王晉根
在城市化進程加快、電源建設(shè)突飛猛進的前提下,國家建設(shè)大容量堅強智能電網(wǎng)是必然的選擇。近幾年大量資金投入到電網(wǎng)建設(shè)和改造中,既是應對國際金融危機需要,更是我國經(jīng)濟發(fā)展和電力發(fā)展的需要。最近國家電網(wǎng)公司宣布,到2020年完成電網(wǎng)智能化建設(shè),這必將進一步推動電網(wǎng)設(shè)備的技術(shù)改造。這就是我國高壓開關(guān)設(shè)備市場快速發(fā)展的背景。
長期以來,我國電力投資偏重于發(fā)電,放松了對輸配電網(wǎng)的投入,呈現(xiàn)出“重發(fā)輕輸不管用”的特點。我國電網(wǎng)和電源的投資比例大約維持在33%:67%,而國外通常投資比例為60%:40%,以至于有些電廠建成后,由于輸電線建設(shè)滯后,發(fā)出來的電到不了用戶,出現(xiàn)了輸配電瓶頸。我國的主輸電電壓等級提升緩慢,220kV電壓等級作為主網(wǎng)架電壓維持了30多年,直到上世紀80年代初,華中電網(wǎng)的平武500kV輸電線建成,才開始了超高壓電網(wǎng)的新時期(西北電網(wǎng)的330kV電壓等級在70年代初就出現(xiàn)了)。我國城鄉(xiāng)電網(wǎng)直接到用戶的主配電電壓一直由10kV擔當,延續(xù)了近60年,直到前年才宣布推廣20kV配電電壓。
我國第一條特高壓輸電線路晉東南-南陽-荊門約600多km工業(yè)性試驗線路,于2008年底投入運行至今運行正常。預期1000kV交流輸電線路及±800kV直流特高壓(向家壩-上海、云南-廣東)將加快建設(shè)。第一條1000kV特高壓交流線路將修復線,往西北延長到陜北,往東北延長到北京,往南延長到武漢、長沙,均已進入設(shè)計和基建階段。第二條輸電線,由內(nèi)蒙錫盟經(jīng)江蘇徐州、浙北到上海西已論證,即將開建。國網(wǎng)公司規(guī)劃于2020年前,建設(shè)53個交流特高壓變電站,變電容量3.36億kWA,線路長度4.45萬km,并首先在交直流特高壓電網(wǎng)上實施智能化。就特高壓輸變電設(shè)備來講,變壓器基本完成國產(chǎn)化,GIS和SF6斷路器還需在操動機構(gòu)及滅弧系統(tǒng)做工作,±800kV還需在主閥系統(tǒng)做國產(chǎn)化工作。當然能進入特高壓輸變電設(shè)備市場,分享這塊大蛋糕的企業(yè),國內(nèi)主要是三大變和三大開,國外主要是參與合作的大電氣公司。
750kV電壓等級是西北地區(qū)特有的,是西北網(wǎng)的主網(wǎng)架電壓。西北地區(qū)人口僅占全國6%,但土地面積占全國的1/3,西北電網(wǎng)目前總裝機容量不大,但未開發(fā)的煤、石油、天然氣、水電及太陽能、風能十分豐富,是我國動力資源的聚寶盆。有色金屬、非金屬礦也很豐富。近幾年西北電網(wǎng)有多條750kV線路正在建設(shè),800kV輸變電設(shè)備市場已起動。西北網(wǎng)已規(guī)劃750kV電網(wǎng),有22個變電站,38條輸電線;陜西、甘肅正在實施省內(nèi)的750kV主網(wǎng)架。西北地處高原,冬春常受沙塵暴襲擊,開關(guān)設(shè)備以GIS/HGIS為主,也用一些罐式SF6斷路器。2007年全行業(yè)生產(chǎn)GIS 6個間隔,CB(斷路器)3臺,2008年上升為GIS 87間隔,CB 37臺,其中GIS:CB=2.35,說明開關(guān)設(shè)備市場已快速起動。
在1100kV電壓等級未采用前,550kV是西北以外全國其他地區(qū)的主網(wǎng)架電壓。目前華東、華南、華北、華中等幾個區(qū)域電網(wǎng)的裝機容量和高峰負荷都已超過1億kW,強化區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)已是必然趨勢。上海已實現(xiàn)500kV雙環(huán),北京、廣東等地也實現(xiàn)了環(huán)網(wǎng),因此550kV開關(guān)設(shè)備需求快速上升。近年由于1100kV特高壓開關(guān)設(shè)備國產(chǎn)化帶動,國內(nèi)企業(yè)550kV產(chǎn)銷量持續(xù)上升,見表1。
從表1可以看出,2005年以前550kV開關(guān)設(shè)備70%以上是進口的,用戶對國產(chǎn)設(shè)備不放心,因此國內(nèi)企業(yè)銷量少。2005年后,研發(fā)1100kV特高壓開關(guān)設(shè)備帶動了550kV國產(chǎn)化工作,加上500kV電網(wǎng)快速發(fā)展,因此550kV開關(guān)設(shè)備國內(nèi)企業(yè)的產(chǎn)量逐年上升。2008年GIS+CB總產(chǎn)銷量比2007年增加了52%,2007年比2006年增長了56%,2006年比2005年增長20%。1998~2008年的11年間,國內(nèi)企業(yè)共生產(chǎn)550kVGIS 692間隔,CB 957臺。在前幾年進口較多的情況下,國內(nèi)企業(yè)也做了貢獻。
330kV電壓等級是西北電網(wǎng)特有的,原是西北主網(wǎng)架電壓,目前職能演變?yōu)橄{與分配由750kV線路所輸送的電能。1998年以來363kV開關(guān)設(shè)備的產(chǎn)銷量見表2。2008年GIS產(chǎn)量106間隔,SF6斷路器(CB)171臺,GIS+CB比2007年增長50%,GIS與CB之比為0.62,2007年GIS+CB比2006年增加41%,GIS與CB之比為1.03。GIS從1998~2008年國內(nèi)累計生產(chǎn)了275間隔。從表2中可以看出,從1999年~2003年的4年間,363kV開關(guān)設(shè)備進口量較多,其中國內(nèi)供貨量GIS為零,與550kV開關(guān)設(shè)備情況類似。
220kV電壓等級是高壓進城、向高耗電企業(yè)送電及向中壓電網(wǎng)饋電的重要電壓等級。近11年,國內(nèi)企業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)銷量見表3。
表1 550kV近11年開關(guān)設(shè)備產(chǎn)銷統(tǒng)計
表2 363kV開關(guān)設(shè)備歷年來產(chǎn)銷統(tǒng)計
近幾年由于電網(wǎng)新增裝機容量快速增長,與之配套的各級電壓設(shè)備隨之發(fā)展,加之追加的電網(wǎng)改造的投資,加快了開關(guān)設(shè)備的使用量。近幾年252kV開關(guān)設(shè)備產(chǎn)量年增長率在20~50%。而GIS裝用量從2006年開始超過敞開式斷路器(CB)。近三年裝用比例在1.5以上,用戶已體會到GIS可以顯著節(jié)省變電站的占地面積,可有效抵御高海拔、重污穢等苛酷環(huán)境條件,國內(nèi)252kV GIS工藝技術(shù)已日趨成熟。1998~2008年間,252kV GIS、CB國內(nèi)累計產(chǎn)銷量達8920個間隔,取得較好市場業(yè)績。
由于多數(shù)城市在限制35kV電壓等級,因此126kV電壓等級在城網(wǎng)中發(fā)展比較快。126kV電壓等級直接進入大中城市,有的城市還參與了城市配電。126kV將大部分超高壓電網(wǎng)電能配送給中壓電網(wǎng),具有中流砥柱作用。表4列出了126kV開關(guān)設(shè)備近11年國內(nèi)行業(yè)產(chǎn)銷量統(tǒng)計。
126kV由于電壓等級低,GIS與CB產(chǎn)量之比,在2006年才高于0.5,到2008年才接近1。1998~2008年的11年中,境內(nèi)企業(yè)已生產(chǎn)126kVGIS 25684間隔,對電力工業(yè)和國民經(jīng)濟做出了貢獻。
66kV電壓等級是東北地區(qū)特有的,由于66kV電壓與上一級電壓220kV配合比較合理,因此東北堅持采用66kV電壓等級。淘汰44kV電壓等級。近幾年,72.5kV開關(guān)設(shè)備產(chǎn)銷情況見表5。
從上面列舉情況看,72.5kV GIS使用數(shù)量不多,GIS與CB之比在0.04~0.06范圍之內(nèi)。72.5kV與126kV國內(nèi)有的廠用進口的真空滅弧室生產(chǎn)過少量的真空斷路器,11年共生產(chǎn)GIS 240個間隔。
GIL是“剛性氣體絕緣輸電線路”的英文縮寫。以前也稱GIC(氣體絕緣管道電纜)。從分類看是屬于電線電纜,但從結(jié)構(gòu)和工藝看與傳統(tǒng)的電纜不一樣,而與GIS母線相當,因此IEC和中國都把GIL標準的起草和管理放到高壓開關(guān)專業(yè),國外GIL的生產(chǎn)由GIS企業(yè)兼任或設(shè)置專業(yè)廠生廠。GIL與傳統(tǒng)的電纜相比有如下一些特點:
①介質(zhì)損耗因素低,導電截面可做大,因此允許負載更大;②電容電流小,可以長距離輸電;③對電磁干擾有較好屏蔽作用;④可高落差敷設(shè);⑤有較好防火性能。
由于有以上諸多優(yōu)點,加上近幾年技術(shù)工藝的進步,國內(nèi)一些大電力工程也開始應用超高壓GIL。主要在大水電站、核電站、地下變電站、大火電廠及環(huán)境惡劣地區(qū),以替代交聯(lián)聚乙稀電纜。據(jù)一些電力設(shè)計院披露的信息,已采用或已訂合同采用GIL的電力工程如下:①水電站:天生橋(1993年),拉西瓦(2007年),張河灣(2009年),錦屏一級(2009年),錦屏二級(2010年),溪洛渡(2010-2011年)。②核電站:大亞灣(1993年),嶺澳(1999年),田灣(2002年),嶺澳二期(2008年),遼寧紅沿海(2008年)。③火電:香港青山(2002年),浙江瓶窯(2002年),奧里油電(2006年)。
表3 252kV開關(guān)設(shè)備近11年產(chǎn)銷統(tǒng)計
表4 126kV開關(guān)設(shè)備近11年國內(nèi)行業(yè)產(chǎn)銷量統(tǒng)計
表5 72.5kV開關(guān)設(shè)備產(chǎn)銷情況
以上工程除浙江瓶窯由平高東芝供貨外,基本由國外電氣公司接標。由于GIL有較強抗電磁干擾能力,比電纜有更高輸送能力,隨著GIL工藝技術(shù)進一步完善,它必將更多地替代超特高壓電纜及架空輸電線,要不了多少時間,GIL市場也會像GIS一樣熱起來。
近十年來,我國高壓開關(guān)行業(yè)年增長率一直保持在20%以上,其主要原因在于電網(wǎng)年新增裝機持續(xù)增長,開始年新增裝機約1500萬kW,后來上升到4000~5000萬kW,前幾年已達1億kW,與之直接配套的高壓開關(guān)設(shè)備必然同步增長。其次,我國的高耗電產(chǎn)業(yè)及其用電量也翻番提升,126kV和252kV電壓等級實際充任了配電角色。其三是高電壓進城,城網(wǎng)迅速擴容并向更高電壓發(fā)展。以上三因素是高壓開關(guān)設(shè)備持續(xù)高增長的主要原因。
從電源建設(shè)來看,今后水電、核電等綠色能源將較快發(fā)展,火電將以高效大火電為主,并淘汰能耗大、環(huán)保差的小火電??傊?,年新增裝機雖然不像前幾年那樣“火”,但還是不少的,而高壓進城勢頭也不會減。近兩年,國家電力投資政策從“重發(fā)輕輸不管用” 轉(zhuǎn)為加大電網(wǎng)投資政策,對電網(wǎng)投資提高到了50%,而西電東送,北電南送,區(qū)域電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)及750kV、1000kV、±800kV交直流超特高壓電網(wǎng)建設(shè),必將進一步提升高壓開關(guān)設(shè)備市場。
從以上分析可知,80%的72.5kV以上開關(guān)設(shè)備是為電力系統(tǒng)服務(wù),僅20%的126kV及252kV的開關(guān)設(shè)備是為高耗電工業(yè)部門服務(wù),因此快速市場增長的勢頭會延續(xù)到5年以后。
GIS是一種氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備,是一種高集成組合式開關(guān)設(shè)備。它具有尺寸小、占地面積少、能抵御苛酷環(huán)境(如高海拔、重污穢等)、抗電磁干擾、可靠性高、防火災等優(yōu)點,但工藝技術(shù)要求高。前幾年超高壓GIS沒有較快發(fā)展的原因是用戶對企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量不放心,部分國內(nèi)企業(yè)技術(shù)不夠成熟,進囗產(chǎn)品又較貴。但從2005年后,國家要求800kV、1100kV輸變電設(shè)備不光技術(shù)水平要先進,而且要國產(chǎn)化。近3年,800kV、1100kV GIS先后投入工業(yè)運行后,運行情況良好,這帶動了550kV及以下各級電壓GIS的國產(chǎn)化,生產(chǎn)工藝有了較大提高。從2006年起252kV GIS裝用量首次超過CB(斷路器),2008年126kVGIS電網(wǎng)裝用量已接近CB,并126kV及以上各級電壓GIS總裝用量首次超過敞開式CB,占總量的54%??傊?,GIG市場快速發(fā)展的原因有三:超特高壓GIS的國產(chǎn)化帶動;國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)的工藝日趨成熟;用戶已積累較多經(jīng)驗,對GIS使用比較熱心。
從1998年~2008年的11年,國內(nèi)企業(yè)已生產(chǎn)72.5kV及以上電壓等級的GIS共35912個間隔。今后我國各電壓等級GIS裝用比例會進一步提高,可達歐美日本水平(占總量的50%~60%),同時敞開式使用比例會進一步下降。126kV和252kV GIS小型化水平和可靠性會進一步提高,以適應高壓進城,建設(shè)地下變電站及適應嚴酷環(huán)境的需要。
高壓開關(guān)設(shè)備是輸變電設(shè)備中技術(shù)較為復雜的,既是靜止的,又要快速運動;既要耐受過電壓的絕緣,又要負載大電流,還要開斷強短路電流電弧。在電網(wǎng)中,特別是智能電網(wǎng)中,高壓開關(guān)扮演著重要的角色。智能電網(wǎng)不僅儀表、繼電器、傳感器、互感器等元器件要滿足數(shù)字化、信息化的要求,而且與用戶能互動。對于高壓開關(guān)主設(shè)備來講,不僅要求配套件智能化,而且要具備在線檢測功能,隨時檢測開關(guān)設(shè)備的運行狀態(tài),以提高運行可靠性,如局放、機械特性、發(fā)熱、密封、微水等。有人估計電網(wǎng)智能化能拉動1% 的GDP增長,可拉動電網(wǎng)設(shè)備20%~30%產(chǎn)值增長,因此對電網(wǎng)智能化要密切關(guān)注。
隨著城市快速發(fā)展,城網(wǎng)負荷密度加大,高壓、超高壓進城是必然趨勢。高壓、超高壓要進城,相應地要建地下變電站和地下輸電線路,大型變電站和超高壓輸電線要下地入洞,這是城網(wǎng)發(fā)展的方向之一。顯然用油或塑料做絕緣介質(zhì)是違反安全原則的,而SF6是一種良好的絕緣介質(zhì)和滅弧介質(zhì),又有防火、防爆性能。目前有些沿海城市,用進口的SF6變壓器+GIS來建地下變電站。盡管GIT+GIS的氣體絕緣變電站今后占的比重不會太大,但這是一個缺口,應該補上。
受國際金融危機的影響,國外輸變電設(shè)備市場明顯萎縮,但中國仍然保持著增長,這是政府拉動內(nèi)需的結(jié)果。目前形勢下,國內(nèi)企業(yè)要在可持續(xù)發(fā)展上下功夫,做精做強主業(yè),切不可急功近利。筆者在這里提幾點建議,謹供參考。
1.建立公平合理的市場競爭,反對市場壟斷,促進先進生產(chǎn)力發(fā)展。目前有的企業(yè)靠政府的“輸血”來擴張,把行業(yè)所的專業(yè)開發(fā)轉(zhuǎn)為企業(yè)獨有,把網(wǎng)外企業(yè)變?yōu)榫W(wǎng)內(nèi)企業(yè),搞市場壟斷,這不符合市場經(jīng)濟的原則。市場競爭應機會均等,制造和使用應分家,這樣才有利于促進產(chǎn)品技術(shù)和質(zhì)量的提高。對高壓、尤其是超特高壓開關(guān)設(shè)備,政府應規(guī)范進入市場準則,應該向國產(chǎn)化產(chǎn)品傾斜,促進民族工業(yè)的發(fā)展,這有利于國家安全。
近兩年,在126kV GIS產(chǎn)能顯著大于市場需求的現(xiàn)狀下,我國招標準則仍以低價取勝,不少企業(yè)又搞起了“壓價競銷”的歪風,為降低成本不惜犧牲質(zhì)量,陷入了惡性競爭,主管部門應該管一管。
2.保護企業(yè)的知識產(chǎn)權(quán)。市場競爭是產(chǎn)品的競爭,但歸根結(jié)底是人材的競爭。有些企業(yè)通過挖人材把產(chǎn)品技術(shù)帶走,把別的企業(yè)多年辛苦開發(fā)的技術(shù),不費吹灰之力就占為己有,給人家造成了巨大經(jīng)濟損失。國家應制訂相關(guān)法律,允許人材流動,但不能把老廠技術(shù)無償帶給新廠,應規(guī)定技術(shù)人員調(diào)離后,五年內(nèi)不允許搞老廠同樣的技術(shù)工作。接受委托型式試驗單位,應拒絕對技術(shù)來源不明的新產(chǎn)品進行型式試驗。
3.行業(yè)和大公司應成立工藝和材料研究所(室)。通過技術(shù)引進,我國高壓開關(guān)設(shè)備技術(shù)水平有了較大提高,產(chǎn)品的性能參數(shù)已接近國際水平,與國外先進產(chǎn)品的差距主要在工藝材料上。進一步推進小型化GIS的研發(fā)和使用。小型化GIS可以減少SF6使用,具有比較重要的技術(shù)經(jīng)濟意義。應從兩方面做工作,其一,要推廣550kV單斷口的斷路器技術(shù),1100kV、800kV也應該采用這一技術(shù);其二,要提升三相共箱式GIS電壓等級。日本已有300kV共箱式GIS,我國已有126kV及145kV三相共箱GIS,252kV三相共箱GIS對我國有重要意義,由于其技術(shù)難度大,需要行業(yè)攻關(guān)。
交直流超特高壓電網(wǎng)是我國的未來主網(wǎng)架電網(wǎng),這種電網(wǎng)所伴隨的低工頻強電磁場,對人、動植物生理功能有影響,建議立項研究,并對GIS和GIL的屏閉效果開展研究,以采取必要的應對措施。
我國72.5kV以上開關(guān)設(shè)備使用GIS比率已相當高,早期使用的SF6斷路器和GIS已到了壽命期,建議行業(yè)建立SF6回收處理中心,以便回收利用,不能由用戶向大氣自由排放。
4.企業(yè)進入GIS市場的途徑。高壓開關(guān)設(shè)備尤其是高壓斷路器,由于技術(shù)復雜型式試驗項目多,所需資金投入多。產(chǎn)品必須按IEC標準及相關(guān)標準,在行業(yè)指定的單位通過型式試驗,國內(nèi)用戶還要求進行兩部鑒定。對于72.5kV以上開關(guān)設(shè)備制造企業(yè)要有較高品牌和業(yè)績,一些新上的高壓開關(guān)生產(chǎn)廠,不可能有幾十年生產(chǎn)歷史,也不可能再經(jīng)歷多年的引進消化歷程。如何既穩(wěn)妥,又快速地進入市場,可以有如下幾種模式供參考:①參與具有較好業(yè)績和品牌的國內(nèi)外大企業(yè)合資、合作,用人家的品牌生產(chǎn),就是“踩著巨人的肩膀往上爬”。②兼并有一定品牌和業(yè)績的中小企業(yè)(特別是國外的),沿著人家的路往前走。③引進技術(shù)和人材,具備一定生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量后,先進入電網(wǎng)試用,取得業(yè)績后,再進入主網(wǎng)市場。
總之,高壓開關(guān)設(shè)備不同于中壓和低壓設(shè)備,市場門檻高,不付出較大努力,想輕而易舉地進入是不現(xiàn)實的。
參考資料
《1998年~2008年高壓開關(guān)年鑒》