。器件及其组合包括断路器、接地开关、隔离开关、重合器、负荷开关、分断器、接触器、熔断器及上述器件组合而成的接触器-熔断器（F-C）组合电器、负荷开关-熔断器组合电器、熔断器式开关、隔离负荷开关、敞开式组合电器等。

2）成套设备.成套设备为将上述器件及其组合与其他电气设备（比如变压器、电容器、互感器、电抗器、避雷器等）在金属封闭外壳内进行合理配置和组合，并且具有相对完整使用功能的产品，比如金属封闭的高压开关柜、气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）和高压/低压预装式变电站等。

2 高压开关设备行业现状

我国高压开关行业是一个完全开放的行业。从20世纪90年代中期发展至今，国内高压开关行业可谓突飞猛进。现生产高压开关设备的企业约有2000多家，其中大部分为生产126kV以下高压开关设备的企业，生产126kV 以上高压开关设备的企业约50家左右，生产252kV以上高压开关设备的企业30家左右。

2.1 行业竞争现状

目前，国内高压开关领域市场格局分为三个梯队，呈“金字塔”状。由于人才、技术等壁垒，参与高端高压开关设备竞争的企业相对较少，主要企业所占份额相对较高；参与中低端高压开关竞争的企业数量相对较多，主要企业所占份额相对较低。

以ABB、西门子、东芝、三菱等为代表的外资及合资企业，利用“本土化”方式，进而开拓中国市场、强化品牌效应，凭借资金、技术和品牌优势占据了市场的高端。外资品牌在质量和可靠性方面具有显著优势，在252～550kV产品中占据较高的市场份额。但近两年，在国家“重大装备国有化”政策下，在国家电网公司招标中，外资企业占据市场的份额有所下降。以平高電气、西电西开和新东北电气高压开关等为代表的我国传统高压开关设备优势龙头企业处于第二梯队，通过吸收消化国外技术，已经具备较强的实力，是550kV以上高压开关产品国产化的主力，在高压开关各细分产品市场中均占有较高的市场份额。数量众多的民营企业主要生产252kV及以下电压等级的开关产品，比如技术含量相对较低的隔离开关、接地开关和电压等级较低的126kV断路器和封闭式组合电器。

2.2 电压等级分布现状

我国已能生产中、高、超高及特高压全系列开关设备。高压及以上开关设备的品种包括断路器（GCB）、气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）、隔离/接地开关（DS/ES）、复合式 GIS（H-GIS）等。

1）特高压开关设备。在特高压开关设备方面，国内高压开关行业“三巨头”通过引进国外技术，能够自主完成1100kV 开关设备的开发，其参数能够满足国家电网公司要求，达到额定电压1100kV，额定电流6300kA，断路器额定短路开断电流50kA，绝缘水平达到工频1100kV，雷电冲击2400kV，操作冲击 1800kV（极对地）。

2）超高压开关设备。在超高压开关设备方面，我国通过自主创新开发出了550kV单断口罐式SF6断路器及GIS。

3）高压开关设备。在高压开关设备方面，许多有实力的企业加入制造行列，主要生产自主设计的126～252kV 的各类开关设备，比如瓷柱式和罐式断路器（GCB）、GIS、H-GIS及隔离/接地开关（DS/ES）等，同时，通过重新设计、改型，实现对原有的一些产品的小型化和智能化升级。

4）中压开关设备。在中压开关设备方面，制造厂家最多，其中以中压真空断路器为主导产品。

3 高压开关设备制造技术现状

1）解决热功率耗散量较大。根据上述总结有关引发热功率耗散量较大的因素，制造技术需要有针对性的进行研究探索。（1）辅助控制元件在选用过程中应该首要考虑功耗较低的那一类型；（2）在各个关键主回路连接部位均选用导电能力强、触头压力大、截面宽的导体材料，并以此降低高压开关设备的主回路电阻。

2）解决散热能力不够。为确保温升与散热能够同时且稳定的运行，开关柜在制造设计中需要遵循“功率损耗高——底部；功率损耗低——顶部”的原则对各元件进行顺序排列。另外，开关柜整体需要与墙面之间预留 10mm左右的间隔，使开关柜在运行过程中发散的热能有足够的空间进行消耗。

4 高压开关设备的制造技术的具体应用

1）减少开关设备的热功率耗散。开关设备因内部原因功率耗散而造成发热的来源分为三类：大电流主回路的发热；辅助和控制回路的发热；电涡流作用金属框架部件感应发热、导体因交流电流集肤效应和接近效应（形位效应）等因素造成电流密度分布不均而发生的额外热损耗。针对性地可以采用如下设计和制造控制手段：（l）减少开关设备的主回路电阻。实践证明，触头和主回路连接部位采用高导电能力镀层、较大的触头压力、较大的导体截面积都是有效地减少开关设备的主回路电阻及降低温升的方法；（2）选用低功耗的辅助控制元件；（3）当主回路电流低于 2000A 时，电涡流效应、导体集肤效应和接近效应作用有限，产生的热效应通常可以忽略不计；但当主回路电流大于2500A 时，设计上应通过合理的元件布局来减少热能的生成。目前开关行业大多通过直流电压电流法来测量开关设备的主回路电阻，进而通过I2RT 来计算出交流功耗，这对大电流设备而言往往与实际运行情况有较大偏差。

2）加强开关设备的散热能力。对于防护等级为IP50及以上级别的开关柜，热能在柜内时主要通过热辐射和自然对流（空气加热后密度差引起）将热能由发热元件传递到柜体表面，再通过柜体表面的热辐射和柜外对流实现与外界的热交换。当开关柜的防护等级为IP30及以下时，允许外壳有通风孔设计，此时开关柜内部的热能通过对流方式比IP50级以上密封型开关柜更有效地传递到外部空间。对于无相变的两种对流传热方式而言，在相同的散热面积条件下，强制对流散热的效果可以达到自然散热的4—l0倍，开关设备采用强制散热来降低温升和提高负载能力也是一种很有效的途径。另外，开关设备的设计制造过程中通过应用黑（灰）体辐射原理改善散热表面的热辐射能力，如将大电流真空泡两端的铝散热器表面进行阳极氧化处理，将一些大电流汇流排表面漆成黑色等，往往能巧妙地降低温升和增大设备的负载能力。

5 结语

认识高压开关设备市场的现状及技术发展趋势，审慎地研发与投资，是业界面临的重大课题。总之，高压开关设备作为国家重点扶持的重大机械装备业，是输配电系统中起控制和保护作用的最重要电力设备，智能电网的发展又是经济腾飞的新增长点，因此行业使命任重而道远。

参考文献

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[2]朱斌，张录龙.高压开关设备的温升及制造技术探微[J].世界家苑，2012，（10）：378.

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