摘要：中壓開(kāi)關(guān)設(shè)備生產(chǎn)廠家眾多，使用數(shù)量龐大，要想研發(fā)出好的產(chǎn)品，如何系統(tǒng)的做好產(chǎn)品發(fā)展趨勢(shì)研究十分重要，通過(guò)對(duì)產(chǎn)品發(fā)展的主要幾個(gè)主要方面需求、發(fā)展進(jìn)行評(píng)估，有目的性的對(duì)產(chǎn)品在某些領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新性、前瞻性研究，才能掌控產(chǎn)品發(fā)展的方向，研發(fā)出符合發(fā)展趨勢(shì)的產(chǎn)品，使產(chǎn)品無(wú)論在技術(shù)上還是在市場(chǎng)上都處于領(lǐng)先地位，避免盲目的跟風(fēng)造成研發(fā)資源浪費(fèi)、產(chǎn)品無(wú)法在市場(chǎng)上立足。
1. 引言
中壓開(kāi)關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)方向需要系統(tǒng)、全面的分析，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析：
A. 產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)性的需求，即產(chǎn)品在滿足使用的前提下，如何進(jìn)一步提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)性，使產(chǎn)品始終處于領(lǐng)先地位的一些要求，包括產(chǎn)品的適用范圍產(chǎn)品的特性、產(chǎn)品的成本等如何領(lǐng)先于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，這些需求主要來(lái)自于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手、行業(yè)發(fā)展分析等數(shù)據(jù)；
B. 客戶的需求，即客戶對(duì)產(chǎn)品的期待，哪些方面是客戶真正希望要什么樣的產(chǎn)品，未來(lái)產(chǎn)品需要滿足的要求，這些需求主要通過(guò)走訪客戶及市場(chǎng)調(diào)查等取得；
C. 技術(shù)發(fā)展方向，即新技術(shù)、新材料、新工藝等專業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展動(dòng)態(tài)，各行各業(yè)都在不斷的創(chuàng)新、發(fā)展，同時(shí)也指出產(chǎn)品需要在哪些技術(shù)領(lǐng)域提升，這些數(shù)據(jù)主要來(lái)自專利檢索、技術(shù)文獻(xiàn)檢索等資源；
D. 法律法規(guī)的要求，隨著時(shí)代的進(jìn)步，不斷面臨新的問(wèn)題，法律法規(guī)也在不斷完善，新要求應(yīng)運(yùn)而生，需要實(shí)時(shí)的跟進(jìn)、了解，以便盡早做出相應(yīng)的反應(yīng)，通過(guò)及時(shí)準(zhǔn)確掌握各地標(biāo)準(zhǔn)、法律、法規(guī)等來(lái)精準(zhǔn)判斷。
圖1 中壓開(kāi)關(guān)設(shè)備發(fā)展方向的驅(qū)動(dòng)因素
通過(guò)圖1列出的驅(qū)動(dòng)因素，可以看出安全可靠、增強(qiáng)適用性、節(jié)能環(huán)保始終是大的發(fā)展方向。
2. 增強(qiáng)產(chǎn)品適用性、安全可靠、節(jié)能環(huán)保
2.1.產(chǎn)品增強(qiáng)適用性包括產(chǎn)品規(guī)格齊全、容易安裝維護(hù)、滿足特殊需求的產(chǎn)品、特定的驗(yàn)證等，反應(yīng)到產(chǎn)品上，主要有以下幾個(gè)方面。
a.產(chǎn)品的性能指標(biāo)提升，大電流、高開(kāi)斷參數(shù)是發(fā)展趨勢(shì)之一，由于供電負(fù)荷的增加，產(chǎn)品需要擴(kuò)容，額定電流從4000A升至5000A甚至6300A，開(kāi)斷電流從40kA到50/63kA，這些參數(shù)的產(chǎn)品雖然量少，但利潤(rùn)大；并且也是一個(gè)公司技術(shù)水平的體現(xiàn)。
b. 針對(duì)目標(biāo)市場(chǎng)，相應(yīng)的開(kāi)發(fā)針對(duì)性產(chǎn)品，如發(fā)電機(jī)出口斷路器，對(duì)于100MW及以下的發(fā)電機(jī)，使用真空斷路器可以滿足要求，通過(guò)計(jì)算發(fā)電機(jī)參數(shù)，按照標(biāo)準(zhǔn)IEC/IEEE62271-37-013:2015進(jìn)行試驗(yàn)，并掌握發(fā)電機(jī)的設(shè)備的技術(shù)，即可設(shè)計(jì)出滿足發(fā)電機(jī)出口要求的開(kāi)關(guān)設(shè)備。同樣光伏、風(fēng)力發(fā)電站設(shè)備，根據(jù)負(fù)載的情況，設(shè)計(jì)出專用的36kV的環(huán)網(wǎng)柜，滿足尺寸小、容易安裝等需求，而數(shù)據(jù)中心應(yīng)用，需要專用型中壓雙電源轉(zhuǎn)換裝置，要求具有適用性強(qiáng)，轉(zhuǎn)換迅速，動(dòng)作可靠等特點(diǎn)。
c. 環(huán)境的影響，對(duì)于船用產(chǎn)品，需要考慮振動(dòng)、傾斜搖擺、高溫高濕、海上鹽霧的環(huán)境影響，以及安裝空間狹小等情況；對(duì)于安裝在戶外箱的環(huán)網(wǎng)柜，需要充分考慮凝露的影響，晝夜溫差變化、電纜溝積水等都是造成凝露的主要原因；而光伏電站、風(fēng)力發(fā)電等使用地理位置特殊，高溫環(huán)境、沙塵環(huán)境等都是影響產(chǎn)品性能的因素。因此無(wú)論是新研發(fā)產(chǎn)品還是老產(chǎn)品新應(yīng)用都要針對(duì)性的去做研發(fā)。
d. 操作的人性化、智能化，開(kāi)關(guān)設(shè)備的操作要符合人機(jī)工學(xué)要求，操作友好，不需要很大的操作力，或過(guò)高、過(guò)低的操作位置；通過(guò)主動(dòng)防護(hù)，程序化操作，避免被動(dòng)的機(jī)械聯(lián)鎖；充分考慮安裝、維護(hù)、更換方便的需求，特別是有些需要靠墻安裝，要預(yù)留足夠空間保證可以完全柜前操作。
2.2.安全可靠包括高可靠性、滿足法律法規(guī)的要求，如：客戶的技術(shù)條件、船級(jí)社要求等。
a.耐內(nèi)部電弧故障作為開(kāi)關(guān)柜安全的重要指標(biāo)，是產(chǎn)品研發(fā)的方向之一，基于標(biāo)準(zhǔn)要求“抵抗”內(nèi)部電弧故障是必須的，但相對(duì)于被動(dòng)的“抵抗”，基于弧光檢測(cè)，快速開(kāi)斷-將故障電流能量切斷，快速接地-主動(dòng)的將內(nèi)部故障產(chǎn)生的電弧超快速轉(zhuǎn)化為金屬連接的短路接地，即能量轉(zhuǎn)移，沒(méi)有空氣快速膨脹、沒(méi)有高溫燃燒；主動(dòng)的保護(hù)效果明顯，內(nèi)部電弧故障切斷小于50ms的開(kāi)關(guān)設(shè)備，只需解決內(nèi)部電弧故障原因，經(jīng)簡(jiǎn)單的維護(hù)就可以恢復(fù)供電，這樣可以節(jié)省因內(nèi)部故障燒毀更換開(kāi)關(guān)柜造成的大量成本浪費(fèi)，開(kāi)關(guān)柜也無(wú)需做的特別強(qiáng)壯，節(jié)省材料使用等。
b.智能化是提高安全性的重要一步，基于在線監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常并采取措施，避免故障的發(fā)生；需要在不影響現(xiàn)有設(shè)備的可靠性基礎(chǔ)上安裝在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，如斷路器本身可靠性99.99%，而添加的監(jiān)測(cè)設(shè)備電子元件的可靠性確只有98%，那整體可靠性還有所降低。在線監(jiān)測(cè)需要更多的結(jié)合人工智能，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)產(chǎn)品檢修周期，改善產(chǎn)品運(yùn)行問(wèn)題，延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命；遠(yuǎn)程操作可以避免現(xiàn)場(chǎng)操作開(kāi)關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。
2.3 節(jié)能環(huán)保已成為整個(gè)世界各行各業(yè)追求的目標(biāo)，對(duì)于開(kāi)關(guān)設(shè)備也不例外。
a.小型化，節(jié)約材料使用，降低成本，降低建筑成本，標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化等降低制造時(shí)間等。如400mm寬開(kāi)關(guān)柜，通過(guò)可抽出側(cè)裝式斷路器，改變了固定式窄型柜電纜安裝不變的弊端；1100mm深，2000mm高，如10臺(tái)排列開(kāi)關(guān)柜，小型柜占地面積只為普通中置柜的36%，如圖2 所示，同環(huán)網(wǎng)柜相當(dāng)。但額定電流1250A、開(kāi)斷31.5kA是環(huán)網(wǎng)柜無(wú)法比擬的，對(duì)于箱變、商業(yè)樓宇、公路、小工業(yè)、數(shù)據(jù)中心等是很好的選擇，加之集成智能監(jiān)控單元，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，無(wú)人值守。
圖2 400mm寬小型柜占地面積比較
同樣550mm寬雙層斷路器柜，采用小型抽出式斷路器，中置和下部布置便于操作維護(hù)，儀表室高度同普通中置式相當(dāng)，便于操作檢修；同時(shí)綜保等保護(hù)也可以裝在邊柜上，邊柜的前部用于二次進(jìn)線、儀表、接線等，后部作為下部斷路器室的泄壓通道，保證開(kāi)關(guān)柜滿足內(nèi)部故障要求。同樣的模塊化設(shè)計(jì)可用于三層接觸器熔斷器組合開(kāi)關(guān)柜，由于熔斷器保護(hù)，電纜室提供電纜連接，不需要考慮內(nèi)部故障要求。圖3所示650mm寬中置柜與550mm寬雙層柜一次方案比較，寬度比為42%，占地面積比為50%。
圖3 中置柜與550雙層柜應(yīng)用比較
a. 使用環(huán)保材料，降低能耗，無(wú)SF6是典型的應(yīng)用，中壓開(kāi)關(guān)柜的去SF6化相對(duì)容易，采用干燥空氣、氮?dú)獾冉^緣，真空滅弧的設(shè)計(jì)已比較成熟，另一條技術(shù)路線固體絕緣通過(guò)不斷的設(shè)計(jì)、材料、工藝優(yōu)化，已趨于成熟。
b. 智能化，小巧的電流、電壓傳感器的應(yīng)用替代傳統(tǒng)的電磁型互感器，材料大量減少，光纖取代傳統(tǒng)、復(fù)雜的大量電線的應(yīng)用，信號(hào)直接與保護(hù)配合使用，無(wú)需再經(jīng)過(guò)變壓供數(shù)字綜合使用，高度集成化，使開(kāi)關(guān)柜結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單。
