我国低压电器产品与技术发展

我国低压电器产品与技术发展（培训教材之一）上海电器科学研究院何瑞华2013年3月目录第一部分低压电器现状与趋向一、行业面临的形势二、产品发展现状三、新技术发展现状四、低压电器发展趋向第二部分新产品开发与设计总体思路一、新产品立项二、新产品定位与总体目标三、产品方案设计第三部分配电系统过电流保护现状与发展一、过电流保护技术发展回顾二、过电流保护技术现状三、过电流保护发展趋向四、实现过电流保护新技术主要技术关键一、低压电器行业面临的形势1、2012年电工行业经济情况根据1-9月统计，电工行业同期增长仅10%左右与以往10平均增长30%以上，回落达20%。低压电器行业1-9月份许多企业出现负增长，全行业整体持平，四季度有所回升，预计全年增幅在5%左右。可见电工行业快速发展期已经过去。2、2013年低压电器行业机遇与危机依然并存◆机遇（1）2013年世界经济将逐步回升，我国经济将继续平稳发展，有利于低压电器行业发展。（2）电力工业发展速度虽处回落，但从长远看，我国电力工业还有巨大发展空间。我国人均用电水平2010年度相当于美国上世纪50年代水平相当于英国上世纪60年代水平相当于日本上世纪70年代水平预计十二·五用电量平均增长8.5%,按十二·五规划配电设备投资近1万亿。（3）低压电器老产品更换的需求量将每年递增15～20%（4）国家十二·五提出的创新驱动、转型升级有利于低压电器产业转型升级。低压电器行业大量生产的中、低档产品消耗大量原材料、消耗大量能源并带来高排放，不符合低碳经济要求。不转型将面临资源和环境的双重约束。（5）智能电网建设和新能源系统发展将给低压电器发展带来新的机遇。2011年～2020年将是我国智能电网建设主要时期，总投资约4万亿元.（6）智能电器将迎来黄金发展时期，它将加速我国低压电器产品升级换代，随着我国第四代低压电器逐步推向市场，低压电器市场将重新分割。（7）2011年国家提出新一轮农村电网改造工程，五年内将投资5000亿。（8）近年来，轨道交通在全国大、中城市快速发展，将引发直流电器要求量快速递增。（9）新能源系统必将成为我国电力系统重要组成部份，它对电器设备与系统提出了很多新的要求，这一块市场有很大发展空间。（10）国外著名低压电器制造商不断提出的新产品以及新产品在中国市场推广一定程度激励国内优秀企业不断关注、紧跟、超越国外新技术、新产品发展。（11）我国低压新一代产品和相关新技术推广与应用必将引领低压电器行业新一代产品开发高潮。我国将逐步摆脱以仿为主的研发模式，逐步形成自主创新的新时代。◆挑战（1）我国低压电器科研与新产品投入明显不足，这里有企业家理念上的问题，也有低压电器利润率不断下降的因素。它将阻碍我国低压电器行业可持续发展。据统计国外著名低压电器新产品投入约占总销售额7%左右我国低压电器行业平均投入大约占总销售额1～2%这样投入要自主创新是难以实现的，只能采用跟随型发展。在当今时代跟随型发展模式是没有出路的。(2)我国低压电器制造成本上升势头不可逆转，它将带来一系列问题。a.我国企业制造成本不断上升，而外资企业随着产品的不断改进和零部件生产属地化，产品成本不断下降。二者差距不断缩小，给我国低压电器生产企业带来更大压力。b.随着制造成本上升，许多产品和企业已处于微利和亏损状态。企业加大新产品投入和技改投入十分困难，使国内企业发展后劲进一步削弱。c.为了维持一定利润、粗制滥造、产品质量不断下降，造成恶性循环。（3）国外优秀企业利用其技术、产品、制造装备、资金、品牌优势给国内优秀企业带来冲击。在智能电网、轨道交通建设中很多设计院盲目选用国外品牌，使国内优秀企业新产品发展缺乏动力，即使有了好的新产品也难以推向市场。（4）国内垄断行业加入低压电器制造，使市场竞争雪上加霜，产品质量不断下降。（5）低压电器行业生产企业众多，仿冒依然存在，价格竞争愈演愈烈。优秀企业遭遇外资企业和民营企业二头夹击。民营企业发展理念没有得到应有的提升，仍在中、低端产品上苦苦挣扎。企业转型难以实现。（6）随着市场经济发展的需要，我国低压电器研发模式发生了根本的变化。它既有好的一面，也带来一些问题。特别是零部件供应商和内、外部附件制造商新产品投入增加，造成生产成本增加并给生产带来极大不便。（7）随着低压电器增长速度放缓，企业发展思路、发展理念没有及时跟上，许多企业的困境难以解脱。二、我国低压电器新产品发展现状◆发展现状1.我国第三代低压电器主要是在上世纪九十年代开发总体水平达到国外上世纪八十年代至九十年代初水平2.国外优秀企业从上世纪九十年代中期开始相继推出新一代产品。产品性能、功能上又有很大提升，产品结构又有新的突破，体积更加小型化。而且新一代产品均带有通信功能，智能化功能更加强大，系统向网络化发展。3、进入新世纪我国低压电器行业取得了新的发展（1）从2000年开始以上海电器科学研究所、常熟开关制造有限公司、江苏万龙集团为代表开展低压电器可通信、网络化研究、实现第三代主要低压电器可通信，以及配电系统网络化。（2）从2004年～2009年上海电器科学研究所联合低压电器行业8家优秀企业完成我国第四代第一批四大系列产品开发工作。行业资深专家和领导一致认为产品总体水平达到当代国际先进水平，部份技术与产品指标达到国际领先水平。开创了我国低压电器自主创新的新时代，是我国低压电器发展史上新的里程碑。（3）从2008年开始紧跟国内外智能电网发展思路与要求，以上海电器科学研究所为首提出了智能电网用户端发展思路与设想并开展了一系列基础技术研究。通过上项工作，我国低压电器可通信、网络化技术、智能电网用户端技术基本跟上国外发展潮流。目前，低压电器产品及相关技术发展能跟上我国智能电网发展要求。我国低压电器优秀企业正在考虑并开展适合自己企业特点和发展要求的新一代低压电器产品。一般企业在现有第三代产品基础上改进、完善成为企业新一代产品4、国外著名低压电器制造商根据自身发展需要以及中国新产品发展情况，不断改换产品，在产品上作局部改进和性能上局部提高并推出新的型号。国内企业根据新产品情况，也不断作出改进，试图跟上外企发展。实际上是相互跟随，相互促进。◆国内外产品比较及差距(以万能式断路器和塑壳断路器为例)1）目前国内外产品性能与功能上相比没有明显差异。从满足配电系统要求角度，国内优秀企业产品完全能满足需求。从产品结构上看各有特色。2）国内产品外观与国外产品有一定差距，但是目前国内优秀企业在开发新一代产品时已十分注意产品外观设计与制造，相信这一差距将逐步缩小。（3）国内大部分企业低压电器制造装备、装造工艺相对落后，产品价格较为便宜。所以产品性能一致性、可靠性与国外产品存在较大差距。（4）国内优秀企业在制造装备与制造工艺已获得长足的进步，但与国外优秀企业相比，按照先进制造业要求存在一定差距，特别是在自动装备技术、自动检测技术及相关装备尚有较大差距。优秀企业产品质量与国外企业差距不大，完全能满足我国国民经济发展需要。三、我国低压电器新技术发展状况1.低压电器产品发展与新技术及相关理论研究息息相关（1）我国低压电器经过五十多年发展，在基础理论研究方面基本跟上产品发展需求。多年以来，国内外在基础理论研究方面虽有不少成就，但没有突破性进展。（2）随着低压电器相关新技术、新材料、新工艺、新结构不断发展与应用，低压电器产品在不断进步中，平均每15年形成新一代产品，低压电器发展从来没有停止过。（3）上世纪七、八十年代低压电器相关技术获得一系列进展从而诞生了一批新型电器，如限流电器、真空电器、剩余电流保护电器、终端电器、CPS、双电源自动转换开关等，这些新型电器发展基本上跟上国外发展潮流。（4）近年来电子技术、微处理机技术、通信技术、智能化、网络化技术发展与应用给低压电器发展注入了新的活力，低压电器功能已发生了质的变化。2.最近十多年低压电器相关新技术发展与应用情况（1）智能化、可通信、网络化技术a.国外智能化电器诞生于上世纪八十年代，我国1995年完成了我国第一个系列智能化断路器，三年以后投放市场并取得极大成功。b.国外低压电器可通信、网络化应用从上世纪90年代中期开始。我国从上世纪末开始跟踪研究，并在本世纪初开始获得应用。c.目前智能化、可通信、网络化技术已跟上世界发展潮流。（2）大电流分断技术目前我国万能式断路器极限分断能力已达到80～150KA塑壳断式断路器极限分断能力已达到150KA万能式断路器短时耐受电流也达到80～135KA均达到国际先进水平，并掌握了相关核心技术。（3）低压配电系统过电流保护新技术（全选择性保护技术）●全电流选择性保护●区域联锁技术●限流选择性保护技术●小型断路器选择性保护技术本项技术已全面掌握，研究深度不低于外国公司，但尚未在我国低压配电系统中推广。4.低压电器现代设计技术●低压电器设计三维造型●虚拟样机技术●低压电器仿真设计断路器操作机构仿真断路器电动斥力与气动斥力仿真低压电器发热、温度场仿真电磁系统仿真等5.低压电器现代测试技术●模拟大电流试验技术●电弧运动快速测试技术●灭弧室压力测试技术●电动力测试技术●区域联锁试验技术●通信功能测试技术●可靠性测试技术●模拟雷电过电压测试技术这两项技术取得的成果，为我国低压电器自主创新研发、设计提供了必要的手段。为我国低压电器从中国制造到中国创造过渡提供了必备的条件。6.智能电网用户端关键技术研究与应用除可通信、智能化技术外●故障预警技术●过电流保护新技术●新能源投切技术●直流保护技术●新能源系统过压保护7.低压电器系统集成整体解决方案技术研究①低压配电系统、智能配电系统典型方案研究②配电系统低压断路器选用及过电流保护整体解决方案③双电源系统整体解决方案④配电系统包括新能源系统过电压保护方案⑤电动机控制与保护整体解决方案上述低压电器诸多新技术发展将不断完善、提高低压电器产品性能及综合技术水平并引发各种新型电器诞生。我国低压电器相关新技术的研究与应用从总体来说基本跟上了国际上发展潮流，特别是低压电器本体相关技术没有明显的差距。在电子技术研究与应用上以及系统整体解决方案上尚有一定差距。如：智能控制保护器专用芯片研究与应用；小型化、高精度互感器；新型传感器；检测技术及相关仪器；高精度测量技术等等。国外大公司在系统整体解决方案上走在前面。四、我国低压电器发展趋向1、低压电器概念发生变化智能电网用户端电器设备是低压电器的扩展与延伸。它是指从变压器到用电设备之间对电能进行传输、分配(配电)、保护、控制、质量监控、电能管理等所有设备和系统。包括分布式能源（光伏、风电等）系统中保护与控制以及投切电器设备，它是低压电器概念的扩展与延伸。2、低压电器新产品发展思路将发生重大变化，从单一产品设计转变为从系统应用和发展角度去考虑低压电器如何发展。例：新一代小容量交流接触器设计时必须与电动机保护断路器、热继电器、电子式过载继电器设计一并考虑，便于形成各种组合电器。3、全选择性过电流保护与系统智能化、网络化是低压配电与控制系统发展必然方向，它使低压电器业务模式，包括销售模式将发生根本改变。从单一产品为主的业务模式逐步转变为系统整体解决方案，根据系统整体解决方案，选用相应参数、功能、性能要求的低压电器使系统更简洁、更协调、更安全、更可靠。4.智能电网用户端低压电器产品将采用统一的平台和标准。随着各类智能化电器不断诞生，功能不断强大，当配电系统中各类智能电器集中使用时会出现功能重叠，不仅造成功能上浪费，还会由于性能上不协调造成保护不可靠，甚至形成故障。5.低压电器继续向高性能、小型化、智能化、多功能、高可靠、绿色环保、系列简洁方向发展，以更好满足系统发展需要。（1）满足超大容量配电系统配套要求（2）满足智能电网发展要求（3）满足全选择性过电流保护要求（4）满足双电源系统配套要求（5）满足电动机保护与控制一体化要求6、低压电器高端制造技术与装备将成为优秀企业下一步发展重点在低压电器产品新技术不断得到应用、产品结构不断优化，产品功能不断增加，产品性能不断提高的同时，如何保证新产品性能一致性与可靠性。同时，在劳动力成本不断上升的今天，如