配网开关设备发展的几点动向

djde_2000

开发SF6用量少的高压开关设备
  t7 y9 f9 P5 h" F" O7 ~- s当前跨国公司投巨资从技术上研究SF6电器产品的替代者，一旦在技术上找到SF6电器产品的替代者，就有可能通过修改IEC等国际标准，制订相应的国际协议，或执行“谁生产谁回收”的环保原则，来限制SF6气体排放，以制约竞争对手，从而获得高额垄断利润。
- z1 k+ _# N) M: o/ g4 R. s* r  v之所以要限制SF6电器产品，是因为1997年日本京都全球变暖议定书上，SF6气体被列为具有温室效应的气体。目前对温室效应影响最大的是CO2，占60%以上，SF6气体仅为0.1%，虽然目前SF6气体对温室效应的影响还小，但潜在的危险很大，一个SF6气体分子对温室效应的贡献是一个CO2气体分子的25000倍，况且SF6气体分子的衰减周期很长，约为3200年。全球生产的SF6气体有一半用于电力行业，且其中80%用于高压开关设备。
! S  I2 M+ I4 y& D( W' O! e各国一直致力于SF6气体替代物的研究，但至今仍未找到一种与SF6一样优异的绝缘性能和灭弧性能的替代介质，但对混合气体在绝缘性能方面的研究已取得了进展，肯定了80%N2和20SF6的混合气体具有很好的绝缘性能，而且成本大幅降低，但是不能用于开断。因此，目前在高压开关设备中完全放弃使用SF6是不现实的。
另一方面，采用SF6混合气体作为绝缘介质，用真空、产气等其他介质灭弧，这种方式已被很好地应用于产品，而这种趋势正在向高电压领域延伸。早在上世纪80年代初，日本就已研制出168kV双断口真空断路器，近几年西门子、ABB已研制出110kV真空断路器，并正在研制220kV真空断路器；以北开为首的国内企业，利用进口真空灭弧室研制出66kV和100k单断口真空断路器；在中压开关设备中，断路器已基本完成向真空无油化过渡，但环网柜、柱上开关由于受环境、体积等因素制约，SF6产品仍占有相当大的比例。今后研制耐恶劣环境、小体积的环保产品将有很好的市场前景。
' @, `. R2 v- U  H8 i1 S4 @永磁机构：为用户提供更多的选择
. C, [# a' l& z所谓“永磁机构”严格讲应称为“永磁保持的电磁操动机构”。
             永磁机构的创新有三点：永磁保持、电容脉冲放电驱动（电子控制电容器充放电）、感应式接近开关（无电弧、无机械磨损）；控制器具备常用开关的二次控制回路的功能外，还可以接受接近式辅助开关的信号，控制电容器对线圈的放电时间，调整开关的分、合闸机械特性；具备严格的逻辑联锁功能，防止误操作；至于其它同步开断、分相操作则是其附属功能的扩展（同步开断：每相独立选相操作，使得切合电容器和变压器几乎无过电压和过电流）。
将原开关设备的合闸机械锁扣保持变为永磁保持，从结构上取消了容易引发故障的机械脱、锁扣装置，因为无磨损件，故操作次数很高；将操作能量以电能的方式储存在电容器中，降低对外供电源的要求；由于机构的运动部件少，机械可靠性高，便于实现少维护运行。
' t9 b/ N1 k3 N& ~由于永磁保持导致脱扣力的增大；由于永磁机构的合、分闸能量由合、分闸线圈提供，因此，在驱动电路发生故障需要手动分闸操作时，开关的特性由于能量的问题将难以保证；分闸特性有缺陷: 双稳态永磁机构除了分、合闸两种稳定平衡态以外，还存在着一种过渡不稳定平衡态，在此状态下通过永磁体的两端空气隙磁阻相等，铁芯的两端吸力相等，铁芯处于平衡状态，但这种状态是不稳定的。虽然这种状态是不稳定的，会很快渡过，但它对触头在开断过程中运动减缓，影响是很不利的，严重的会造成触头分闸过程中中途停滞；永磁机构是通过的机械零部件数相对于弹簧机构大幅减少，但配套电子元器件数量的增加，电子或光电子元器件的采用取代了有磨损的机件，使得机构的操作次数大大提高，但电子元器件的抗老化能力较差（尤其是电解电容器），其延续使用时间较短，尤其是大容量电解电容器的使用，有可能造成新的故障源。因此，从目前的状况看，永磁机构因为无磨损环节，其操作次数可以很多；而由于大量电子器件的采用，其持续老化寿命将受到影响，所以，永磁机构尤其适用于冶金、铁路等频繁操作的场合，而对于相对操作次数很少的电力用户很难发挥其优点，而其弱点这时候有可能显现出来。
当前的宣传有些片面绝对，以其长处比它短处，（如永磁机构7个零件，弹簧机构上百个），由于弹簧操动机构机械零件数多（一般达上百个）因而认为其可靠性较低，这种看法有其片面，据ABB有关专家介绍，其弹簧操动机构和永磁操动机构对比：在20000次操作寿命中，无法得出永磁机构的可靠性高于弹簧操动机构的结论；
7 E0 i+ W& s- {7 z! {1 d    综上所述，任何一种技术或产品都不是十全十美的，都具有其长处和短处，在应用中扬长避短才能取得最好的效果；针对永磁机构也不例外。好的产品设计应该是将不同的技术进行组合理合，取得最完美的结果；明智的应用者应根据使用目的、工况选择最适合的开关；永磁机构的出现是技术发展的结果，为我们提供了另外一种选择；
9 P/ Q, v. ?. c 小型化、模块标准化趋势
- l3 k2 A0 K, h9 W4 \4 A" F9 f5 b1 H由于目前城市化发展，用电量激增，变压器容量提高，而相应的空间严重受限，特别在原有设备增容改造方面，这种矛盾更显突出，使得配电网开关设备趋向小型化。
) Y* \/ d0 i* m3 w目前中压配网开关设备小型化的途径：气体绝缘（SF6，压缩空气）和固体绝缘。前者如C-GIS，日本研制出压缩空气绝缘的小型化产品；后者如ABB的VM1真空断路器，日本的24kV全固体绝缘开关柜。而固体绝缘更趋向环保。
4 r4 `9 Y- x+ J! P7 m. Y* _产品向模块化和标准化，使同一产品模块的结构、零部件通用，便于规模生产和迅速推广应用，也便于用户的检修和维护；并可灵活组合成固定式、中置式或落地手车式多种结构方案，以满足不同用户的需求。如Alstom的HVX系列。当今国际上，能生产高技术含量开关设备的公司数量较少，而开关柜因其技术含量相对较低，生产公司数量多，因此，开关生产企业逐步将开关柜上的技术难点-连锁部件转移到开关上，以便于配套开关柜厂家的配装。如Siemens的NXAct断路器模块。
产品耐环境性、少维护或免维护
   配网自动化的宗旨是提高供电可靠性，减少停电时间。因此要求配网自动化所涉及的电气设备及其控制设备必须具备高可靠性、长寿命、少维护直至免维护以及很好的耐环境性。
因开关等配电设备长期使用在户外环境下，所以在涉及到如何确保它们的可靠性及其验证时，有必要考虑所使用的各种材料及其劣化因素，从多种角度进行探讨。
9 A; n6 E) K' s. o  q& y8 r对于开关等配电设备来说，首先要确认其在材料，零部件和组装成品的各个阶段进行的检测试验中，有良好的初始特性。对于耐环境特性来说，还要根据长期的现场劣化数据，通过对各种能考虑到的劣化因素进行劣化试验，观察维持设备机能所必须的主要特性的变化（降低）来进行综合考察。
" @+ ]! q4 {0 x  开关构成要素的分类及劣化评价
受户外环境影响的
构成要素 劣化现象（能考虑到的不备） 劣化因素 评价方法
外壳 底层金属材料 腐蚀（气密不良※） （酸性）雨，海水盐粒 复合耐天候试验
. _, ?. N4 ]6 L. F酸性雨周期试验
涂膜物性试验
1 A  Q' J* w1 i# v: w 涂漆 白亚硒酸化，皲裂剥离（促进腐蚀） 紫外线，结露
- C9 u# S! D& a5 p5 ~0 m（酸性）雨
- C$ b# d6 p; d  q' Q8 `安装（机构）部材料 底层金属材料 腐蚀（气密不良※） （酸性）雨，海水盐粒 复合耐天候试验
; v( r4 ?* y% h" E2 o. Z  T （电）镀 溶解，腐蚀（脱落） （酸性）雨，海水盐粒 酸性雨周期试验
绝缘纸 塑料 白亚硒酸化，碳化导电（绝缘破坏），蠕变（变形，机械性破坏） 紫外线、结露、（酸性）雨，海水盐粒，外部应用 促进耐天候试验
6 W" h- W' ]8 B9 g合成耐天候试验
酸性雨周期试验
; \) V# p5 X7 P* K  T7 ?& Z( [( ]$ d臭氧实验
) q# C( H) q- ?) C0 K# f6 f! V耐漏电实验
  S& J5 L. p, C4 o; Z+ R9 H0 p切断试验
9 H0 g3 d% ~6 f# t) m密封材料 橡皮衬垫 皲裂，变形（气密不良※） 臭氧，紫外线，外部应力 臭氧劣化试验
促进耐天候试验
压缩永久变形试验
8 F; g, A2 F) F- |※ 气密不良会使雨水进入设备内，而容易引起对地短路或（线间）短路。