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正航整理西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室
作者:正航仪器  更新时间:2019-10-26 11:13:58
正航整理西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室
1、电力设备电气绝缘国家重点实验室建设项目于1989年经国家计委批准立项,并列入世界银行贷款重点学科发展项目,1991年正式开始建设,1995年10月通过国家验收,2003年通过国家评估。实验室依托于西安交通大学,现任室主任为王建华教授、学术委员会主任为雷清泉院士。
电力设备电气绝缘国家重点实验室是我国电力能源工业科学技术发展的重要组成部分。西安交通大学拥有我国高校中相对完整的电气工程一级学科,是我国首批电气工程一级学科博士学位授权单位。国家重点学科“高电压与绝缘技术”、“电机与电器”和“电力系统与自动化”是实验室的基本支撑单位,实验室还覆盖“电力电子与电力传动”和“电工理论与新技术”学科。
实验室的主要研究方向为:电介质(包括纳米复合、生物)材料、结构、性能、表征及其应用;电气设备及其智能化;电力设备及其绝缘系统的寿命管理;电工电能新技术及应用。
实验室拥有5600m2的实验大楼,研究设备总值约3000万元。通过建设,实验室已经拥有用于介电性能研究、放电特性研究、理化分析、绝缘材料结构与工艺参数研究、计算机仿真及大规模计算、信号测试与分析的各种仪器、装备、试验平台和试验电源,可以进行电力设备电气绝缘领域的物理、化学、工艺以及微观性能等方面的基础理论研究和电力设备关键技术的开发。实验室研究手段完备、系统,科研条件处于国际上大学同类实验室望尘水平。
实验室研究力量集中,现有固定人员41名(其中教授34名)、客座人员17名,博士研究生91名、硕士研究生218名。通过承担国家重大项目凝聚科研团队,已形成了多学科有机交叉融合、创新突出的研究群体。
1997年以来,实验室针对国际上电力设备电气绝缘学术领域的发展前沿和国民经济发展中的重大科技问题,积极承担国家自然科学基金项目、国家电力公司重大科技项目和省部级科研项目,各个方面都取得了显著成绩:获科技成果奖5项、省部级科研成果奖27项,获教学成果奖和教材奖共4项;在国际学术交流和合作方面成绩显著,主办大型国际会议9次,其中多次为IEEE系列会议,与日本、英国、加拿大等国的大学与科研机构建立了紧密合作关系,进一步提高了实验室在国际上的学术地位;研究工作已拓展到国防领域;科研成果转化效果显著,新增产值已超过14亿元。
实验室坚持“开放、流动、联合、竞争”的体制,已经成为国家面向电力能源建设的科学技术研究、学术交流、高层次人才培养和科技成果转化的重要基地。
实验室目前正在进行包括管理体制、用人机制、人才培养等方面的重大改革。近期,实验室的研究方向和研究人员规模都会有所变化。
2、西安森源开关技术研究所有限公司
西安森源开关技术研究所(以下简称研究所)为西安森源产品研发基地,位于西安高新技术产业开发区内,为西安市“高新技术企业”、“民营科技企业”、“技术贸易企业”。
研究所自创立以来,一直以“开发国产电器精品、振兴民族电器工业”为己任,持“创新观念、夯实基础、同进超越”的研发作风,追踪国内外高压电器的产品、的技术,进行吸收、消化,同时结合国内制造厂家的工业设备状况及国内外用户的需求加以创新,相继开发出如GZS1型金属铠装开关设备,VS1型高压真空断路器,VSM型磁性操动机构断路器等50多个产品,所有产品均拥有独立知识产权,现拥有拥有34项国家实用新型专利、2项发明专利。
研究所所开发的产品技术立足行业,充分满足用户需求,至今已在国内600多家开关设备制造厂商中得到推广应用成为他们相对稳定的经济增长点。研究所所开发的所有产品现均为高压电器制造厂的主导产品,也成为目前市场上覆盖面较广、影响力的产品。同时由于研究所开发的产品立足高端,不徘徊于低水平,也大大的提高了制造厂商的设备、工艺水平,使众多厂家的技术革新、设备改造能力得到了飞跃式的提升。
为了保持在产品研发领域的先进性,研究所在成立伊始,便成立了由行业诸多知名专家、学者组成的“技术委员会”,每年定期组织会议,进行研发项目评审、技术水平评估,确保了产品技术项目的非盲从性,也确保了技术水准的先进性。
为了能使更多制造厂商及用户单位建立起沟通平台,使大家共同来评议森源产品,完善森源技术,研究所于2002年联合西安森源电气集团所有相关企业在上海创办了“森源电气技术论坛”,与会代表愈千人,其中包括众多国外知名企业,此次举开创了民营科技企业举办大型电器行业产品、技术交流会议的先河,目前已在上海、成都、珠海、西安成功举办四届,“森源电气技术论坛”现在行业具有很强的影响力。
近年来,西安森源开关技术研究所又相继开发了第四代智能化低压断路器,10-35kV中压气体绝缘开关成套装置、中压固体绝缘开关成套装置,126-252kV高压断路器及成套装置(即GIS)等产品,目前所开发的产品覆盖高、中、低压领域,这些产品技术均为目前国内外较前沿、端,已有诸多厂家受让了上述产品技术,相信会为这些制造厂商带来更多的经济、社会效益,也势必为用户提供了更多高可靠、免维护的输配电产品。西安森源的技术品牌深入人心,并已成为国内电器行业主要技术依托单位之一。
一、研究经费分析
目前我国真空断路器的研究经费主要来自于企业自筹、国家补贴以及多家企业筹集经费资助高等院校进行研究等方式。随着经济发展对于真空断路器技术要求的不断提高,各企业自主研发意识的加强,我国政府和企业对于该产品的科研投入不断增加,但就总体而言,相对于发达国家仍存在着科研投入不足的问题。
四、近年主要科研成果及转化分析
我国从1968年开始真空灭弧室的实用化研制,只商用真空灭弧室于同年诞生在国营华光电子管厂(777)。1975年,由原国营宝光电工厂(4401)研制的ZKBD-1000/10-20型真空灭弧室在苏州通过了原机械工业部(国家机械工业部)、原第四机械工业部(电子工业部)组织的两部鉴定,标志着我国的真空灭弧室已经进入到实用化阶段。
二十世纪80年代中期,原国营宝光电工厂和华光电子管厂分别从德国和美国引进了真空灭弧室和触头材料的制造技术,大大缩短了我国真空灭弧室产业和国外企业的差距,为此后我国真空灭弧室和真空开关行业的腾飞奠定了坚实的基础。目前,我国已形成了以原国有军工企业4401、779、771和777厂为龙头的真空灭弧室产业体系,2004年全行业共生产80余万只(未统计低压),成为全球的真空灭弧室生产基地。近年来,随着科研活动深入展开,我国真空断路器行业研究成果明显:
1、2006年,Z西高所与厦门华电联合研制成功了40.5kV电压等级的新型中压真空断路器——N96-40.5/T2500-31.5型户内高压交流真空断路器。产品在设计过程中以GBl984-2003《高压交流断路器》为设计依据,结合高压电器绝缘技术的发展趋势,通过对同封极柱的电场数值计算和优化设计,使产品满足高可靠、极柱免维护和技术条件中所规定的所有性能指标。该产品的主要技术指标为:额定电流为2500A,短路开断电流31.5kA,短路关合电流80kA(峰值),电寿命试验等级E2,机械寿命分类等级M2,容性电流的开合等级CC2,额定短路电流开断次数20次,局部放电≤10Pc,等等。
固封极柱有以下特点: 
(1)创新的浇注方式可以预防撞击、潮气、灰尘对真空灭弧室的影响;
(2)外绝缘可以获得较高的绝缘强度;
(3)便于断路器的组装;
(4)运行期间极柱是免维护的;
(5)标准化的设计和专业化的生产,保证产品的高质量和高可靠。
ZN96-40.5/T2500-31.5型户内高压交流真空断路器与KYN96-40.5型户内高压交流开关柜配合成套,柜体宽度1.2m。整体采用中置式结构,断路器的机构布置在极柱的背后,便于机构的维护和检修。设计理念体现人性化要求。
该产品在国家高压电器质检中心通过了GBl984-2003《高压交流断路器》所要求的全部的型式试验,同时通过20次的满容量开断试验。其技术经济指标已达到国际同类产品水平,个别参数指标已经超过国外同类产品,达到了国际先进水平。
2、2006年11月,一种更小、更安全的户内高压纵旋式真空隔离断路器(开关)及其配套开关柜,在长沙通过了专家鉴定。

产品由三相相柱、操动机构、传动装置、旋转机构、手车式支架和联锁装置等几部分组成。断路器采用三相相柱纵向布置方式,可移出结构。三相真空灭弧室分别置于环氧绝缘筒中,绝缘筒的中部与纵向钢梁机械固定。纵向钢梁在旋转机构的驱动下能进行90°旋转。旋到垂直位置时,三相相柱的上下触头与主回路接通;旋到水平位置时,三相相柱与主回路分离,形成空气隔离断口。
专用的涡卷弹簧储能操动机构,由一个涡卷弹簧分段释放能量完成分、合闸动作,驱动凸轮为封闭的平面槽凸轮型式,分、合闸锁扣装置结构相同,并为一级脱扣。装设了驱动/旋转功能转副。可以使断路器在三相相柱旋转时,操动机构保持固定不动。联锁装置包括真空灭弧室位置转换的联锁、操动机构内部的联锁以及操动机构与本体的联锁。 
3、2007年4月,厦门华电VEP固封真空断路器及AMS开关柜顺利通过高海拔试验。厦门华电开关有限公司融合德国技术创新研发的12kV电压等级的VEP型第三代固封式真空断路器和AMS金属铠装式开关设备于2007年3月23日在机械工业高原电器产品质量监督检验中心(昆明电器科学研究所)成功通过了高海拔4500米的全套耐压绝缘试验,整个试验过程仅用了两天半的时间,断路器和开关柜的各项耐压水平均达到国家标准规定。据昆明电科所赵磊副所长介绍说在国内同类生产企业中,厦门华电开关有限公司是家顺利通过海拔4500米高原试验的厂家,这也充分说明了厦门华电开关技术水平在国内的带领地位。负责本次试验的昆明电科所试验室主任瞿安坤先生对厦门华电的产品也给予了很高的评价,4500米海拔高度对电气设备从电气绝缘、分断能力、电器温升及材料选用等各方面都有严格的设计和制造要求,能一次性通过测试的厂家实属难得。
此外,40.5kV电压等级的VEP固封式真空断路器和小型化开关柜AMS同样也十分顺利的通过了2000米的高原试验。厦门华电的产品在三天的绝缘和温升试验中,各项性能参数都符合要求。参与本次试验的昆明电科所工程师们对厦门华电产品予以一致肯定,认为产品的技术含量高,设计巧妙。在解决小型化开关柜的绝缘问题上,特别是40.5kV中压电器产品在高原使用时较难处理的绝缘问题中,运用了均匀电场分布的设计理念,使设计出的断路器和开关柜外观小巧、质量可靠、耐压水平高。D型母排设计提升了材料表面的散热导电性及电场均压性能,今后可以加以推广应用。
厦门华电开关VEP及AMS系列产品在多年市场运行中,已取得了良好口碑。此次顺利通过高海拔试验,既是对其质量的再次肯定,同时也说明在高原地区厦门华电的产品同样能实现安全稳定的运行,为高海拔区域电网中压开关柜的可靠运行提供了有力保证。 
4、2007年11月,上海华银固封式真空断路器两新品通过型试。上海华银开关厂有限公司生产的VHP-40.5/2500-31.5型固封式真空断路器(试验报告编号:委试2007-052)与VHP-12/4000-40型固封式真空断路器(试验报告编号:委试2007-013),分别在今年上半年顺利通过型式试验。
VHP-40.5/2500-31.5型固封式真空断路器和VHP-12/4000-40型大电流固封式真空断路器具有免维护、机械性能稳定、寿命长、体积小、外形美观等优点。配套于用敷铝镑板加工成的KYN型铠装移开式组装柜,更显得轻巧美观,很受市场青睐。
VHP系列固封式真空断路器由上海华银电力设备研究所研制。VP系列真空灭弧室固封极柱由上海华银开关厂有限公司所属上海华耐互感器绝缘制品有限公司采用双"APG"工艺制作,VHP系列断路器采用弹簧机构一体化结构,且操作机构和真空灭弧室固封极柱前后布置的形式,设计先进、合理,性能优越,外形美观。
  VHP-40.5/2500-31.5型固封式真空断路器,额定电流2500A,开断短路电流31.5KA,满容量开断20次,机械寿命20000次。VHP-12/4000-40型固封式真空断路器,额定电流4400A(自然冷却)开断短路电流4OKA,满容量开断30次,机械寿命20000次。 
5、2008年1月4日,常开电气VCBI系列高压真空断路器通过产品型式试验。常开电气公司新一代户内高压真空断路器VCBI-12kV系列日前通过产品型式试验。
VCBI-12kV系列户内高压真空断路器是在VS1系列的基础上,经过多年研制而形成的新一代产品。和VS1系列户内高压真空断路器一样,VCBI系列同样包括固定式与手车式,以满足用户的不同需求。值得一提的是,此次推出的VCBI系列还包含了侧装式真空断路器、小型化真空断路器(适合800mm柜宽成套开关设备)、固封式断路器等。
产品在东北电力电器产品质量检测站作型式试验时,一次性通过,各项技术参数均达到或超过国家标准《GB 1984-2003 高压交流断路器》的要求。
此次产品通过型式试验,无疑为客户购买该公司产品提供了信心,必将促进公司的产品销售迈上一个新台阶。 
6、2008年1月18日,由西安高压电器研究所研发中心与浙江省电力公司绍兴电力局、海宁开关厂有限公司联合开发的“12kV切电容器组专用真空断路器”项目通过所级鉴定。该产品采用固封极柱结构,选用长寿命弹簧操动机构和R触头结构的真空灭弧室,产品结构合理,性能指标达到国际先进水平,具有自主知识产权。该课题实现了当年立项、当年设计、当年完成的高效率运作,目前新产品已经在浙江省上虞变电所挂网运行,计划于2008年在浙江省进行推广使用。 
7、2008年4月,天安研发成功的式低压真空断路器获得了国家专利,并通过了“CCC”国家强制性产品认证。
天安早在2002年开始就着手研发智能化低压式真空断路器,至2007年春攻克了与W1非真空断路器配套通用的技术难关,并通过了型式试验,式真空断路器是低压开关柜的主开关,用来分配电能和保护线路以及电源设备免受过载、欠电压、短路、单相接地等故障的危害。式断路器具有分析能力高、分断次数多、零飞弧、不易引起火灾、爆炸等优点,特别适用于空气断路器无法或不适合的恶劣环境场所,如煤碳、化工、冶金、加油站和风力发电等用户。式真空断路器还具有智能化保护功能,选择性保护,能提高供电可靠性,以避免不必要的停电。该产品根据用户需要,可带有开放式通讯接口,进行“四遥(遥控、遥测、遥调、遥讯)”,以满足配电自动化系统的要求。
据介绍,天安智能化低压式断路器投放市场后将成为元件电器创造新的经济增长点。 
8、2008年5月,浙江宇光真空电器有限公司生产的VGP(可替代ZN96-12)型户内高压真空断路器广泛应用于户内铠装式空气绝缘开关柜。它符合GB1984-2003、DL/T403-2000、德国DIN VDE0670与IEC 62271-100:2001及IEC 60694等标准的规定。在正常使用条件下,只要在断路器的技术参数范围内,它就可以保证安全、可靠地运行于相应电压等级的电网中。
VGP(可替代ZN96-12)户内高压真空断路器的三相极柱部分是通过自动压力凝胶工艺(APG),将真空灭弧室及上下出线端子直接固封在环氧树脂内组成,灭弧室采用德国西门子或国产,这样减少了断路器的调整环节及外部环境对灭弧室外壳的污染,提高了可靠性。 在操作频繁或要求开断寿命长的工况下,VGP真空断路器具有特殊的优越性。该真空断路器具有重合闸功能,极高的操作可靠性与使用寿命,极柱部分实现了免维护。 VGP户内高压真空断路器是三相交流50Hz,额定电压为12kA电力系统的户内开关装置,可供发电厂,变电站和工矿企业等,作电气设备的控制和保护之用,并适用于频繁操作场所,可装于AMS(KYN96-12)型及其它铠装中置柜配套使用,也可装于固定柜或气体绝缘柜内。
9、2008年5月,厦门华电开关有限公司VEP 24kV 断路器在电力工业无功补偿成套装置质量检验测试中心通过了单个电容器组630A的C2级开合电容器组试验,在试验方式2(BC2)中总计80个CO的试验过程中没有出现任何重击穿和NSDD(非保持性破坏性放电)现象,完全满足C2级断路器的要求,这在国内高端真空断路器市场属首例,充分证明了VEP断路器在开合容性电流方面的优异性能。
厦门华电开关VEP 24kV户内中压固封式真空断路器采用AREVA的VG系列真空灭弧室,出厂前经过严格的电压和电流老炼,然后经双APG工艺,制成环氧树脂固封极柱,配合模块化的弹簧操动机构,整体性能优异,额定电流可达3150A,额定短路开断电流高达31.5kA,1min工频耐压达65kV,完全满足DL标准要求,非常适合在我国中性点非直接接地的配电网络中运行。
二、中国未来几年主要研究课题分析
随着电力系统对配电系统的质量和可靠性要求的提高,对真空断路器设备的性能要求也越来越高。为了满足当今社会对高质量产品的需求,许多研究、设计和生产部门做了大量的工作;另外,基础理论,材料技术、生产工艺、加工工艺和新技术的应用,也使得真空断路器设备的技术水平有了很大的进步。综合起来,未来几年真空断路器设备主要有以下几个研究方向: 
1、真空间隙的绝缘特性
真空断路器处于合闸位置时,其对地绝缘由支持绝缘子承受,一旦真空断路器所连接的线路发生接地故障,断路器动作跳闸后,接地故障点又未被清除,则有电母线的对地绝缘亦要由该断路器断口的真空间隙承受;各种故障开断时,断口一对触子间的真空绝缘间隙要耐受各种恢复电压的作用而不发生击穿。因此,真空间隙的绝缘特性成为提高灭弧室断口电压,使单断口真空断路器向高电压等级发展的主要研究课题。 
2、环保
六氟化硫气体由于其优良的绝缘和灭弧性能,目前在断路器得到了广泛的应用,全球生产的SF6气体约50%用于电力行业,其中80%用于断路器。但由于1997年《京都议定书》的签署,使各国在逐步停止或减少SF6电器的使用,目前尚未找到合适的替代气体,六氟化硫气体在电器生产中仍然有着其不可替代的作用;日本和欧美各国都在进行对于混合气体(N2-SF6)作为绝缘介质的研究,并取得了一定的成果。环保是国家乃至全球的大趋势,真空断路器的环保问题是以后的一个研究方向之一。
3、新介质、新材料的应用
对于户外产品而言,环境适应性能的提高(污秽,湿热,高海拔,盐雾和大气污染)是至关重要的,因此耐紫外线、强度高和自洁型的新型有机绝缘材料也在户外产品中得到广泛的应用,比如新型的户外环氧树脂、户外硅橡胶、聚氯酯、陶瓷等新型材料等等;另外,金属防腐技术也是高压真空断路器家重点研究的课题。
真空断路器由于其优良的灭弧性能和少维护、免维护的特点,尤其是小型化、低重燃的真空灭弧室的应用,在户外配电断路器中所占比例越来越高。
4、智能化
智能技术在于将数字技术、在线监测技术、网络技术和通讯技术应用在户外真空断路器中,提高了配网系统的自动化程度,极大地方便了运行和维护。但是电子设备的性能稳定性、抗干扰性和使用寿命与断路器本体比较.仍然有很多不足。
5、免维护
目前,免维护产品(15~20年使用周期)的研究与开发是高压电器生产厂家的目标和方向。目前.用于SF6断路器/重合器的弹簧操动机构可以做到2000次到5000次,用于真空断路器/重合器的弹簧操动机构基本上可以做到10000次机械稳定性.电磁操动机构(含永磁操动机构)可以做到50000次机构寿命,基本可以满足大多数用户的需求。但是控制永磁操动机构的电容器、蓄电池和电子设备的使用寿命只能达到7年左右,与设备本体的要求并不匹配。另外为了满足户外产品免维护的要求.户外配电设备普遍使用了密封压力系统和长效润滑技术。
6、小型化
目前,复合绝缘技术、气体绝缘技术和小型化真空灭弧室的使用使得户外配电设备的尺寸和重量与以前相比大幅度减小。同时,电子测量控制设备的发展,使电流传感器和电容式分压器在高压电器产品中的应用成为可能,进一步减小了高压电器的体积。
1、电力设备电气绝缘国家重点实验室建设项目于1989年经国家计委批准立项,并列入世界银行贷款重点学科发展项目,1991年正式开始建设,1995年10月通过国家验收,2003年通过国家评估。实验室依托于西安交通大学,现任室主任为王建华教授、学术委员会主任为雷清泉院士。
电力设备电气绝缘国家重点实验室是我国电力能源工业科学技术发展的重要组成部分。西安交通大学拥有我国高校中较完整的电气工程一级学科,是我国首批电气工程一级学科博士学位授权单位。国家重点学科“高电压与绝缘技术”、“电机与电器”和“电力系统与自动化”是实验室的基本支撑单位,实验室还覆盖“电力电子与电力传动”和“电工理论与新技术”学科。
实验室的主要研究方向为:电介质(包括纳米复合、生物)材料、结构、性能、表征及其应用;电气设备及其智能化;电力设备及其绝缘系统的寿命管理;电工电能新技术及应用。
实验室拥有5600m2的实验大楼,研究设备总值约3000万元。通过建设,实验室已经拥有用于介电性能研究、放电特性研究、理化分析、绝缘材料结构与工艺参数研究、计算机仿真及大规模计算、信号测试与分析的各种仪器、装备、试验平台和试验电源,可以进行电力设备电气绝缘领域的物理、化学、工艺以及微观性能等方面的基础理论研究和电力设备关键技术的开发。实验室研究手段完备、系统,科研条件处于国际上大学同类实验室先进水平。
实验室研究力量集中,现有固定人员41名(其中教授34名)、客座人员17名,博士研究生91名、硕士研究生218名。通过承担国家重大项目凝聚科研团队,已形成了多学科有机交叉融合、创新突出的研究群体。
1997年以来,实验室针对国际上电力设备电气绝缘学术领域的发展前沿和国民经济发展中的重大科技问题,积极承担国家自然科学基金项目、国家电力公司重大科技项目和省部级科研项目,各个方面都取得了显著成绩:获科技成果奖5项、省部级科研成果奖27项,获教学成果奖和教材奖共4项;在国际学术交流和合作方面成绩显著,主办大型国际会议9次,其中多次为IEEE系列会议,与日本、英国、加拿大等国的大学与科研机构建立了紧密合作关系,进一步提高了实验室在国际上的学术地位;研究工作已拓展到国防领域;科研成果转化效果显著,新增产值已超过14亿元。
实验室坚持“开放、流动、联合、竞争”的体制,已经成为国家面向电力能源建设的科学技术研究、学术交流、高层次人才培养和科技成果转化的重要基地。
实验室目前正在进行包括管理体制、用人机制、人才培养等方面的重大改革。近期,实验室的研究方向和研究人员规模都会有所变化。
2、西安森源开关技术研究所有限公司
西安森源开关技术研究所(以下简称研究所)为西安森源产品研发基地,位于西安高新技术产业开发区内,为西安市“高新技术企业”、“民营科技企业”、“技术贸易企业”。
研究所自创立以来,一直以“开发国产电器精品、振兴民族电器工业”为己任,持“创新观念、夯实基础、同进超越”的研发作风,追踪国内外高压电器的产品、的技术,进行吸收、消化,同时结合国内制造厂家的工业设备状况及国内外用户的需求加以创新,相继开发出如GZS1型金属铠装开关设备,VS1型高压真空断路器,VSM型磁性操动机构断路器等50多个产品,所有产品均拥有独立知识产权,现拥有拥有34项国家实用新型专利、2项发明专利。
研究所所开发的产品技术立足行业,充分满足用户需求,至今已在国内600多家开关设备制造厂商中得到推广应用成为他们较稳定的经济增长点。研究所所开发的所有产品现均为高压电器制造厂的主导产品,也成为目前市场上覆盖面较广、影响力的产品。同时由于研究所开发的产品立足高端,不徘徊于低水平,也大大的提高了制造厂商的设备、工艺水平,使众多厂家的技术革新、设备改造能力得到了飞跃式的提升。
为了保持在产品研发领域的先进性,研究所在成立伊始,便成立了由行业诸多知名专家、学者组成的“技术委员会”,每年定期组织会议,进行研发项目评审、技术水平评估,确保了产品技术项目的非盲从性,也确保了技术水准的先进性。
为了能使更多制造厂商及用户单位建立起沟通平台,使大家共同来评议森源产品,完善森源技术,研究所于2002年联合西安森源电气集团所有相关企业在上海创办了“森源电气技术论坛”,与会代表愈千人,其中包括众多国外知名企业,此次举开创了民营科技企业举办大型电器行业产品、技术交流会议的先河,目前已在上海、成都、珠海、西安成功举办四届,“森源电气技术论坛”现在行业具有很强的影响力。
近年来,西安森源开关技术研究所又相继开发了第四代智能化低压断路器,10-35kV中压气体绝缘开关成套装置、中压固体绝缘开关成套装置,126-252kV高压断路器及成套装置(即GIS)等产品,目前所开发的产品覆盖高、中、低压领域,这些产品技术均为目前国内外较前沿、端,已有诸多厂家受让了上述产品技术,相信会为这些制造厂商带来更多的经济、社会效益,也势必为用户提供了更多高可靠、免维护的输配电产品。西安森源的技术品牌深入人心,并已成为国内电器行业主要技术依托单位之一。
一、研究经费分析
目前我国真空断路器的研究经费主要来自于企业自筹、国家补贴以及多家企业筹集经费资助高等院校进行研究等方式。随着经济发展对于真空断路器技术要求的不断提高,各企业自主研发意识的加强,我国政府和企业对于该产品的科研投入不断增加,但就总体而言,相对于发达国家仍存在着科研投入不足的问题。
四、近年主要科研成果及转化分析
我国从1968年开始真空灭弧室的实用化研制,只商用真空灭弧室于同年诞生在国营华光电子管厂(777)。1975年,由原国营宝光电工厂(4401)研制的ZKBD-1000/10-20型真空灭弧室在苏州通过了原机械工业部(国家机械工业部)、原第四机械工业部(电子工业部)组织的两部鉴定,标志着我国的真空灭弧室已经进入到实用化阶段。
二十世纪80年代中期,原国营宝光电工厂和华光电子管厂分别从德国和美国引进了真空灭弧室和触头材料的制造技术,大大缩短了我国真空灭弧室产业和国外企业的差距,为此后我国真空灭弧室和真空开关行业的腾飞奠定了坚实的基础。目前,我国已形成了以原国有军工企业4401、779、771和777厂为龙头的真空灭弧室产业体系,2004年全行业共生产80余万只(未统计低压),成为全球的真空灭弧室生产基地。近年来,随着科研活动深入展开,我国真空断路器行业研究成果明显:
1、2006年,Z西高所与厦门华电联合研制成功了40.5kV电压等级的新型中压真空断路器——N96-40.5/T2500-31.5型户内高压交流真空断路器。产品在设计过程中以GBl984-2003《高压交流断路器》为设计依据,结合高压电器绝缘技术的发展趋势,通过对同封极柱的电场数值计算和优化设计,使产品满足高可靠、极柱免维护和技术条件中所规定的所有性能指标。该产品的主要技术指标为:额定电流为2500A,短路开断电流31.5kA,短路关合电流80kA(峰值),电寿命试验等级E2,机械寿命分类等级M2,容性电流的开合等级CC2,额定短路电流开断次数20次,局部放电≤10Pc,等等。
固封极柱有以下特点: 
(1)创新的浇注方式可以预防撞击、潮气、灰尘对真空灭弧室的影响;
(2)外绝缘可以获得较高的绝缘强度;
(3)便于断路器的组装;
(4)运行期间极柱是免维护的;
(5)标准化的设计和专业化的生产,保证产品的高质量和高可靠。
ZN96-40.5/T2500-31.5型户内高压交流真空断路器与KYN96-40.5型户内高压交流开关柜配合成套,柜体宽度1.2m。整体采用中置式结构,断路器的机构布置在极柱的背后,便于机构的维护和检修。设计理念体现人性化要求。
该产品在国家高压电器质检中心通过了GBl984-2003《高压交流断路器》所要求的全部的型式试验,同时通过20次的满容量开断试验。其技术经济指标已达到国际同类产品水平,个别参数指标已经超过国外同类产品,达到了国际先进水平。
2、2006年11月,一种更小、更安全的户内高压纵旋式真空隔离断路器(开关)及其配套开关柜,在长沙通过了专家鉴定。

产品由三相相柱、操动机构、传动装置、旋转机构、手车式支架和联锁装置等几部分组成。断路器采用三相相柱纵向布置方式,可移出结构。三相真空灭弧室分别置于环氧绝缘筒中,绝缘筒的中部与纵向钢梁机械固定。纵向钢梁在旋转机构的驱动下能进行90°旋转。旋到垂直位置时,三相相柱的上下触头与主回路接通;旋到水平位置时,三相相柱与主回路分离,形成空气隔离断口。
专用的涡卷弹簧储能操动机构,由一个涡卷弹簧分段释放能量完成分、合闸动作,驱动凸轮为封闭的平面槽凸轮型式,分、合闸锁扣装置结构相同,并为一级脱扣。装设了驱动/旋转功能转副。可以使断路器在三相相柱旋转时,操动机构保持固定不动。联锁装置包括真空灭弧室位置转换的联锁、操动机构内部的联锁以及操动机构与本体的联锁。 
3、2007年4月,厦门华电VEP固封真空断路器及AMS开关柜顺利通过高海拔试验。厦门华电开关有限公司融合德国技术创新研发的12kV电压等级的VEP型第三代固封式真空断路器和AMS金属铠装式开关设备于2007年3月23日在机械工业高原电器产品质量监督检验中心(昆明电器科学研究所)成功通过了高海拔4500米的全套耐压绝缘试验,整个试验过程仅用了两天半的时间,断路器和开关柜的各项耐压水平均达到国家标准规定。据昆明电科所赵磊副所长介绍说在国内同类生产企业中,厦门华电开关有限公司是家顺利通过海拔4500米高原试验的厂家,这也充分说明了厦门华电开关技术水平在国内的带领地位。负责本次试验的昆明电科所试验室主任瞿安坤先生对厦门华电的产品也给予了很高的评价,4500米海拔高度对电气设备从电气绝缘、分断能力、电器温升及材料选用等各方面都有严格的设计和制造要求,能一次性通过测试的厂家实属难得。
此外,40.5kV电压等级的VEP固封式真空断路器和小型化开关柜AMS同样也十分顺利的通过了2000米的高原试验。厦门华电的产品在三天的绝缘和温升试验中,各项性能参数都符合要求。参与本次试验的昆明电科所工程师们对厦门华电产品予以一致肯定,认为产品的技术含量高,设计巧妙。在解决小型化开关柜的绝缘问题上,特别是40.5kV中压电器产品在高原使用时较难处理的绝缘问题中,运用了均匀电场分布的设计理念,使设计出的断路器和开关柜外观小巧、质量可靠、耐压水平高。D型母排设计提升了材料表面的散热导电性及电场均压性能,今后可以加以推广应用。
厦门华电开关VEP及AMS系列产品在多年市场运行中,已取得了良好口碑。此次顺利通过高海拔试验,既是对其质量的再次肯定,同时也说明在高原地区厦门华电的产品同样能实现安全稳定的运行,为高海拔区域电网中压开关柜的可靠运行提供了有力保证。 
4、2007年11月,上海华银固封式真空断路器两新品通过型试。上海华银开关厂有限公司生产的VHP-40.5/2500-31.5型固封式真空断路器(试验报告编号:委试2007-052)与VHP-12/4000-40型固封式真空断路器(试验报告编号:委试2007-013),分别在今年上半年顺利通过型式试验。
VHP-40.5/2500-31.5型固封式真空断路器和VHP-12/4000-40型大电流固封式真空断路器具有免维护、机械性能稳定、寿命长、体积小、外形美观等优点。配套于用敷铝镑板加工成的KYN型铠装移开式组装柜,更显得轻巧美观,很受市场青睐。
VHP系列固封式真空断路器由上海华银电力设备研究所研制。VP系列真空灭弧室固封极柱由上海华银开关厂有限公司所属上海华耐互感器绝缘制品有限公司采用双"APG"工艺制作,VHP系列断路器采用弹簧机构一体化结构,且操作机构和真空灭弧室固封极柱前后布置的形式,设计先进、合理,性能优越,外形美观。
  VHP-40.5/2500-31.5型固封式真空断路器,额定电流2500A,开断短路电流31.5KA,满容量开断20次,机械寿命20000次。VHP-12/4000-40型固封式真空断路器,额定电流4400A(自然冷却)开断短路电流4OKA,满容量开断30次,机械寿命20000次。 
5、2008年1月4日,常开电气VCBI系列高压真空断路器通过产品型式试验。常开电气公司新一代户内高压真空断路器VCBI-12kV系列日前通过产品型式试验。
VCBI-12kV系列户内高压真空断路器是在VS1系列的基础上,经过多年研制而形成的新一代产品。和VS1系列户内高压真空断路器一样,VCBI系列同样包括固定式与手车式,以满足用户的不同需求。值得一提的是,此次推出的VCBI系列还包含了侧装式真空断路器、小型化真空断路器(适合800mm柜宽成套开关设备)、固封式断路器等。
产品在东北电力电器产品质量检测站作型式试验时,一次性通过,各项技术参数均达到或超过国家标准《GB 1984-2003 高压交流断路器》的要求。
此次产品通过型式试验,无疑为客户购买该公司产品提供了信心,必将促进公司的产品销售迈上一个新台阶。 
6、2008年1月18日,由西安高压电器研究所研发中心与浙江省电力公司绍兴电力局、海宁开关厂有限公司联合开发的“12kV切电容器组专用真空断路器”项目通过所级鉴定。该产品采用固封极柱结构,选用长寿命弹簧操动机构和R触头结构的真空灭弧室,产品结构合理,性能指标达到国际先进水平,具有自主知识产权。该课题实现了当年立项、当年设计、当年完成的有效率运作,目前新产品已经在浙江省上虞变电所挂网运行,计划于2008年在浙江省进行推广使用。 
7、2008年4月,天安研发成功的式低压真空断路器获得了国家专利,并通过了“CCC”国家强制性产品认证。
天安早在2002年开始就着手研发智能化低压式真空断路器,至2007年春攻克了与W1非真空断路器配套通用的技术难关,并通过了型式试验,式真空断路器是低压开关柜的主开关,用来分配电能和保护线路以及电源设备免受过载、欠电压、短路、单相接地等故障的危害。式断路器具有分析能力高、分断次数多、零飞弧、不易引起火灾、爆炸等优点,特别适用于空气断路器无法或不适合的恶劣环境场所,如煤碳、化工、冶金、加油站和风力发电等用户。式真空断路器还具有智能化保护功能,选择性保护,能提高供电可靠性,以避免不必要的停电。该产品根据用户需要,可带有开放式通讯接口,进行“四遥(遥控、遥测、遥调、遥讯)”,以满足配电自动化系统的要求。
据介绍,天安智能化低压式断路器投放市场后将成为元件电器创造新的经济增长点。 
8、2008年5月,浙江宇光真空电器有限公司生产的VGP(可替代ZN96-12)型户内高压真空断路器广泛应用于户内铠装式空气绝缘开关柜。它符合GB1984-2003、DL/T403-2000、德国DIN VDE0670与IEC 62271-100:2001及IEC 60694等标准的规定。在正常使用条件下,只要在断路器的技术参数范围内,它就可以保证安全、可靠地运行于相应电压等级的电网中。
VGP(可替代ZN96-12)户内高压真空断路器的三相极柱部分是通过自动压力凝胶工艺(APG),将真空灭弧室及上下出线端子直接固封在环氧树脂内组成,灭弧室采用德国西门子或国产,这样减少了断路器的调整环节及外部环境对灭弧室外壳的污染,提高了可靠性。 在操作频繁或要求开断寿命长的工况下,VGP真空断路器具有特殊的优越性。该真空断路器具有重合闸功能,极高的操作可靠性与使用寿命,极柱部分实现了免维护。 VGP户内高压真空断路器是三相交流50Hz,额定电压为12kA电力系统的户内开关装置,可供发电厂,变电站和工矿企业等,作电气设备的控制和保护之用,并适用于频繁操作场所,可装于AMS(KYN96-12)型及其它铠装中置柜配套使用,也可装于固定柜或气体绝缘柜内。
9、2008年5月,厦门华电开关有限公司VEP 24kV 断路器在电力工业无功补偿成套装置质量检验测试中心通过了单个电容器组630A的C2级开合电容器组试验,在试验方式2(BC2)中总计80个CO的试验过程中没有出现任何重击穿和NSDD(非保持性破坏性放电)现象,完全满足C2级断路器的要求,这在国内高端真空断路器市场属首例,充分证明了VEP断路器在开合容性电流方面的优异性能。
厦门华电开关VEP 24kV户内中压固封式真空断路器采用AREVA的VG系列真空灭弧室,出厂前经过严格的电压和电流老炼,然后经双APG工艺,制成环氧树脂固封极柱,配合模块化的弹簧操动机构,整体性能优异,额定电流可达3150A,额定短路开断电流高达31.5kA,1min工频耐压达65kV,完全满足DL标准要求,非常适合在我国中性点非直接接地的配电网络中运行。
二、中国未来几年主要研究课题分析
随着电力系统对配电系统的质量和可靠性要求的提高,对真空断路器设备的性能要求也越来越高。为了满足当今社会对高质量产品的需求,许多研究、设计和生产部门做了大量的工作;另外,基础理论,材料技术、生产工艺、加工工艺和新技术的应用,也使得真空断路器设备的技术水平有了很大的进步。综合起来,未来几年真空断路器设备主要有以下几个研究方向: 
1、真空间隙的绝缘特性
真空断路器处于合闸位置时,其对地绝缘由支持绝缘子承受,一旦真空断路器所连接的线路发生接地故障,断路器动作跳闸后,接地故障点又未被清除,则有电母线的对地绝缘亦要由该断路器断口的真空间隙承受;各种故障开断时,断口一对触子间的真空绝缘间隙要耐受各种恢复电压的作用而不发生击穿。因此,真空间隙的绝缘特性成为提高灭弧室断口电压,使单断口真空断路器向高电压等级发展的主要研究课题。 
2、环保
六氟化硫气体由于其优良的绝缘和灭弧性能,目前在断路器得到了广泛的应用,全球生产的SF6气体约50%用于电力行业,其中80%用于断路器。但由于1997年《京都议定书》的签署,使各国在逐步停止或减少SF6电器的使用,目前尚未找到合适的替代气体,六氟化硫气体在电器生产中仍然有着其不可替代的作用;日本和欧美各国都在进行对于混合气体(N2-SF6)作为绝缘介质的研究,并取得了一定的成果。环保是国家乃至全球的大趋势,真空断路器的环保问题是以后的一个研究方向之一。
3、新介质、新材料的应用
对于户外产品而言,环境适应性能的提高(污秽,湿热,高海拔,盐雾和大气污染)是至关重要的,因此耐紫外线、强度高和自洁型的新型有机绝缘材料也在户外产品中得到广泛的应用,比如新型的户外环氧树脂、户外硅橡胶、聚氯酯、陶瓷等新型材料等等;另外,金属防腐技术也是高压真空断路器家重点研究的课题。
真空断路器由于其优良的灭弧性能和少维护、免维护的特点,尤其是小型化、低重燃的真空灭弧室的应用,在户外配电断路器中所占比例越来越高。
4、智能化
智能技术在于将数字技术、在线监测技术、网络技术和通讯技术应用在户外真空断路器中,提高了配网系统的自动化程度,极大地方便了运行和维护。但是电子设备的性能稳定性、抗干扰性和使用寿命与断路器本体比较.仍然有很多不足。
5、免维护
目前,免维护产品(15~20年使用周期)的研究与开发是高压电器生产厂家的目标和方向。目前.用于SF6断路器/重合器的弹簧操动机构可以做到2000次到5000次,用于真空断路器/重合器的弹簧操动机构基本上可以做到10000次机械稳定性.电磁操动机构(含永磁操动机构)可以做到50000次机构寿命,基本可以满足大多数用户的需求。但是控制永磁操动机构的电容器、蓄电池和电子设备的使用寿命只能达到7年左右,与设备本体的要求并不匹配。另外为了满足户外产品免维护的要求.户外配电设备普遍使用了密封压力系统和长效润滑技术。
6、小型化
目前,复合绝缘技术、气体绝缘技术和小型化真空灭弧室的使用使得户外配电设备的尺寸和重量与以前相比大幅度减小。同时,电子测量控制设备的发展,使电流传感器和电容式分压器在高压电器产品中的应用成为可能,进一步减小了高压电器的体积。