高低压开关设备产品生产技术发展趋势分析

第一节 产品生产技术发展现状

改革开放以来，我国电器行业在国民经济高速发展的大环境中，通过“引进—消化—创新”国外发达国的先进管理经验和技术，进入了历史大发展的新时期。高低压电器技术无论是产品设计、制造工艺，还是经营管理，生产过程方面都取得了很大进步。

在高压电器方面，SF6技术、真空技术、组合技术等已应用于产品结构中，并基本实现了“无油化”。工艺中已出现引进壳体生产线，真空环氧浇注及注塑设备，机械加工中心、焊接机器人、柜体加工用数控和塑涂设备。目前，500kV及以下电压等级的国产设备已能满足国内需要，其技术参数已接近或达到国外先进水平。

低压电器行业则先于高压行业将计算机技术应用与产品结构中。实现产品智能化和网络化，并已有智能的低压断路器、电动机控制器、过载继电器、开关柜等产品问世；此外，国内低压电器在可靠性研究、无触点开关、真空技术、限流技术、零飞弧、高性能和小型化、组合化、模数化、模块化等方面均取得了可喜的成绩。

我国高压开关柜已发展到金属封闭型（含铠装、间隔和箱式）、低压则以封闭抽出式单元为主。各种高压手车式、中置式、环网柜、F-C柜、箱变以及低压抽屉柜、电动机控制中心等产品已大量上市。

我国高低压成套设备均已等同或等效采用IEC标准，根据国情在绝缘要求上还严于IEC标准。

我国电器行业中不少企业已开始采用CAD、CAPP、CAM、CAE、MIS等先进技术，部分重点，骨干企业已具备CIMS技术。值得一提的是，直到二十世纪结束，无论是国内还是国外，整个电器科学理论尚未达到成熟和完善的地步，特别是对电弧过程及其数学模型的建立等课题，仍然有待进一步研究。电器产品的设计除发热、电动力、电接触、电磁特性等方面有一些零星的经验公式外，说到底不过是类比优化加实验的方法。

型式试验不但验证设计和检验产品质量的手段，也是成套设备产品设计的一种重要方法。国家级的高、低压电器试验基地，如西安高压电器研究所的高压电器试验站、上海电器科学研究所以及天津电气传动设计研究所的低压电器试验站等，这些试验站为我国高、低压电器技术的发展起到了重要的保证作用。

在全面推进的市场经济的过程中，依靠行业垄断发展的环境在逐步改变。市场经济把企业推向了产品开发的前列，技术与品牌的结合、市场需求与企业的竞争，都使得企业迫切需要快节奏地进行技术更新与产品换代。

随着我国加入WTO，为加快与国际市场接轨的步伐，2002年底我国有关机构对此类产品开始实行了强制性安全认证（即3C认证）和CQC标志性安全认证（即自愿认证）的安全监督管理工作。

在经济环境发生重大变的条件下，国内企业积极尝试研制自有知识产权的，技术含量高的新产品。不同的行业在不断地重新组合、协调发展，新技术、新产品间的相互借鉴、互为利用、相互促进成为时尚。企业自我发展、设备与工艺水平的提高，为产品设计奠定了良好的基础。

总体上说，我国高低压电器技术与国外发达国家相比还存在不少差距。诸如产品的可靠性（主要是机构和绝缘）和外观、计算机应用（3D技术、仿真技术、产品智能化、网络与信息技术、CAPP与CIMS推广等），批量生产产品的质量稳定性，关键工艺技术与装备、专用原材料，敏捷生产方式等等方面。

第二节 产品生产工艺特点或流程

一、低压开关柜

低压开关柜适用于发电厂、石油、化工、冶金、纺织、高层建筑等行业，作为输电、配电及电能转换之用。产品符合IEC439-1，GB7251.1-1997《低压成套开关设备》的标准规定。低压开关柜通过了国家3C认证。有以下类型：

GCL低压抽出式开关柜

GCS型低压抽出式开关柜

GCS型低压开关柜

GCK抽出式开关柜

GGD低压固定式开关柜

组装式低压开关柜

MNSC型低压抽出式开关柜

MS低压抽出式开关柜

GCS型低压抽出式开关柜

MNSQH抽出式低压开关柜

GCS型低压抽出式开关柜

GCK(L)低压开关柜

1、从结构形式上分

（1）固定式：

能满足各电器元件可靠地固定于柜体中确定的位置。柜体外形一般为立方体，如屏式、箱式等，也有棱台体如台式等。这种柜有单列，也有排列。

为了保证柜体形位尺寸，往往采取各构件分步组合方式，一般是先组成两片或左右两侧，然后再组成柜体，或先满足外形要求，再顺次连接柜体内务支件。组成柜体各棱边的零件长度必须正确（公差取负值），才能保证各方面几何尺寸，从而保证整体外形要求。对于柜体两侧面，固考虑排列需要，中间不能有隆起现象。

另外从安装角度考虑，底面不能有下陷现象。在排列安装中，地基平整是先决条件，但干整度和柜体本身都有一定误差，在排列中要尽量抵消横向差值，而不要造成差值积累，因为差值积累将造成柜体变形，影响母线联结及产生组件安装异位、应力集中，甚至影响电器寿命。故在排列时宜用地基最高点为安装参考点，然后逐步垫正扩排，在底面干整度较理想并可预测条件下，也可采取由中间向两侧扩排方式，使积累差值均布。

为了易于调整，抵消公差积累，柜体宽度公差都取负值。柜体的各个构件结合体完成以后，视需要还应进行整形，以满足各部分形位尺寸要求。对定型或批量较大的柜体制造时应充分考虑用工装夹具，以保证结构的正确统一，夹具的基准面以取底面为妥，夹具中的各定位块布置以工作取出方便为准，对于柜体的外门等因易受运输和安装等影响，一般在安装时进行统一调整。

（2）抽出式：

抽出式是由固定的柜体和装有开关等主要电器元件的可移装置部分组成，可移部分移换时要轻便，移入后定位要可靠，并且相同类型和规格的抽屉能可靠互换，抽出式中的柜体部分加工方法基本和固定式中柜体相似。但由于互换要求，柜体的精度必须提高，结构的相关部分要有足够的调整量，至于可移装置部分，要既能移换，又要可靠地承装主要元件，所以要有较高的机械强度和较高的精度，其相关部分还要有足够的调整量。

制造抽屉式低压柜的工艺特点是：（1）固定和可移两部分要有统一的参考基准；（2）相关部分必须调整到最佳位置，调整时应用专用的标准工装，包括标准柜体和标准抽屉；（3）关键尺寸的误差不能超差；（4）相同类型和规格的抽屉互换性要可靠。

2、从连接方式上分

（1）焊接式：

它的优点是加工方便、坚固可靠；缺点是误差大、易变形、难调整、欠美观，而且工件一般不能预镀。另外，对焊接夹具有一定的要求：

①刚性好、不会受工件变形影响；

②外形尺寸略大于工件名义尺寸，可抵消焊后收缩影响；

③平整、简易、方便操作，尽量减少可转动机构，避免卡损；

④为防止焊蚀和易于检修调整，要选择好工件支持，支持还要加置防焊蚀垫件。

工件焊后变形现象是焊接时由于焊接处受热分子膨胀，挤压产生微观位移，冷却后不能复位而产生的应力所致。为了克服变形影响，必须考虑整形工艺。整形的方法一般有：

①通过试验预测工件变形范围，在焊接前强迫工件向反方向变形，以期焊后达到预定尺寸；

②焊后用过正方法矫正；

③击、压焊接后相对收缩部分，而得到应力子衡；

④加热焊接后相对松凸部分，达到与焊接处同样收缩的目的；

⑤必要时对构件进行整体热处理。

另外，焊接点选择、焊缝走向、焊接次序、点焊定位对焊后变形现象都有一定的影响，如处理得当可减少变形，但这要视具体情况而定。

（2）紧固件连接：

它的优点是适于工件预镀，易变化调节，易美化处理，零部件可标准化设计，并可预生产库存，构架外形尺寸误差小。缺点是不如焊接坚固，要求零部件的精度高，加工成本相对上升。紧固件一般都为标准件，其种类主要有常规的螺钉、螺母和铆钉、拉铆钉，以及预紧而可微调的卡箍螺母和预紧的拉固螺母，还有自攻螺钉等。也有专用紧固螺钉（如国外引进的低压柜大多用专用紧固螺钉）。

工艺特点：以夹具定形，工装定位，并视需要配以压力垫圈；铆接一般要配钻，且预镀件要防止镀层被破坏；对于用精密的加工中心或专用设备加工的构件，如各连接孔径与紧固件直径能保持微量间隙时，则可以不用夹具进行装合，一次成形；对导向及定位件的紧固，应以专用量具先定位再以标准工装检测。

二、高压开关柜

高压开关是指用于电力系统发电、输电、配电、电能转换和消耗中起通断、控制或保护等作用，电压等级在3.6kV~550kV的电器产品，主要包括高压断路器、高压隔离开关与接地开关、高压负荷开关、高压自动重合与分段器，高压操作机构、高压防爆配电装置和高压开关柜等几大类。高压开关制造业是输变电设备制造业的重要组成部分，在整个电力工业中占有非常重要的地位。

高压开关柜的“五防”

1、高压开关柜内的真空断路器小车在试验位置合闸后，小车断路器无法进入工作位置。（防止带负荷合闸）

2、高压开关柜内的接地刀在合位时，小车断路器无法进合闸。（防止带接地线合闸）

3、高压开关柜内的真空断路器在合闸工作时，盘柜后门用接地刀上的机械与柜门闭锁。（防止误入带电间隔）.

4、高压开关柜内的真空断路器在工作时合闸，合接地刀无法投入。（防止带电挂接地线）

5、高压开关柜内的真空断路器在工作合闸运行时，无法退出小车断路器的工作位置。（防止带负荷拉刀闸）

第三节 国内外生产技术发展趋势分析

根据当前国内外发展现状，分析我国高低压成套设备技术发展趋势是：以智能化为核心的高新产品技术，以高度集成软件为核心的CAD／CAE／CAM敏捷设计、工艺和制造技术，以CIMS为核心的经营、管理和生产技术。

国家对高低压成套设备实行强制性安全认证和CQC标志性安全认证强化了技术标准的实施和监督，因此重视标准和标准化工作也是企业发展战略中非常重要的环节之一。

1、主开关元件无油化：高压开关柜根据柜内主开关元件的不同可分为通用型高压开关柜（主开关元件为断路器，即断路器柜），F-C柜（高压限流熔断器+高压接触器）及环网柜（高压负荷开关+高压限流开关），寿命为3万次，短路开断电流次数达100次；体积减小，柜宽仅570～700mm；故障率降低，可靠性提高，特别是以真空开关柜尤为突出。

2、结构特点：组装式结构高压开关柜的柜体结构经历了从焊装式到组装式的变迁。开关柜的柜体均以金属板或敷铝锌板用CNC机床加工折弯成形，再用螺栓、螺母或拉铆螺母组装而成，具有加工精度高、变形量小、互换性好等特点；绝缘选用优质阻燃性绝缘材料，应用复合绝缘技术，将母排用固体绝缘材料封闭起来。良好的绝缘可防潮、防尘，减少运行故障。

3、性能逐步提高：近几年来，高压开关柜技术发展很快，性能逐步提高，主要体现在技术参数和寿命的逐步提高，体积减小，故障率降低。

4、智能化：智能化开关柜是新一代的机电一体化产品，它是在高压开关柜上配置智能型保护控制单元。保护控制单元是利用计算机技术、数字处理技术、传感器技术、网络通信技术而构成的集控制、保护、测量和通信于一体的装置。

5、产品品种齐全，能满足严酷条件、高寒、地震地区和矿山、铁路部门使用。

6、应用新工艺装备和技术，已有数百家企业拥有数控加工设备“三大件”，在此基础上的柔性加工系统，提高了壳体尺寸精度和生产效率。采用较先进的涂装工艺装备，喷漆生产线和喷粉工艺线使产品防护能力和外观都有较大提高。



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