高压电器概述

　　导读：目前，智能电网最直接的受益者将是电力设备企业。相关分析认为，设备投资将占智能电网总投资的40%左右，即4000亿元市场规模。谁将在智能电网4万亿“盛宴”中狂欢?放眼全球来看，IBM、GOOGLE、GE等公司都在努力抢占智能电网发展市场，并且进入实施阶段。

　　“八国联军”的试验场?

　　记者在清科研究中心了解到，2010年至2011年一季度期间，共有6家智能电网相关企业获得了风险资本的青睐，共计获得超过2000万美元的风险投资。

　　这其中包括上海盛宇投资南京磐能电力科技股份有限公司，投资额达到328万美元，达晨创投为陕西凯星电子科技有限公司注入了211万美元的资金，九鼎投资斥资488万美元投资了珠海派诺电子有限公司，上创信德对钜泉光电科技股份有限公司的投资则高达970万美元。

　　事实上，国家对智能电网建设的关注和推动也激发了风险资本市场对智能电网相关企业的关注。

　　根据国家电网提出的智能电网发展目标来看，预计到2020年，有关智能电网的直接投资将达到4万亿元。

　　清科研究中心分析师赵一颋认为，“该笔直接投入资金还会大幅度带动其他资本的进入，未来关于智能电网的投资将会超过10万亿元。”

　　传统电力设备供应商受益

　　智能电网倡导者习惯这样描绘“智能电网生活”：空调能够感知用电高峰电价上涨，自动调整温度，为您控制用电量及节省电费;调度中心大屏幕能自动显示网络故障方位并自动解决;屋顶太阳能发电所得在自用之余可以出售给电网;电动汽车可以实现电能的“上传”与“下载”，并参与电网调峰……

　　ABB中国研究中心副主任刘前进认为，“智能电网是未来整个电力网络的演变方向，它涵盖了发电、输电、配电、终端使用的整个过程，着重于新能源的接入以及电网的可靠性和安全性。”

　　从全球范围看，随着智能电网成为美国新能源政策的重要内容，其渐被业界关注。中国国家电网公司以极快的反应速度，将“智能电网”上升到战略层面，“捆绑”其特高压概念。

　　在美国人尚未拿出太多真金白银推行智能电网战略的同时，国家电网已经拿出了2010年、2015年、2020年三步走的规划。

　　中科院院士卢强曾经预计，要达到国际先进水平，国网智能电网计划三个阶段总投资将超过1万亿元。

　　目前，智能电网最直接的受益者将是电力设备企业。相关分析认为，设备投资将占智能电网总投资的40%左右，即4000亿元市场规模。

　　不过天津大学一位研究智能电网相关行业的博士在接受中国商报记者采访时则表示，“智能电网虽然是电网发展的必然趋势，但要真正发展起来或许至少要10年以上的实践，而智能电网相关投资由政府严格监督规划实施。”

　　招商证券分析师彭全刚曾一针见血地指出，中国的“智能电网”建设仍然是传统的电力设备供应商受益，类似于美国版“智能电网”中的各类新兴技术和服务提供商则受益不会太多。

　　高压电器是电力系统中使用比较广泛的一种设备，但在我国由于缺乏明确的标准化定义，因此各种场合使用的这一术语，其含义有一定的出入。这儿介绍的是高等教科书中介绍的并为多数人认同的概念。[@more@]com

　　高压电器概述

　　高压电器是电力系统中使用比较广泛的一种设备，但在我国由于缺乏明确的标准化定义，因此各种场合使用的这一术语，其含义有一定的出入。这儿介绍的是高等教科书中介绍的并为多数人认同的概念。

　　1、高压电器定义

　　国际上公认的高低压电器的分界线交流是1kV（直流则为1500V）。为交流1kV以上为高压电器，1kV及以下为低压电器。高压电器是在高压线路中用来实现关合、开断、保护、控制、调节、量测的设备。一般的高压电器包括开关电器、量测电器和限流、限压电器。但有时也把变压器列入高压电器（如电机工程学会中高压电器分专委会）。

　　西安高压电器研究所是1958年在规划的西安开关整流器厂中央试验室基础上由一机部批准成立的，因该所当时明确为西安建设中的开关、电瓷、电容、绝缘和变压器厂开展研究开发、试验服务，涉及开关、变压器、保护电器、量测电器等各专业，因此定名为高压电器研究所，该名称一直延续至今。

　　2、高压电器分类及功能

　　2.1开关电器

　　主要用来关合与开断正常电路和故障电路，或用来隔离电源、实现安全接地的一种高压电器设备。

　　1）高压断路器：不仅能关合、开断正常的负荷电流（包括空变、空线、空缆等），也用来开合故障电流，且当发生短路故障（或其它异常运行状态、欠压、过流等）时可以实现自动分闸、自动重合闸。因此高压断路器是一种多功能的自动开关。

　　2）熔断器：俗称保险。当负荷电流过载到一定值，或出现故障电流时能自动熔断而开断。分为限流熔断器及喷射式熔断器。

　　3）负荷开关：能开合负荷电流（含容性、感性负载电流），有时能关合短路电流但不能开断短路电流。

　　4）接触器：只有一个休止位置，非手动操作就能关合、开断及承载正常电流及规定的过载电流的开断、关合位置。一般用来频繁控制大型用电设备（如大电动机等）。

　　5）隔离开关：用来隔离电路或电源，在闭合位置时能承载正常电流及规定的短路电流，有时能开断很小的电容电流及容量不大的变压器的空载电流，有时能开合母线转换电流。

　　6）接地开关：用来对设备或被检修线路实现保护接地。

　　﹡有时要求负荷开关、接触器、接地开关关合短路电流。

　　7）重合器：能够按照预定的顺序，在导电回路中进行开断和重合操作，并在其后自动复位、分闸闭锁或合闸闭锁的自具（不需外加能源）控制保护功能的开关设备。

　　8）分段器：一种能够自动判断线路故障和记忆线路故障电流开断的次数，并在达到整定的次数后在无电压或无电流下自动分闸的开关设备。

　　某些分段器可具有关合短路电流（自动重关合功能）及开断、关合负荷电流的能力，但无开断短路电流的能力。

　　2.2量测电器

　　1）电流互感器：用来转换和测量线路、母线的电流供计量与保护用。传统的电流互感器是采用油纸绝缘电磁式，现在又有环氧浇注、SF6电流互感器，最新的有光电式电流互感器。为满足机电一体化设备需要，现在已有线性功能的电流传感器。

　　2）电压互感器：用来测量线路、母线电压，以供计量和继电保护用。传统电压互感器是油纸绝缘电磁式。目前在高压、超高压范围内则用重量轻、体积小的电容式电压互感器，国际上已开发正在商品化的光电式互感器。

　　2.3限流与限压电器

　　1）电抗器：是一个扼流线圈，用来限制故障电流，用包裹绝缘导线绕制。目前也有用环氧浇注法制做，其体积小，绝缘强度和机械强度比较高。

　　2）阻波器：也是一种电感线圈，主要用于载波通讯，限制高频载波进入变电所。

　　3）避雷器：用来限制过电压，使电力系统中电器设备免受大气过电压和内过电压的危害，是一种泄能装置。最简单的有保护间隙，还有管形避雷器、阀式避雷器、磁吹避雷器。最新的有保护特性比较好的氧化锌避雷器。

　　注：限流熔断器也是一种快速限流（幅值）的保护电器。

　　3高压电器基本性能要求

　　处于电力系统中的各种户内、户外高压电器，应能承受正常和异常电压、电流作用，以及各种环境因素作用而不损坏。因而要求其具备各种性能如下。

　　3.1电气性能方面要求

　　1）电压

　　高压电器绝缘应能经受规定的长期最大工作电压、短时过电压、内部过电压和大气过电压作用而不损坏。标志这些作用电压的性能参数是：最大工作电压、短时工频试验电压、操作波试验电压和雷电冲击波试验电压。

　　2）电流

　　高压电器应能经受长期正常工作电流，温升不超过规定值。在短时异常和故障电流作用下也不允许因电动力、触头熔焊、电磁干扰等影响继续工作的损害。

　　这方面标志参数有：额定电流、额定短时耐受电流、额定峰值耐受电流，额定短路关合电流、电动机和电容器关合涌流等。

　　3）其它要求

　　如高压断路器要求关合、开断短路电流、自动重合闸、开合空载线路充电电流（过电压不超过规定值）和开合负荷电流以及连续开断各种电流能力的电寿命等。

　　3.2自然环境因素

　　这些因素很多，例如：

　　1）海拔：影响外绝缘和额定电流。

　　外绝缘耐压能力随海拔提高而降低；电器的散热能力随海拔提高而困难（但环境温度则随海拔上升而降低）。
2）环境温度：影响额定电流、机械可靠性和电气可靠性。

　　3）湿度：影响绝缘及金属零件锈蚀。

　　4）风速：影响户外产品机械强度。

　　5）污秽：影响外绝缘的绝缘强度。

　　其它如雨、地震、湿热、干热等因素也影响绝缘强度和机械可靠性。

　　4、高压电器发展趋势

　　随着科技进步，高压电器采用了高新技术，采用了新原理、新工艺、新介质，正在酝酿新一代高压电器，其发展趋势如下：

　　4.1组合化、成套化

　　为满足尺寸小、占地少、高性能、高可靠性需要，出现了各种各样的组合电器和成套电器。除了开关柜、FC柜、多层柜外，出现了负荷开关—熔断器组合电器、高压接触器—熔断器组合电器（用于FC柜）、负荷开关、跌落熔断器和避雷器组合，以及避雷器、隔离开关、电压和电流互感器等各种组合，并已发展到高级型式的组合成套装置，如充气柜（C—GIS）、全封闭组合电器（GIS），以及全变电站组合如预装式变电站（含变压器和高低压电器的箱变）。

　　4.2大容量、高参数

　　由于现代生活用电量迅速增长，工农业用电量提高，高电压大容量电网形成，要求高压电器容量及各种参数迅速提升。目前主力输配电设备额定电流已由1000A提高到2500A至4000A，短路电流已由16~20kA提高到31.5~50kA，甚至更高。550kV断路器单极断口数已由4个减少到2个，单断口正在加紧研制中。如果我国的主力输配电电压不能迅速提升，那么，我国电网对高压电器大容量、高参数的要求趋势不会降温（更高输电电压出现可以解开下属配电电压一些环网，以降低这些电网的短路电流）。

　　4.3机电一体化（智能化）

　　由于计算机、传感器技术发展及电网自动化的提高，对高压电器智能化功能的需求更为迫切。强电设备与先进弱电技术结合可以显著扩展高压电器功能，为电网自动化、远动化、在线检测提供更好的条件。体积大、重量重、功能单一的传统电磁式继电保护装置、电工仪表、控制装置将为多功能的计算机、传感器所取代。

　　4.4少、免维护产品

　　随着高压电器产品大量采用SF6和真空等优良绝缘介质和灭弧介质，以及建立在先进高科技（如CAM等）基础上的生产工艺实施，产品的检修周期可以延长到10年，甚至产品终身免维护检修。而且随着电子、信息技术发展，在线检测技术走向实用化，使用部门有条件实现由故障检修到状态检修的转化。运行维护也将实行“少人、高效、安全、可靠”。今后十几年是由少、免维护产品有较大发展的时期，并将逐步在电力系统中占有一定地位。

　　4.5选相分、合闸断路器

　　随着高电压、大容量电网发展，系统过高的合闸过电压和大短路电流对电力系统安全性和可靠性是不利的。

　　断路器选相合闸空载线，在电子控制技术迅速发展的今天有可能实现。选相合闸空载线可以最低限度地限制合闸过电压，这对于特高压电网降低绝缘水平，提高技术经济水平十分重要。而开断大短路电流（特别是50kA以上及较大非对称电流场合）对高压断路器开断负担较重，如果能自动选择有利相位（即较短燃弧时间及小半波）开断，可以改善高压断路器开断能力，提高电力系统的安全性、可靠性。因此利用先进电子控制技术实现高压断路器选相分、合闸，是高压断路器发展方向之一。

　　4.6无油化开关电器

　　在高压电器行业中，油作为绝缘介质和灭弧介质应用，已有一百几十年历史，至今还在变压器、开关中大量应用。但是油介质是一种易燃、易爆物质，而且运行维修不方便。在开关电器中随着SF6和真空开关兴起，油开关使用量日益减少（在363kV及以上已不再使用油开关）。可以说“无油化”是开关电器一种发展趋势，也是一项重要装备政策。但油开关比较经济，使用经验丰富，因此今后10年内，中、高压开关中仍会有一定比重。

　　以上所举仅是近期发展的开关电器。还有一些中远期可能发展开关电器，如超导开关、静态电子开关（非机械开关）、高环保开关等，由于受到技术经济方面的局限，难以在近期内有实质性的启动和发展。

　　4.7各专业融合趋势

　　二十世纪50~70年代，输变电设备的各个专业，如变压器、开关、避雷器、互感器及二次控制保护测量系统等等，各专业分工明确、界线分明，各专业领域互不相扰。如今随着GIS、C—GIS、机电一体化开关柜和预装式变电站出现，已经把输变电设备各专业，强电和弱电专业紧紧地揉合在一起，难以分开。因此高压电器专业不仅自身要适应各专业融合发展趋势，互相渗透，打破专业壁垒，而且也应该与电子技术、计算机、二次系统互相渗透和融合。

　　总之，对上述列举的几项高压电器发展趋势，我们应该有清醒的认识，尤其对从事高压电器事业的厂家更应适应市场潮流，重新调整专业配置，以适度开发有技术储备的产品，迎接新一代高压电器的到来。