1 前 言
我国电网将实现从超高压向特高压的跨越。
2005年2月，国家发改委就开展百万伏级交流、±80万V级直流输电技术前期研究工作发出通知，拉开了21世纪特高压在中国电力输送的惟幕。国家电网公司在2005年工作会议上提出建设“以百万伏级交流和+-80万V级直流系统组成的特高压国家骨干输电网架”的目标;南方电网公司也制订了“2030年形成五交二直特高压主网架”的远景规划。国家电网公司预计2008年建成晋东南——南阳——荆门单回百万伏交流输电示范工程，已于2006年8月奠基。这意味着我国形成万伏级特高压输电工程已进入了工程建设实质性阶段。
特高原电网建设中，百万伏变电站将有GIS(封闭式组合电器)、HGIS(复合式组合电器)和AIS(空气绝缘变电站)三种可供选择的方案。目前国内主要隔离开关制造厂，正在开展百万伏级户外隔离开关的研发工作。在这个承前启后的关键时刻，回顾我国35年来超高压户外隔离开关的发展历程，对当前研发特高压隔离开关会有所禆益。
2 隔离开关在电力系统中的地位和作用
在电力系统的输变电设备中，隔离开关是需用量最多的一种，通常是高压断路器的2~3倍，所以在电力系统中占有重要的地位。变电站设备的布置、接线方式、占地面积和基建投资等，很大程度上决定了隔离开关的尺寸和结构形式。户外隔离开关的结构虽然比断路器简单，但它的运行条件比较恶劣，是完全暴露在大气环境中工作，受环境气候条件影响最直接和最严重的一种设备。因此，它的运行情况对电网的安全有着重要的影响。
隔离开关在电力系统中主要起安全隔离作用。它的任务是在无负荷下分、合电路，以达到停电检修和转换的目的。隔离开关在合闸状态能可靠地通过额定电流，并能承载规定的短路电流;在分闸状态形成明显可见的具有可靠绝缘的隔离断口，使需要检修或分段的线路与带电线路相互隔离，以保证检修人员及线路设备的安全。为了确保安全，不少隔离开关还附有接地开关，也有的接地开关是独立的，接地开关的作用是在需要的时候，人为地将线路与地相连。
隔离开关由于没有专门的灭弧装置，通常只在无负载的情况下分、合线路。但是在一些特殊使用下，如倒换母线、开断空载变压器和空载母线等场合，也应能分、合母线转换电流及空载变压器的励磁电流、空载母线的电容电流等小电流。户外接地开关属慢速动作，不具有关合短路电流的能力，但在合闸状态要求能承载一定数值或与隔离开关相同的短跑电流。在平行回路中出口处的接地开关，有时要求开合由相邻带电运行线路所引起的静电感应电流和电磁感应电流。
3 我国超高压隔离开关的发展历程
我国超高压户外隔离开关的随着国超高压电网建设的兴起应运而生，伴随着我国超高压电网快速扩大而蓬勃发展。它是自力更生和改革开放形势下发展我国输变电设备的缩影。
3.1 两“元老”齐闯超高压
为了满足国家重点工程——我国第一条330kV输电线路(刘关线)的急需，沈阳高压开关厂(简称沈高)和西安高压开关厂(简称西高)，承担了联合设计开关设备的任务，于1970年研制成功GW7—330/1500型三柱式隔离开关。同时为了适应刘家峡水电站利用导流洞建设开关站的特殊需要，设备要求体积小占地面积少，于是首创了ZH1—330型敞开式组合电器，即利用GW7隔离开关与电流互感器或电缆头进行各种有机组合，从而使电站布置紧凑、节省造价。这种结构形式在世界上是绝无仅有的，己发展成具有中国特色的新品种，1978年获全国科技大会奖。完全用我国自行设计制造的设备装备起来的我国第一条330kV输电线路于1972年6月胜利建成投入运行。330kV超高压开关设备与1975年8月通过一机、水电两部联合鉴定，这是我国自主研制超高压隔离开关良好的开端。
随着我国电网的扩大，国际上500kV输电线路的广泛建立，我国500kV开关设备的研制生产开始起步,电力和机械两部于1978年制订出500kV输变电设备技术条件.当兴建第一条用国产设备装备的50kV输电线路——锦辽试验线段时，在计划经济指导下，国家安排沈高和西开两家老厂为这条试验线路研制500kV开关设备。1981年,沈高提供了GW6—500型剪刀式隔离开关和JW2—500型接地开关，西开提供了GW7—500型三柱式隔离开关。按照两部协议要求，产品额定电流2500A、峰值耐受电流100kA、短时耐受电流3秒40kA。这批产品数量不多，仅20余组，但却开创了我国自主设计独立制造500kV隔离开关的先河。1985年通过两部运行鉴定，这可称为我国第一代500kV隔离开关。在研制过程中，进行了产品绝缘结构和机械受力研究，攻克了铝合金导体设计制造、绝缘试验、无线电干扰试验及开合小电容电流试验等技术难题，为今后发展积累了宝贵经验。我国在超高压输电设备国产化道路上迈出了坚实的一步。1988年锦辽线国产设备一赔获国家科技进步一等奖及机械委科技进步特等奖。
3.2 三足鼎立，同跨四代
1984年，当我国兴建元锦辽海线和晋京线时，沈高与东北电力设计院、东北电管局及有关运行单位密切合作，在认真总结锦辽试验线段研制经验是基础上，自主设计研制了GW6—500型单柱剪刀式隔离开关、GW12—500型双柱水平断口折叠立开式隔离开关及JW4—500型接地开关。按照两部协议要求，额定电流为315A、峰值耐受电流125kA、短时耐受电流3秒50是kA。由于额定电流增大，隔离开关采用了双导电闸刀结构;鉴于当时国内还不能生产高强度500kVz棒式绝缘子，所以只得就地取材，采用了由4节110kV绝缘子叠装而成的3 根支柱组成三角锥形支架的结构。这种结构机柜稳固性高，整体抗弯达30kN。试验证明产品抗震性能良好，能承受9度强度的地震。GW6型还在元宝山电厂现场完成了开合空载母线试验。这是我国第二代500kV隔离开关，共有240组应用在元锦辽海线、晋京线及吉林东丰、安徽洛河、山东济南、天津等地。1987年9月通过两部联合运行鉴定。
与此同时，西开和平高(1970年由沈高搬迁援建的河南平顶山高压开关厂)参照法国产品先后研制成功单柱垂直断口偏折式和双柱水平断口折叠立开式两种500kV隔离开关和接地开关。结构形式上有所突破。产品采用单列瓷柱、单臂齿轮传动折叠伸缩结构，传动元。件及外形简洁。西开的型号为GW10—500/2500、GW11—500/2500及JW3—500，1985年第一批36组供给葛洲坝大江电厂使用，1989年4月通过两部运行鉴定。平高的型号为GW16—500/2500GW17—500/2500及JW5—500，于1987年10月通过两部审查，最先应用于山东邹县电厂，1990年11月通过两部运行鉴定，如图1、图2所示。1988年，西安电瓷厂采用先进的等静压技术制造出执弯8～14KN的500kV高强度绝缘子，沈高随即将第二代GW6—500、GW12—500及JW4—500产品的三角锥形绝缘支架用单列瓷柱代替，实现了轻小型化，1989年通过两部审查。随着电网容量的扩大，西开、平高经过试验和改进，于1987年及1994年把各自产品增容到额定电流3150A、峰值耐受电流125kA、短时耐受电流3秒50kA。
图1 国产GW10、16、16A、20-550D(W)型单柱垂直断口偏折式隔离开关
图2 国产GW11、17、17A、21-550D(W)型双柱水平断口折叠立开式隔离开关
发展至此，我国500kA隔离开关进入了第三代。国产500kA隔离开关均通过模拟地震、破冰、开合母线转换电流、开合电容电感小电流及整体强度等试验。各厂的500kV隔离开关曾分别荣获国家重大技术装备成果一等奖、国家重大技术装备优秀项目奖、机柜部科技进步奖。
为了适应三峡输变电工程建设的需要，三个厂根据国家重点科技项目的要求，进一步提高500kA隔离开关的技术参数，分别于1999年未和2001年初通过改进或开发新产品将额定电流提高到4000A，峰值耐受电流提高到160kA，短时耐受电流提高到3秒63kA。通过两部鉴定后，已在“西电东送”及三峡外送工程中广为采用。这标示着我国500kA隔离开关已跨入第四代。
从1985年开始，国产设备与进口设备共同争夺中国电力市场。直至2003年，国内能够生产330、500kA隔离开关和接地开关的只有沈高、西开及平高三个厂家。
(注：根据全国及电力行业高压开关设备标准化技术委员会规定，以电气设备的最高电压(系统最高电压)作为高压开关设备的“额定电压”。故本文由此开始对隔离开关的额定电压及产品型号均将330写作363、500写作550。)
3.3 后起之秀跻身四强
长沙高压开关有限公司是一家生产隔离开关的民营企业，始建于1965年，原为区街集体企业，20世纪70年代涉足开关电器产品，1985年成立长沙市高压开关厂。由于善于经营企业不断发展，1998年改制为长沙高压开关有限公司。近年致力于超高压隔离开关的研制和生产，成绩显著。2002年开发完成GW5A、JW6A—550、GW17A—550型隔离开关及JW5A—550、JW6A—550型接地开关，2003年11月研制成功GW35—363、550及GW36—363、550型隔离开关。2003年11月上述产品通过两部鉴定，直接进入第四代。2004年生产48组，经过一年半的时间试运行，证明产品工作可靠性能良好。在2005国家电网公司组织“对投标单位隔离开关产品情况专项调研”中，该公司受到好评，因而正式取得国家电网公司投标资格，而且一举中标河南、河北、江西等工程。2005年又研制成功JW5A—550型开合感应电流接地开关。长高从此成为国内第四家生产超高压隔离开关的专业工厂，隔离开关年产值达2.4亿元。2006年公司迁至投资1.2亿元占地220余亩的新建厂区，拥有12000mm2和9000mm2两座厂房。公司注重新设备和新技术的应用和新产品开发，现有立式、卧式加工中心各1台，数控机床
26台，数控钣材剪、冲、折机，水切割机和800kV工频试验设备等，2006年4月共有10种新产品通过型式试验。
2006年初经改制组建成湖南长高高压开关集团股份公司，成为国内隔离开关行业一支朝气蓬勃的生力军。
3.4 不断创新，迎接挑战
进入21世纪，随着中国加入WTO，经济全球化趋势加剧，跨国公司大步挺进中国市场。面对市场日益激烈的挑战，为了提高竞争力，各大厂都在改善生产条件，完善产品结构，提高产品和服务质量，加速产品升级换代的步伐，使产品水平再上一个新台阶。
平高在巩固主打产品GW16/ 17—550市场占有率的基础上，参照意大利先进结构，开发出GW28—550、GW29—550型新产品。此产品结构特点是单臂齿轮传动折叠伸缩，导电关节采用软联接，结构简单，而触头采用梅花触指插入式，并有引弧触头。由于触头封闭受环境影响小，提高了产品免维护性能。在KEMA试验站和国内试验站通过型式试验，2001年10月通过两部鉴定。长高的GW35—550、GW36—550型属于同样结构，如图3、图4所示。
图3 国产GW29、35-550D(W)/4000-63型隔离开关
(单柱垂直断口偏折式)
图4国产GW28、36-550D(W)/4000-63型隔离开关
(双柱水平断口折叠立开式、双静触头)
沈高于2004年底将GW6—550改进为GW6A—550，保留双导电闸刀和触头钳夹范围大的特点，优化机械传动系统，提高可靠性和防腐性能，如图5所示。将GW12—550改进为GW12A—550，保留连杆传动、导电关节为软联接和插入式触头等优点，将副管取消做成单臂折叠形式，使产品结构大为简化，独具特色，并发展成800kV级产品，如图6所示。GW6A、GW12A型是沈高具有自主知识产权的产品。
图5 国产GW6A-550D(W)/4000-63型隔离开关
(单柱垂直断口偏折式)
图6 国产GW12A-800D(W)/4000-50型隔离开关
(双柱水平断口折叠立开式)
为了提升国产隔离开关的制造水平，向国际一流水平迈进，2003年10月西开和平高与美国南州电力开关有限公司(SSL)签订了转让技术和合作生产隔离开关的协议。据此平高研制完成550kV EV—1型双柱水平断口直臂立开式隔离开关。西开与美国SSL公司合作生产的800kV EV型也是双柱水平断口直臂立开式，导电杆摆动及自转，分合闸动作平稳、冲击力小，触头采用镶银工艺，导电性能好，耐磨损，具有触头自清扫和破冰能力强等优点。2005年9月已在我国第一条750kV输电示范工程(青海官亭站)投入运行，填补了国内空白,如图7所示。这是我国电压等级最高的输电线路，也是世界上海拔最高的750kV输电工程。它的建成，代表了中国超高压输电技术的最高水平，标示着我国输变电设备制造能力发展到了一个新阶段，并跨入世界先进行列。
平高2001年10月自主开发完成GW27—550型隔离开关和JW8—550型接地开关。在此基础上2004年10月研制完成GW27—800及JW8—800。具有自主知识产权的GW27为三柱水平断口平开式，导电杆水平运动后轴向旋转，操作力小、动作稳定、电接触结构合理、通流能力好，在KEMA试验站和国内试验站通过型式试验。GW27—800及JW8—800于2006年5月通过技术鉴定，如图8所示。
图8 国产GW27-800D(W)/4000-50型隔离开关
(三柱水平断口导电杆翻转式)
随着电网的发展，同杆双回平行架空输电线路越来越多，要求接地开关具有开合感应电流的能力。但早期并未引起国内制造企业的重视，因此，华东、华北、广东等地区只得让位于外国产品。2003年底，沈高率先开发了具有开合感应电流能力的550kV接地开关，并批量投放市场，填补了国内空白。随后平高、西开、长高也相继开发了这种产品。
据高压开关行业协会统计资料，自1990年至2005年，国内共生产550kV隔离开关和接地开关3800组，363kV级为1583组。表3反映出自1997年后产量快速增长，2005年共产1176组，历年最高，其中550V级为810组，平高319组，西开311组，沈高121组，长高59组。
我生超高压隔离开关发展进入旺盛期，品种增加，质量提高，产量飙升。与跨国公司产品形成一足抗衡力量。20年来，抵挡了大批进口产品，推动了我国超高压电网建设国产化进程，捍卫了民族工业的发展。
4 跨国公司抢滩我国市场的情况
随着改革开放的深入以及我国330、500kV输电网的快速发展，跨国公司看好我国超高压隔离开关广阔的市场加速了“攻城掠地”抢滩市场的行动，千方百计挤占这个市场。
最先进入中国电力市场的是法国Egic，始于我国开始建设500kV输电线路的1919年。1979～2005年从Egic共进口363、552kV隔离开关1061组，主要是OH、SSP型。
1986年开始，Alstom公司也大举进军我国市场，1986～2006年Alstom共销售550kV隔离开关2500组，主要是SPO(L)及SPV(L)型。此外，ABB、西门子、日本高岳、荷兰Hapan也有产品进入中国电网，具体数量不详。
法国Egic专业生产隔离开关50多年，各种类型的隔离开关在全球100多个国家使用，曾先后归属于M•G公司、施耐德及维奥集团，最近又与意大利Coelme公司一起加盟美国SSL公司。Alstom公司隔离开关主要生产厂是意大利CME和德国AEG。Alstom的输配电亨 是由法国Dell、英国GEC合并后又于1996年收购德国AEG而组成，2003年被法国核电阿海珐(AREVA)收购。西门子德国RUHRTAL工厂成立于1922年，是欧洲一家著名的隔离开关生产厂，具有80多年隔离开关研究和生产经验，目前在全球80多个国家有超过5万组产品在运行。荷兰HAPAM公司(HAPAM B.V.)成立于1925年，可欧洲目前最大的专业隔离开关生产厂家，已向世界上80多个国家提供了10万组以上各种型号隔离开关。美国南州电力开关有限公司(SSL)是美国最大的隔离开关制造厂，已有100多年历史，拥有7.2～1100kV全系列产品，覆盖整个北美及巴西、哥伦比亚、阿拉伯、菲律宾、印度等多个国家和地区。
上述跨国公司在以多种方式抢占中国隔离开关市场。西门子在浙江设立的西门子(杭州)高压开关有限公司，组装德国RUHRTAL工厂的126～550kV隔离开关，也曾与荷兰HAPAM公司进行技术合作，在中国组装和销售该公司的隔离开关。日本高岳在辽宁设立抚顺高岳开关有限公司，生产252kV及以下隔离开关。Alstom先以OEM方式在上海、安徽、山东、江苏、河北等地有了合作伙伴，后来又在苏州设立阿海珐苏州有限公司，主要组装生产意大利工厂的隔离开关，在国内销售量较大。法国Egic在江苏泰州设立苏源泰事达电力科技有限公司，美国南州电力开关有限公司(SSL)已将隔离开关设计、制造技术转让给西开和平高，并合作生产800kV超高压产品。北京ABB高压开关设备有限公司最近正在筹备按照ABB公司的技术生产隔离开关。
估计同期外国公司进口超高压隔离开关的数量约占国内用量的30%。由于国产隔离开关的生产量逐年增加，遏制了进口产品的数量，跨国公司在国内市场的占有额明显下降。如某外国公司363、550kV隔离开关1979件中标109组，1983年中标85组，1984年高达406组，但自1985年之后，平均每年只销售22组。
5 我国超高压隔离开关的市场分布与需求
从1980年至2005年，我国国产550kV隔离开关装备了300多个500kV变电站。据国家电网公司统计，至2004年底在国家电网系统中进行的55kV隔离开关共有3235组，其中华北603组，江苏476组，东北373组，浙江333组，上海219组，山东191组，湖南148组，河南132组，河北113组，湖北108组，福建102组，其余分布在山西、重庆。内蒙古、安徽、辽宁、四川、黑龙江、江西等地。363kV共1276组，分布在甘肃、陕西、青海、宁夏等地。(注：上述数字未包括南方电网及发电系统。)
据行业内专家预测，“十一五”期间高压开关的需求量，对363、550kV断路器应在500台/年左右。隔离开关按常规配置关系约为数路器数量的3倍，即需求量约为1500组/年左右，可见其需求量的非常大的。
近年，国内330、500kV电站工程招标中，根据多年来国内电力系统实际运行情况及电力设计院选型习惯，大都采用单柱对折式、单柱偏折式、双柱立开折叠式及其组合型3种结构和独立的接地开关，还有小量的三柱式。大多数500kV工程的技术参数为：额定电流3150A、峰值耐受电流125kA、短时耐受电流3秒50kA。国家电网公司有些工程要求额定电流4000A、短时耐受电流3秒63kA。一部分同塔双回平行线路用的接地开关要求开合感应电流，参数为GB1985—2004国家标准规定的A类或B类。但有的工程由于停电接地线路很长、带电负荷很大，根据仿真计算结果其感应电流参数大大高于国家标准的B类接地开关。如湖南云田至湘潭电厂丝线，其静电感应电压为35kV；湖北恩施变电站静电感应电压高达45kV；而湖北水布垭开关站的静电感应电压更高达65Kv。
6 我国超高压隔离开关的水平分析
对我超高压开关的总体评价是：产品结构形式多样，主要技术参数达到国际先进水平，多方面技术性能高于IEC标准，在电网中运行情况基本良好，但在产品外观、耐用性、可靠性、防腐性及免维护方面与跨国公司相比存在着一定的差距。
6.1 水平评述
(1)结构形式方面
目前国际上流行的超高压户外隔离开关的结构形式，如表5所列的7种，除了序号3双柱水平断口中央开断平开式之外，我国的产品，可以说应有尽有，很大程度上能满足电站各种布置和结线方式的需要。在单柱垂直数口偏折式及双柱水平断口折叠立开式中，还有触头钳夹式，如图1、图2所示，以及触头插入式两种可供选择，如图3、图4所示。800kV级也已经研制成功三种构形至，如图6、图7、图8所示。在这方面已经达到了国际水平。我国已拥有一批结构形式比较先进的第四代产品。
我国的550kV接地开关一般为折叠式，减小产品外形尺寸和节省所占空间，这是中国产品的特点之一。
(2)主要技术参数方面
我国363、550kV级产品的主要技术参数已达到国外同类先进产品的水平。800kV级产品用在海拔2000m或3000m，其绝缘性能是目前世界上最高水平。
(3)产品性能方面
国产隔离开关执行GB1985—2004国家标准及DL/T486电力行业标准。在编制国家标准时，即采用IEC现行标准又采用电力行业标准的要求。因此，国产隔离开关的绝缘水平、通流能力、无线电干扰、接线端静拉力、短时耐受电流持续时间、开合母线转换电流、接地开关开合感应电流以及整体强度试验等方面，都高于国外产品。
(4)实际运行方面
我国超高压隔离开关，从1985年算起已有六千多组在全国电力系统中运行，时间最长已达20年，总体是良好的。当然，不可讳言，早期个别产品在安装调试阶段或检修中也曾出现一些问题，经过厂家积极，不断改进完善，以及运行部门的精心维护，产品性能是稳定的。特别是经过完善化和升级换代的产品，用户是比较满意的。
6.2 与国外产品对比的主要差距
(1)产品外观比较粗糙、不太美观，包装不够完善。
(2)瓷绝缘子的尺寸公差大，表面平滑光洁度差，强度的分散性大。
(3)金属零部件表面防腐性能差，经不住恶劣环境的作用，传动件出现操作障碍，在耐用性和免维护方面存在较明显差距。
(4)紫铜件、镀银件氧化变色，铝合金表面腐蚀，导电接触部位产生过热现象。
(5)部分产品机械联锁不够可靠；电动操动机构的可靠性欠佳。
(6)加工工艺水平偏低，特别是一些外协件，都是采用常规通用机床加工，很小采用加工中心和数控机床加工，因此零部件精度、光洁度低，互换性差，直接影响到整机的质量和性能。
(7)关键原材料的品质差，如铜、铝导电型材、合金弹簧钢、不锈钢材等，国产材料的质量不如人意。无论材质、成份、尺寸公差。机械电气性能表面光洁度等，都与国外材料有相当差距，直接影响着隔离开关的可靠性和稳定性，隔离开关的发展亟需原材料产业的支撑。
(8)外购通用件如轴承、自润滑轴套。不锈钢万向接头及坚固件等的质量也有待提高。
7 结束语
1. 在我国超高压隔离开关的发展历程中，拥有较强技术力量和资源、资金条件较好的骨干企业起着主导自用，他们始终处于领军地位，还有一事务仁人志士孜孜以求，不懈奋斗，他们为发展我国超高压隔离开关、加快电网建设付出一腔热血，做出了重要贡献，为我国发展特高压电网，研究特高压开关设备奠定了坚实的基础，积累了丰富的经验。通过技术改造，企业的技术开发、设计和生产能力有了很大提高。他们现功绩多永远载入中国电力发展的史册。在未来发展特高压隔离开关的进程中，他们仍然担负着重要的历史使命。
2. 坚持自主创新，主要依靠自己的力量，结合学习和引进国外先进技术和管理经验，是发展超高压隔离开关的成功之路。面对经济全球化趋势加剧的今天，在“与狼共舞”的态势下，只有自主创新，生存和发展；只有注意吸收外来经验，才能不断提升自主创新能力和竞争力，向更高的目标迈进。
3. 摒弃粗放生产，实施精细制造，是巩固和提高超高压隔离开关发展成果的必然选择。要广泛应用新设备、新技术、新工艺。高性能的加工设备是精细制造的必要条件，诸如加工中心、数控机床、钣材加工三大件等，绝不只是为具有高技术含量的GIS和SF6断路器所专用。只有精细制造，才能做出优良产品，打造自主品牌。
4. 在今后自主创新的道路上，要避免同行业不同企业之间科技资源低水平重复和浪费。行业需要联合，竞争需要合作。在行业共性技术研发方面，企业之间要建立和形成技术创新的战略联盟或协作关系，共同为我国开关设备向更高水平发展而分工协作。合作共赢。如百万伏级隔离开关，可供优选者无非两三种结构，要是各家互不通气，闭门造车，几家重复研发同一种结构，无疑是一种严重的浪费。
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