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小型斷路器 萬(wàn)能式斷路器 雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān) 智能電力儀表 低壓成套開關(guān)設(shè)備
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我國(guó)低壓斷路器現(xiàn)狀與發(fā)展動(dòng)向(一)

來(lái)源:中國(guó)智能電工網(wǎng)發(fā)布日期:2009/7/13

  1引言

  低壓斷路器是低壓電器中結(jié)構(gòu)最復(fù)雜,技術(shù)含量與經(jīng)濟(jì)價(jià)值最高,在低壓配電系統(tǒng)中地位最重要的產(chǎn)品。品種主要有萬(wàn)能式斷路器、塑殼式斷路器(配電保護(hù)、電動(dòng)機(jī)保護(hù))、漏電斷路器、小斷路器、真空斷路器、直流快速斷路器。一個(gè)制造廠ACB、MCCB產(chǎn)品技術(shù)水平、產(chǎn)量、質(zhì)量在行業(yè)中排名一定程度上代表了企業(yè)在低壓電器行業(yè)中地位,低壓斷路器產(chǎn)值占低壓電器總產(chǎn)值50%以上。我國(guó)漏電電器和小型斷路器從20世紀(jì)70年代開始發(fā)展,小型斷路器在我國(guó)大量推廣還是在20世紀(jì)90年代以后。

  萬(wàn)能式斷路器、塑殼斷路器從20世紀(jì)60年代初開始先后開發(fā)了三代產(chǎn)品。低壓真空斷路器從20世紀(jì)90年代末開始研制,完成了DK5-630~2500A系列真空斷路器,已開始推廣。但產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及工藝性尚需進(jìn)一步完善,產(chǎn)品性能有望進(jìn)一步提高。直流快速斷路器自20世紀(jì)80年代末完成更新?lián)Q代以后,由于使用場(chǎng)合不多至今沒有進(jìn)行新一代產(chǎn)品開發(fā)。本文重點(diǎn)分析萬(wàn)能式斷路器、塑殼斷路器與小型斷路器現(xiàn)狀與發(fā)展動(dòng)向。

  2回顧與現(xiàn)狀

  2.1萬(wàn)能式斷路器(見表1)

  20世紀(jì)80年代引進(jìn)德國(guó)AEG ME系列、日本時(shí)崎公司AH系列(船用)、西門子公司3WE系列,從20世紀(jì)90年代開始,國(guó)外各大公司ACB產(chǎn)品相繼進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)。

  按行業(yè)發(fā)展史正規(guī)劃分ACB開發(fā)了三代產(chǎn)品,第一代產(chǎn)品DW10,第二代產(chǎn)品DW15(自主開發(fā)),引進(jìn)ME、AH、3WE、AES。第三代產(chǎn)品DW45(自行開發(fā)),是我國(guó)低壓電器發(fā)展歷史上推廣最成功,可靠性與經(jīng)濟(jì)效益最好的產(chǎn)品。同期引進(jìn)M、F、3WN6、AE-SS、MAGNUM、M-pact等系列產(chǎn)品。

  目前三代產(chǎn)品并存,第一代DW10淘汰由DW16替代。2008年ACB總量已超過60萬(wàn)臺(tái)。其中第三代產(chǎn)品比例按臺(tái)數(shù)占45%,按產(chǎn)值占80%。國(guó)內(nèi)主要生產(chǎn)企業(yè):上海人民、常熟開關(guān)、浙江之江、天津百利、長(zhǎng)征九廠、上海精益、江蘇凱帆、凱隆、浙江開關(guān)廠、正泰、德力西、天正等,生產(chǎn)企業(yè)超過100家。ACB產(chǎn)品技術(shù)分析:目前國(guó)內(nèi)高端產(chǎn)品(第三代及改進(jìn)型)從技術(shù)水平看與國(guó)外產(chǎn)品差距不大。從質(zhì)量水平看:少數(shù)優(yōu)秀企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量與國(guó)外先進(jìn)水平接近,大部分企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量尚有差距。從工藝水平看:少數(shù)優(yōu)秀企業(yè)已接近國(guó)外一般先進(jìn)水平,大部分企業(yè)仍有較大差距。ACB產(chǎn)品市場(chǎng)狀況分析:國(guó)內(nèi)產(chǎn)品高、中、低各個(gè)檔次規(guī)格、品種產(chǎn)品齊全,能滿足國(guó)內(nèi)各檔次特別是中、低檔市場(chǎng)需求。由于ACB產(chǎn)品在配電系統(tǒng)中的重要性,外資企業(yè)利用其品牌、質(zhì)量、性能及產(chǎn)品個(gè)性化、外觀與可靠性等因素,幾乎霸占了我國(guó)重點(diǎn)工程主開關(guān)市場(chǎng)。

  2.2塑殼式斷路器

  在配電系統(tǒng)中作為支路保護(hù)開關(guān),MCCB可靠工作,既保證分支路用電可靠,又保證整個(gè)配電系統(tǒng)運(yùn)行安全。產(chǎn)品量大而廣,據(jù)統(tǒng)計(jì)MCCB與ACB產(chǎn)品臺(tái)數(shù)比例約為40:1,其產(chǎn)值與ACB基本相當(dāng)。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,制造工藝相對(duì)要求較高。MCCB大批量生產(chǎn)穩(wěn)定性與可靠性也能較好反映企業(yè)低壓電器制造水平。產(chǎn)品發(fā)展回顧見表2。

    20世紀(jì)80年代初引進(jìn)H系列、TO、TG系列,其中TO、TG系列推廣十分成功。

  常熟開關(guān)廠20世紀(jì)90年代中期完成CM1次列,使我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)型MCCB分?jǐn)嗄芰μ岣叩?0kA。是我國(guó)低壓電器行業(yè)首次由一個(gè)企業(yè)獨(dú)立完成重大系列產(chǎn)品開發(fā)并成功獲得大批量推廣,它極大鼓舞了低壓電器行業(yè)自主開發(fā)新產(chǎn)品積極性。CM1和隨后仿制的其他產(chǎn)品連同S、SA系列形成我國(guó)第三代MCCB。

  目前產(chǎn)品三代同堂,DZ10系列雖已明令淘汰,但許多溫州企業(yè)仍在變相生產(chǎn)、耗費(fèi)大量材料資源。2008年MCCB生產(chǎn)總量約為2400萬(wàn)臺(tái)。其中第三代產(chǎn)品比例按臺(tái)數(shù)計(jì)為30%,按產(chǎn)值計(jì)為70%。生產(chǎn)企業(yè)超過500家,比較混亂。主要生產(chǎn)企業(yè):常熟開關(guān)、正泰、德力西、浙江開關(guān)、杭州之江、上海人民、長(zhǎng)征電器、天津百利、TCL、江蘇凱隆、北京明日、蘇州法泰、天正、環(huán)宇、華通、人民、長(zhǎng)城等。

  我國(guó)第三代MCCB以CM1、S系列為代表,相當(dāng)于國(guó)外20世紀(jì)80年代中期到90年代初水平,其二次開發(fā)產(chǎn)品和SA系列相當(dāng)于國(guó)外20世紀(jì)90年代中、后期水平。少數(shù)優(yōu)秀企業(yè)產(chǎn)品制造水平除自動(dòng)裝配線外,其他工業(yè)裝備與制造能力接近世界先進(jìn)水平,大部分企業(yè)與國(guó)外相比仍有較大差距。

  2.3小斷路器

  產(chǎn)品量大面廣,年產(chǎn)量超過五億極,其中70%左右用于國(guó)內(nèi)市場(chǎng),大部分用于終端配電與民用建筑,其產(chǎn)品質(zhì)量涉及機(jī)千家萬(wàn)戶用電安全與人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

  20世紀(jì)80年代初上海華通開關(guān)廠試制生產(chǎn)DZ12系列,年產(chǎn)量約為200萬(wàn)臺(tái)。天津低壓電器廠試制生產(chǎn)DZ13系列,產(chǎn)量不組百萬(wàn)臺(tái)。由上海電科所負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)試制的DZX19系列產(chǎn)品分?jǐn)嗄芰_(dá)10kA,由于工藝不穩(wěn)定未批量生產(chǎn)。1988年天津市引進(jìn)法國(guó)梅蘭日蘭C45小斷路器并獲得極大成功,從20世紀(jì)90年代開始以溫州柳市企業(yè)為主,大量仿制C45,開始批量生產(chǎn)DZ47產(chǎn)品。從20世紀(jì)90年代中后期開始國(guó)外著名MCB制造商大批進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)。

  目前國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的MCB絕大部分為DZ47,其水平相當(dāng)于國(guó)外20世紀(jì)80年代初水平。國(guó)內(nèi)由上科所自主開發(fā)的DZX19、DZ30等產(chǎn)品由于各種原因沒有投產(chǎn),企業(yè)自主開發(fā),投入批量生產(chǎn)的MCB產(chǎn)品幾乎沒有。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)MCB企業(yè)達(dá)數(shù)百家,大部分生產(chǎn)能力與工藝水平較達(dá),全部采用手工裝配、產(chǎn)品穩(wěn)定性、一致性較差。部分優(yōu)秀企業(yè)已采用自動(dòng)檢測(cè)線(含自動(dòng)包裝),但尚未采用自動(dòng)裝配線。國(guó)內(nèi)主要生產(chǎn)企業(yè)正泰、德力西為代表的溫州企業(yè)占總量近80%。其他主要企業(yè)有上海良信、TCL、蘇州法泰等。國(guó)外主要制造商施耐德、ABB、西門子、海格、羅格朗等均有國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)。

  3低壓斷路器發(fā)展涉及的關(guān)鍵技術(shù)

  3.1大電流電弧分?jǐn)嗉夹g(shù)

  隨著電網(wǎng)容量不斷增加,對(duì)低壓斷路器分?jǐn)嗄芰σ蟛粩嗵岣?,?duì)低壓斷路器分?jǐn)嘈阅芴岢隽烁叩囊蟆?/FONT>

  為了提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性,新一代萬(wàn)能式斷路器一般均達(dá)到Icu=Ics=Icw,在提高Icu、Ics同時(shí),重點(diǎn)提高Icw。新一代塑殼斷路器要求Icu=Ics,重點(diǎn)提高Ics。為了提高分?jǐn)嘈阅?,主要采取以下措施?/FONT>

  (1) 采用雙斷點(diǎn)觸頭滅弧系統(tǒng)

  雙斷點(diǎn)觸頭滅弧系統(tǒng)過去在控制電器中應(yīng)喲奶奶感較為普遍,其主要目的是縮小產(chǎn)品體積。低壓斷路器分?jǐn)嗄芰Ω撸|頭滅弧系統(tǒng)較為復(fù)雜。如采用雙斷點(diǎn)系統(tǒng),產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜,有一系列關(guān)鍵技術(shù)需要解決。其中最主要的兩個(gè)技術(shù)難點(diǎn)是設(shè)計(jì)可靠的卡住機(jī)構(gòu),又不侵犯專利,以及兩個(gè)觸頭閉合與斷開時(shí)同步性問題,且制造工藝要求高。為此對(duì)雙斷點(diǎn)觸頭滅弧系統(tǒng)是不是低壓斷路器發(fā)展方向存在明顯分歧意見。隨著現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)不斷發(fā)展與應(yīng)用,上述技術(shù)難點(diǎn)已經(jīng)得到有效解決。作者認(rèn)為作為高性能MCCB產(chǎn)品雙斷點(diǎn)觸頭系統(tǒng)肯定是發(fā)展方向,是單獨(dú)點(diǎn)結(jié)構(gòu)無(wú)法比擬的。他使塑殼斷路器具有更好的限流性能,更高的分?jǐn)嗄芰Γ^好實(shí)現(xiàn)了Icu= Ics。并為實(shí)現(xiàn)限流選擇性保護(hù),以及擦黑年品小型化、高壽命、高可靠、環(huán)保等創(chuàng)造了更好條件。但是,作為經(jīng)濟(jì)型MCCB產(chǎn)品,考慮制造成本不宜采用雙斷點(diǎn)系統(tǒng)。因此,對(duì)新一代高性能MCCB如何合理構(gòu)成系列產(chǎn)品是值得探討的問題。傳統(tǒng)的系列型式高分?jǐn)嘈?、較高分?jǐn)嘈?、?biāo)準(zhǔn)型、經(jīng)濟(jì)型結(jié)構(gòu)型式基本相同,在新一代MCCB中可能是不適宜的。

  作為高性能ACB產(chǎn)品,雙斷點(diǎn)觸頭滅弧系統(tǒng)也四發(fā)展方向之一。它為ACB分?jǐn)嘈阅苓M(jìn)一步提高,提供了更大的空間。為在極短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)全電流選擇性保護(hù)創(chuàng)造了更好條件。但是,作為普通型(標(biāo)準(zhǔn)型)ACB產(chǎn)品也不宜采用雙斷點(diǎn)系統(tǒng)。

 ?。?)運(yùn)用低壓電器現(xiàn)代設(shè)計(jì)與測(cè)試技術(shù)對(duì)觸頭滅弧系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),并采用氣吹等輔助手段使電弧快速、可靠進(jìn)入滅弧室。同時(shí),有效控制游離氣體擴(kuò)散途徑,避免相間、相對(duì)地飛弧,使飛弧距離控制在最小范圍。

  3.2過電流保護(hù)新技術(shù)

  低壓斷路器主要承擔(dān)低壓配電系統(tǒng)過電流保護(hù)以及其他各類故障保護(hù),目前性能基本滿足了系統(tǒng)故障保護(hù)要求。但是,就配電系統(tǒng)國(guó)電流保護(hù)看,目前保護(hù)方式是不完善的。主要存在以下問題:

 ?。?) 目前選擇性保護(hù)一般局限于低壓斷路器斷延時(shí)電流以下范圍。當(dāng)故障電流達(dá)到上級(jí)瞬動(dòng)電流時(shí),容易造成上、下級(jí)斷路器同時(shí)跳閘,甚至越級(jí)跳閘。

 ?。?) 由于終端過電流保護(hù)用小斷路器目前均為限流順動(dòng)型,所以終端配電系統(tǒng)基本沒有選擇性保護(hù)。

 ?。?) 目前系統(tǒng)短路時(shí)選擇性保護(hù)通過短延時(shí)實(shí)現(xiàn),短延時(shí)時(shí)間一般為0.2~0.4s。對(duì)三級(jí)供電系統(tǒng),主開關(guān)短延時(shí)時(shí)間可達(dá)0.6~1s,秒甚至更大。所以,目前低壓配電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)選擇性保護(hù)時(shí)間較長(zhǎng),對(duì)低壓電器、成套裝置及系統(tǒng)動(dòng)、熱穩(wěn)定要求高。

 ?。?) 配電系統(tǒng)運(yùn)行可靠性難以保證

  新一帶低壓斷路器采用過電流保護(hù)新技術(shù)達(dá)到的目標(biāo)要求主要包括兩方面內(nèi)容:

  (1) 實(shí)現(xiàn)低壓配電系統(tǒng)全范圍、全電流選擇性保護(hù)。

 ?。?) 在極短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)選擇性保護(hù),整個(gè)選擇性保護(hù)時(shí)間從原來(lái)1~1.2s縮短至0.2~0.5s。

  為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo),新一代低壓斷路器應(yīng)達(dá)到以下要求:

  (1) 新一代ACB實(shí)現(xiàn)全電流范圍選擇性保護(hù)。

 ?。?) 新一代MCCB應(yīng)具有限流選擇性保護(hù)功能。

 ?。?) 開發(fā)具有短延時(shí)保護(hù)功能MCB。

 ?。?) 新一代ACB、MCCB均應(yīng)采用區(qū)域選擇性保護(hù)技術(shù)。

  過電流保護(hù)新技術(shù)采用后達(dá)到的主要效果如下:

 ?。?) 從根本上避免低壓配電系統(tǒng)越級(jí)跳閘和故障斷路器正常分?jǐn)嗪螅霞?jí)斷路器同時(shí)分閘。使配電系統(tǒng)短路故障限制在最小范圍,大大提高配電系統(tǒng)供電可靠性。

 ?。?) 大大縮短實(shí)現(xiàn)選擇性保護(hù)時(shí)間,降低電器設(shè)備動(dòng)、熱穩(wěn)定要求,有利于節(jié)材、節(jié)能和產(chǎn)品小型化。

  本項(xiàng)技術(shù)研究與推廣是低壓電力系統(tǒng)保護(hù)與可靠運(yùn)行的一次重大飛躍,具有很好經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,值得引起電器行業(yè)和電力行業(yè)關(guān)注。

  3.3可通信與綜合智能化技術(shù)

  為了提高低壓配電與控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠性以及自動(dòng)化程度,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化是發(fā)展的必然方向。一旦系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化,低壓電器必須具有雙向通信功能,經(jīng)通信適配器能與各種現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)連接。工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用,使配電系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)變得更簡(jiǎn)潔、更高校。

  配電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化,低壓斷路器實(shí)現(xiàn)可通信后,將使斷路器智能化功能得以充分發(fā)揮,并促進(jìn)智能化斷路器發(fā)展情況看,將保護(hù)、測(cè)量、故障預(yù)警、自診斷、見空、能量管理等功能集中于一體。

  3.4低壓斷路器小型化與模塊化技術(shù)

  產(chǎn)品小型化既是低壓電器技術(shù)水平的體現(xiàn),也是成套設(shè)備及系統(tǒng)小型化的需要。對(duì)推進(jìn)電器產(chǎn)品節(jié)材、節(jié)能具有重要意義。低壓斷路器小型化主要借助于新技術(shù)、新工藝應(yīng)用以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上創(chuàng)新,新一代產(chǎn)品與第三代產(chǎn)品相比,體積平均縮小20%~50%。

  低壓斷路器模塊化水平也是低壓電器設(shè)計(jì)與制造能力體現(xiàn),是實(shí)現(xiàn)低壓電器多功能、提高產(chǎn)品使用與維護(hù)性能的需要。低壓斷路器零部件、附件模塊化水平一定程度上反映了一個(gè)國(guó)家低壓電器研究與制造水平。斷路器模塊化水平包括:功能附件模塊種類、標(biāo)準(zhǔn)化程度、制造工藝性、維護(hù)方便性以及模塊小型化等。

  3.5低壓斷路器可靠性與環(huán)抱技術(shù)

  提高斷路器可靠性以及環(huán)保技術(shù)的應(yīng)用是新一代低壓斷路器研發(fā)工作的主要任務(wù)之一。低壓斷路器可靠性是低壓配電系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的必要條件。主要包括以下內(nèi)容:

  (1) 動(dòng)作可靠性:包括低壓斷路器操作可靠性和系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)保護(hù)可靠性。通過操作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)與受力仿真分析研究、優(yōu)化零部件設(shè)計(jì),能有效提高低壓斷路器機(jī)械壽命與操作可靠性。

  通過智能控制器可靠性分析研究,以確保斷路器接受故障信號(hào)后動(dòng)作可靠性以及動(dòng)作特性一致性等。

  (2) 分?jǐn)嗫煽啃裕哼\(yùn)用現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)分析斷路器分?jǐn)噙^程電弧運(yùn)動(dòng)與熄滅過程,通過優(yōu)化設(shè)計(jì)使斷路器熄弧性能與可靠性:包括氣候環(huán)境變化如高、低溫下動(dòng)作可靠性,電磁環(huán)境變化即EMC性能全面符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

  (3) 承受環(huán)境變化可靠性:包括氣候環(huán)境變化如高、低溫下動(dòng)作可靠性,電磁環(huán)境變化即EMC性能應(yīng)全面符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

  (4) 內(nèi)外部附件工作可靠性是目前低壓斷路器運(yùn)行可靠性存在的主要問題,也是新一代產(chǎn)品和其他新產(chǎn)品研發(fā)時(shí)急需解決的問題。

  附件可靠性,包括附件自身工作可靠性與整機(jī)配合可靠性以及附件之間的協(xié)調(diào)性等。

  低壓斷路器環(huán)保技術(shù),包括產(chǎn)品制造過程,投入系統(tǒng)后運(yùn)行過程不污染環(huán)境,產(chǎn)品壽命終了時(shí)便于回取等。

本企業(yè)通過中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心的ISO9001管理體系認(rèn)證