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断路器及关键部件行业分析报告
2015年断路器及关键部件行业分析报告
2015年12月
断路器配套用模塑绝缘制品、电机及电操为断路器关键部件。
本行业为输配电及控制设备制造业下的配电开关控制设备制造业,细分行业为断路器及关键部件制造业。
行业上下游产业链关系如下图:
一、断路器及关键部件简介
1、断路器简介
断路器,是一种能关合、承载、开断运行回路正常电流,也能在规定时间内关合、承载及开断规定的过载电流(包括短路电流)的开关设备。
电力产生后,通过输配电系统输送到用户系统,配电是其中的一个极其重要的环节。
配电系统所用电气器具主要包括变压器和各种高低压断路器。
高压断路器(又称高压开关)是发电厂、变电所主要的电力控制设备。
低压断路器是低压电器中结构复杂、技术含量与经济价值较高的产品,在低压配电系统中占有重要的地位。
(1)低压断路器
低压断路器主要用于交流电压1000V及以下、直流电压1500V及以下的电路中,是成套电气设备的基本组成元件,其产品的性能和质量直接影响电力系统和工业供电系统的可靠性和稳定性。
低压断路器按结构分为万能式断路器(ACB)、塑壳式断路器(MCCB)和微型断路器(MCB)。
低压断路器广泛用作低压配电系统中各级电路、各种机械设备的电源控制和用电终端的控制和保护,普遍应用于电力工业配电系统、机械、冶金、石化、建筑、商场、写字楼、酒店、居民小区及个人住宅等领域。
随着智能电网的加速建设及国家对断路器产品环保节能要求的进一步提高,智能型断路器及新一代节能环保型产品的市场将逐步扩大。
(2)高压断路器
高压断路器是指用于交流电压3000V以上、直流电压1500V以上的电力系统中运行的户内和户外电力控制设备。
高压断路器按照灭弧原理不同,可分为油断路器、气吹断路器和真空断路器等;按照控制、保护对象分为发电机断路器、输变电断路器、馈电断路器和特殊用途断路器。
行业中通常按照灭弧介质分为真空断路器和SF6断路器。
真空断路器的灭弧介质和灭弧后触头间隙的绝缘介质都是高真空,它具有体积小、重量轻、适用于频繁操作、灭弧不用检修的优点,在配电网中应用较为普及。
真空断路器在10kV-40.5kV电压等级及室内环境中应用非常广泛。
SF6断路器是利用六氟化硫(SF6)气体作为灭弧介质和绝缘介质的一种断路器。
SF6断路器适用于40.5kV及以上尤其是超高压等级及室外环境中,具有快速切断,独立性、可靠性、安全性强及易维护等特点。
由于价格较高,且对SF6气体的应用、管理、运行都有较高要求,故在其他电压等级应用受到限制。
2、断路器关键部件介绍
断路器一般由触头系统、灭弧系统、脱扣器、操作机构、绝缘件等关键部件构成。
触头系统是使电路接通或分断的执行元件,触头的分合运动靠操作机构做功并经传动机构传递力来带动,其操作方式可分为手动、电动等;灭弧系统则是用来迅速、可靠地熄灭电弧,使电路最终断开;脱扣器是与断路器通过机械装置相连(或组成整体),用以释放保持机构并使断路器自动断开的装置。
断路器专用电机及操作机构和模塑绝缘制品,作为断路器的关键部件,其技术含量及制作工艺要求较高。
(1)模塑绝缘制品
模塑绝缘制品一般包括上盖、基座、罩壳、侧壳、手柄、转轴等部分,另外还作为灭弧系统和触头系统的组件,有绝缘和机械强度要求,保证断路器在分断操作时,能够抵御内部的冲击力和电流,不发生任何危险。
根据断路器产品特点的不同,模塑绝缘制品往往还起着灭弧、防潮、防霉、防腐蚀、防辐照、机械支承和固定、保护导体等作用。
断路器主要由导体材料、磁性材料、绝缘材料和热双金属材料等构成。
除模塑绝缘制品由绝缘材料制成之外,其它主要为金属材料。
断路器在运行中,不可避免地要受到温度、电和机械的应力、振动、有害气体、化学物质、潮湿、灰尘和辐照等各种因素的作用,绝缘材料对这些因素更为敏感,容易变质劣化,致使电器设备损坏。
所以模塑绝缘制品是决定断路器及其它成套电器设备运行可靠性和使用寿命的关键部件。
低压断路器绝缘材料的使用经历了酚醛塑料、氨基塑料、不饱和聚酯模塑料几个阶段。
目前以不饱和聚酯模塑料为基体,通过玻璃纤维增强的BMC/SMC模塑绝缘材料已经成为低压断路器及其它低压电器的主要绝缘材料。
(2)操作机构
断路器是通过操作机构的传动部件改变力的方向和作用点来实现预设目的,其能量来源一般有电力和人力两种。
除人力机构外,其它操作机构,如电磁机构、气动机构、电动操作机构等均依靠电力所做的功,依靠瞬间的能量释放来实现断路器的动作。
电动操作机构能够满足配电自动化及远距离操作的需求,在配电自动化方面发挥越来越大的作用。
电动操作机构按结构分有储能型和非储能型两种。
储能型电动操作机构有闭合速度快、闭合功耗小等优点。
非储能型电操与储能型电操相比,有体积小、价格低等优点。
按照电动操作机构配套断路器使用产品的结构与额定电压的不同,又分为与高压断路器配套的电操和与低压断路器配套的电操。
二、断路器及关键部件行业发展状况
1、断路器行业发展状况
(1)低压断路器发展状况
国内低压断路器的发展,大致经历了以下四个发展阶段:
在经历了不断的更新换代之后,目前国内市场上的低压断路器主要是第二代和第三代产品,并且第二代的产品已经开始逐步淘汰。
我国新一代低压断路器产品已经于2010年完成产品的研发,2011年起陆续进入市场。
新一代低压断路器产品的主要特点为智能化、可通信、小型化、可靠性高,产品功能发生质的飞跃,并逐步运用到国家智能电网及新能源领域。
(2)高压断路器发展状况
国内高压断路器的发展经历了以下三个阶段:
第一阶段为20世纪80年代前,以220千伏及以下高压少油断路器为主的仿制与国内自行研制相结合阶段,满足了当时国内经济建设的需要。
第二阶段为20世纪80—90年代,以高压SF6断路器和真空断路器为代表,基本满足了以550千伏、220千伏为主网架的电力工业发展需求。
第三阶段为进入21世纪以来,国家有关部门明确提出要重点研究开发大容量、远距离直流输电技术和特高压交流输电技术与装备,极大地促进了国内高压断路器制造技术的发展。
国内高压断路器未来的发展趋势表现为向特高压(标称电压在1000KV及以上)方向发展、产品信息化与智能化进程加快、应用新外壳材料、产品环保要求提高、产品高可靠性与免维护性、产品小型化与无油化。
2、断路器关键部件发展状况
(1)模塑绝缘制品发展状况
BMC/SMC作为绝缘材料应用于断路器及其它电工产品,大致经历了以下三个阶段:
第一阶段:
二十世纪五十年代初,不饱和聚酯模塑料逐渐取代酚醛、脲甲醛等模塑料,后被英国正式称为DMC,即DoughMouldingCompound的简称。
DMC具有易成型、成本低、可着色、电气绝缘性能好等特点,能制造结构复杂的零部件,因而在电气领域获得广泛应用。
但DMC也有自己的缺陷,即DMC制品表面平滑度差、易产生裂纹、不致密、机械性能不高、填料操作处理比较困难。
第二阶段:
通过使用低收缩、低波纹度添加剂来改善制品外观及制品尺寸精度;加入增稠剂以控制粘度,调整玻璃纤维的含量和长度以获得更好的机械性能。
这种经过改进的DMC团状材料被称为BMC,即BulkMouldingCompound的简称。
因BMC团状模塑料具有优良的电气绝缘性能、机械性能、耐热性、耐化学腐蚀性,又适应各种成型工艺,可满足各种产品对性能的要求,因此被广泛运用于电气领域。
通常在短路分断能力为20kA或25kA(380V)及以下,体积较小的断路器,如上海人民电器厂的RMM系列塑壳式断路器及RMW框架式断路器,常熟开关厂(常熟开关制造有限公司)的CM系列塑壳式断路器及CW系列框架式断路器等均用BMC;有一些短路分断能力达35kA,但外壳体积较大、壳体壁较厚的断路器也可采用BMC。
第三阶段:
二十世纪六十年代初,由德国拜尔公司在BMC/DMC技术的基础上,研制成功片状模塑料SMC。
SMC原材料配方与BMC基本相同,但生产工艺有所不同,使用连续生产的SMC机组,生产效率大为提高,玻璃纤维的长度和含量也得以增加,从而大幅提高了产品强度,开拓了大面积复杂结构产品的应用范围,使模压工艺进入一个新的发展阶段。
SMC具有优越的电气绝缘性能及耐腐蚀性能,质量轻且工程设计容易,其机械性能可以与部分金属材料相媲美。
一般分断能力超过35kA,且壳体壁较薄的断路器均采用SMC。
(2)电机及电动操作机构的发展状况
①断路器配套电机发展状况
由于断路器对动力驱动的特殊要求,可用于断路器的电机主要为三相异步电机、复励电动机、串励电动机和永磁直流电动机。
上世纪六、七十年代我国断路器第一代产品主要模仿苏联,与之配套的电机为三相异步电机,按转子结构的不同,三相异步电机可分为笼式和绕线式两种。
三相异步电机的优点在于结构简单、制造方便、运行性能好、节省材料、价格便宜,缺点在于体积相对比较庞大、功率因数滞后、轻载功率因数低、调速性能差,且只适用于交流电。
随着断路器技术的革新和产品的升级,对配套电机提出了更高的要求,不仅要求电机体积更小,而且性能要求更高、更稳定,这使得复励电动机、串励电动
机和永磁直流电动机等开始广泛应用于断路器。
复励电动机和串励电动机属于直流电动机,其优点在于体积相对较小、调速性能好、调速范围广、易于平滑调节,启动、制动转矩大,易于快速启动、制动,易于控制等;其缺点在于结构相对复杂,维修不便。
其中串励电动机分为两类:
一种是磁场磁极由软磁性钢块制成,只适用于直流电;另一种是磁场磁极由硅钢片叠成,可以交直流电两用。
永磁直流电动机具有体积小、效率高、结构简单、用铜量少等优点,是小功率直流电动机的主要类型,分为永磁有刷直流电动机和永磁无刷直流电动机。
永磁有刷直流电动机由于存在电刷和换向器,结构复杂、可靠性差、故障多、维护工作量大、寿命短,换向火花易产生电磁干扰等,因此目前多用永磁无刷直流电动机替代。
永磁无刷直流电动机根据所用永磁材料不同又分为铝镍钴永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和稀土永磁直流电动机。
在永磁无刷直流电动机的选择上,一般优先选用效率高、价格便宜、温升低的铁氧体永磁直流电动机,只有当对性能要求严格、体积小、环境温度较高时才考虑选用铝镍钴永磁直流电动机或稀土永磁直流电动机。
②断路器配套用电动操作机构发展状况
断路器用电动操作机构的发展自六十年代始。
以前我国电动操作机构比较落后,结构与功能单一,体积大、耗材多、性能指标低。
随着国家的改革开放,90年代初国外电器公司相继到国内合资办厂,对国内产品冲击很大,但同时带来了先进的技术与机会。
随着国家加大基础设施投资力度,对国家电网、农村电网进行大力改造,断路器种类和用户要求不断增多,以及国家对节能环保要求的不断提高,断路器配套用电动操作机构在满足产品可靠性和寿命的前提下,吸取当前先进的设计思想和设计手段,电动操作机构的产品设计朝着小型化、模块化、使用寿命长、工作可靠性高、远程控制、PC智能控制及节能绿色环保等方向发展。
三、行业管理体制及主要法律法规
1、行业主管部门及管理体制
断路器及关键部件所处行业市场化程度较高,政府部门仅对本行业实行宏观政策指导,由行业协会实施自律管理,企业的生产经营完全按照市场化方式进行。
(1)为本行业提供政策指导的部门为国家发展和改革委员会、工业和信息化部及其各地方分支机构和国家电力监管委员会。
科学技术部为本行业提供相关的科技政策支持、重大科研项目攻关以及高新技术企业申报等方面的服务。
(2)本行业的技术监管部门包括国家质量监督检验检疫总局、国家标准化管理委员会和国家认证认可监督管理委员会。
国家质量监督检验检疫总局负责产品质量监督,国家标准化管理委员会负责相关国家标准制修订工作,国家认证认可监督管理委员会主要负责产品型号证书的认定。
(3)本行业内部管理体系主要由行业协会构成,主要包括中国电力企
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