新一代万能式断路器的特点及发展动向

2015-6-10

国外低压电器主要制造商从20世纪中、后期相继推出了新一代万能式断路器,为了跟踪国外新产品、新技术发展步伐,满足不同层次市场以及智能配电系统网络化发展需要,从2002年开始,我国提出了发展新一代低压电器的设想。


随着低压电器主要产品的新一代万能式断路器的逐步研发、生产和推广,其优势、应用和发展现状及未来走向成为业界关注的焦点。日前,记者采访了低压电器行业资深专家、中国电器工业协会通用低压电器分会名誉理事长、上海电器科学研究所(集团)有限公司教授级高级工程师何瑞华,他娓娓道来,深入分析了新一代万能式断路器的特点、发展现状及未来走向。


记者:从2002年开始,上海电科所着手开展我国新一代万能式断路器产品的研究与开发。请问,在研究与开发前期,上海电科所做了哪些准备工作?


何瑞华:2004-2006年,我们花了2年时间做了前期的研究,真正的产品开发是从2006到2010年,2009年,我们基本完成了样品试制。2年的前期研究,主要做了以下四个方面的工作:


第一,搜集国外新一代万能式断路器的背景资料,包括产品的性能、结构、特点,样机、样本,并对国外新一代产品进行测试;


第二,搜集并分析国外新一代万能式断路器产品的专利,重点分析专利主要保护点;


第三,对新一代产品“描肖像”,确定产品开发的目标和要求。我国第三代产品的性能和指标已经相当高了,能满足配电系统的需求。而第四代产品必须是基于第三代产品的全方位的、明显的突破;


第四,为了实现这个产品的目标和需求,拟定具体实施方案,并进行充分论证。


以上四个方面的工作完成以后,我们选定了国内两家万能式断路器优秀制造企业,天津百利、常熟开关厂共同研发、试制新一代万能式断路器,共花了4年时间,在原来充分调研的基础上,利用现代设计技术和测试技术攻克了一系列技术关键,开展了模型、样品试制,样品测试结果达到了既定的目标和要求。何瑞华:新一代万能式断路器主要有如下几大特点:1)大幅度提高短时耐受电流ICW,实现ICW=ICS=ICU。目前国外新一代产品这些指标都是相同的,我国新一代产品要达到国际先进水平,必须要提高ICW。


2)实现全电流范围选择性保护。原来的几代产品都是局部选择性保护,选择性保护是有范围的,当短路电流超过上级断路器瞬动电流时,上级开关有可能会同时跳闸,甚至越级跳闸,但是新一代产品就消除了低压配电系统越级跳闸或上下级同时跳闸,将短路故障限制在最小范围,并大大缩短了配电系统实现选择性保护的时间。


3)大幅度提高机、电寿命。目前国外的产品在寿命指标上都提得很高,有的产品寿命比前几代产品要高50%,甚至一倍以上,而且这些产品都已进入中国市场,为了迎合市场需求,使我们的产品达到国际先进水平,我们在研发的过程中进一步提高了新一代产品的机电寿命,使新一代产品的寿命与国外产品处于同等水平或者更高。


4)智能化的功能更加完备、完善。除了具备系统故障保护功能、电量检测、故障记录、故障自诊断及基本的通信功能外。随着发展智能电网的要求提高,对万能式断路器又提出了新的要求,比如电量检测范围进一步扩大,测量精度进一步提高,还提高了故障预警、寿命指示、电能管理等要求。


5)在提高产品性能的基础上,进一步小型化。第三代产品有2000A、3200A、6300A三个框架等级,第四代产品将2000A提高到2500A、3200A提高到4000A,产品各项性能更加完善,同时要求2500A的外形尺寸≦第三代的2000A;4000A外型≦原来的3200A;6300A不增加外型尺寸,将容量增加到7000A、8000A。


6)高可靠性、环保,生产和使用都要达到环保要求。在产品设计时就要考虑产品的可靠性,材料选用,制造工艺,生产使用,都能够达到环保的要求。


记者:新一代万能式断路器为了实现以上的特点和优势,采用了哪些关键技术?


何瑞华:新一代万能式断路器在新技术应用上有重大突破,主要表现在:1)大幅度提高ICW,主要是采用多回路并联与电动力补偿相结合(采用双断点触头系统)并通过触头灭弧系统优化设计,操作机构优化设计,提高合闸力等措施。


2)实现全电流范围全选择性保护,ICW=ICS=ICU是必备条件之一,新一代产品采用了区域联锁模块,它是全范围选择性保护的必备条件之二。其功能主要是两个:一是确定短路故障位置;二是迅速闭锁非故障区断路器,确保上下级不同时跳闸,甚至越级跳闸。


3)大幅度提高机电寿命,涉及到结构的设计、分析,主要通过仿真技术。


4)进一步完善智能化,优化操作机构设计功能,使新一代万能式断路器成为集保护、检测、控制、管理为一体的“大管家”,在配电系统中的地位与作用进一步提升与加强。何瑞华:目前新一代产品在性能和特点方面相较于前几代产品有他独特的优势,但是在实际生产方面存在的最大问题就是:我国第三代万能式断路器开发时采用联合设计方式,并对产品主要部件包括触头灭弧系统、操作机构、智能脱扣器三大主要部件都安排了定点外协件企业生产。成果在全国迅速推广,加上主要部件外协厂统一提供,所以迅速推广,而新一代产品只有两家参加研发、试制的企业,按照协商的成果不转让,也没有外协件企业,模具工作量与投入相当大。在试制阶段,零部件两家互借,投入生产时需全新开制模具,工作量很大,这就无形之中影响了产品投产的进度。此外,双断点的设计方案,制造成本相比较单断点要高。

记者:万能式断路器在智能电网的发展中充当怎样的角色?智能电网以及新能源的发展对我国万能式断路器的智能化提出了哪些要求?

何瑞华:万能式断路器是低压电器中功能最强大,在配电系统中地位最重要的电器,是配电系统的“大管家”。可以说,万能式断路器产品发展的好坏及其水平一定程度上反映我们国家低压电器的水平,反映了一个企业在低压电器行业当中的地位和水平。无论从功能、技术难度,产品制造的要求,还是经济效益等角度来说,万能式断路器都是低压电器行业中最主要的电器。


随着智能电网的发展,新一代产品开发必须带有智能化、网络化的功能,不仅能与各种现场总线系统无缝连接,还能直接与工业以太网连接。智能化功能应不断扩大,并出现配电电器与控制电器相互交叉,即综合智能化功能。

根据智能电网提出的安全、高效、低碳、兼容和互动等特征对万能式断路器又提出了一系列新的要求,并涉及一系列关键技术:

1)故障预警。故障预警与故障报警是完全不同的两个概念。故障报警是故障已经发生,让运行人员做出处理;故障预警是预测故障可能发生,但尚未形成真正故障;故障预警目的是防止故障发生,确保智能电网安全运行;

2)寿命指示技术;

3)电能管理,特别是电能最大容量预测和控制。

记者:未来万能式断路器的发展走向将如何?

何瑞华:未来的万能式断路器除了具备第四代产品的特点和性能以为,还将不断满足新能源及智能电网的发展提出的新需求。当然,当前万能式断路器仍以单断点为主,很多企业将会参照常熟开关厂CW3产品的性能和指标,在原有产品的基础上做进一步的更新换代。但是,随着低压电器的发展,以及产品结构和功能的进一步完善,具备双断点的万能式断路器将是未来万能式断路器的主要发展方向之一。