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行业动态

国内高压开关进入智能化转型关键期

2013-10-161149人浏览

随着智能电网建设的逐步深入,高压开关也在不断向智能化方向推进。目前在国际上处于领先地位的高压开关柜产品具有脱扣回路断线监测、动作时间检测、接触部件检测、弹簧的储能时间检测等功能,综合这些功能就构成了智能化高压开关。
  
  “十二五”期间,我国高压开关行业大型骨干企业,进一步深入开展特高压开关设备核心技术与关键部件的技术研究,实现特高压装备立足国内、自主研发、全面实现国产化的目标。结合智能电网、数字变电站、配网自动化等的建设,大力推进开关设备智能化。
  
  未来,高压开关将会使控制、信号、保护、测量和监视等功能组合起来,使高压开关柜具有连续自监视以及与电站控制系统直接连接等功能,从而实现其中多种功能的任意组合,这些技术将引导未来高压开关技术发展的潮流。
  
  高压开关在机遇中转型
  
  高压开关市场的需求动向取决于电力市场的发展,近年来,全球输配电设备市场需求总体呈上升趋势,同时随着农网改造、特高压、超高压直流输电等工程的建设,带动了我国输配电设备行业的快速发展。
  
  据前瞻产业研究院数据监测显示,2007年~2012年,高压开关制造行业工业总产值逐年增加,同比增长率均在10%以上,行业保持较快的发展速度。预计2013年我国配电开关控制设备制造行业销售收入约为5600亿元,同比增速约20%;2017年配电开关控制设备制造行业销售收入将达到13000亿元左右,年均增长率约23%。
  
  “国内高压开关需求有扩大的趋势,这与特高压电网发展带来的技术进步和市场需求有关,从而带动了整个开关行业的发展。在市场占有率方面,国产开关正在扩大市场份额,但在产品质量和关键组部件制造技术方面仍有差距,尤其是大规模生产如何保障产品质量方面仍需要积累经验。”上海电科院高级工程师黄华告诉记者。
  
  事实上,智能电网建设,对相关电力设备的发展与技术水平提出了新的挑战,适应智能电网建设需求,电力设备的智能化也得到了制造商与用户的极大关注。不断提高设备的智能化水平,使现代传感技术、微处理技术以及状态监测与故障诊断技术等得到了广泛利用。开关的小型化、可靠性、自动化、智能化也明显增强。
  
  智能化需突破技术瓶颈
  
  近年来,随着产能过剩引起竞争加剧,原材料、人力成本的不断上升,我国高压开关行业面临着价格下降、利润下滑的压力,新形势下,智能电网与特高压的建设对开关智能化提出了新的要求。
  
  西安高压开关电器研究院资料显示,我国每年开关设备年增长率基本为7%~11%。据估算,如果用智能开关替代传统开关,按每年替换率为3%~5%计算,则全年的总需求量将达3万~5万台,这还不包括新上项目的需求部分。而低压开关的实际用量虽然没有准确统计,但低压开关与高压开关的配置比例大致为1比12至1比15,以此推算,智能低压开关年需求量也应该在50万~70万台。
  
  工业化和城镇化的快速发展拉动对电力的需求持续增长,高压开关等电气设备行业面临良好发展机遇。然而,我国开关行业的智能化还面临诸多困境,技术瓶颈无疑成为智能化转型的关键。
  
  “目前在高压开关国产化和智能化的道路上,主要有以下三个方面的问题。
  
  一是集成到智能化一次设备的传感器抗干扰问题。集成到智能一次设备中的各种传感器在高电压强磁场的环境下很容易受干扰。二是智能化设备的可靠性问题。很多一次设备厂家集成二次设备厂家的智能元件到一次设备上,导致部分设备在投运后出现寿命短、维护频繁等现象。三是智能化设备的试验方法和试验标准问题。智能设备(包含智能组件)的检测与试验标准尚未建立,国内缺少智能化装置的权威检测机构。”中国西电集团公司西安西电开关电气有限公司党委书记张猛告诉记者,智能设备的可靠性、稳定性、整体技术性能还需要时间验证。
  
  智能电网建设的不断推动,输电网络体系上各类电气装备正在向智能化靠拢,变电站也不例外。智能变电站是采用先进、可靠、集成和环保的智能设备,在使用过程达到高度自动化的水准。
  
  坚强智能电网是功能强大的能源转换、高效配置和互动服务平台,是坚强电网与智能控制紧密融合的现代电网。坚强智能电网以坚强骨干网架为重要基础,具有信息化、自动化、互动化的特征。随着“发、输、变、配、用”各个环节智能化水平的逐渐提升,变电站建设正逐渐向智能化、集成化迈进。
  
  智能变电站是采用先进、可靠、集成和环保的智能设备,以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求,自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和检测等基本功能,同时,具备支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策和协同互动等高级功能的变电站。智能变电站主要包括智能高压设备和变电站统一信息平台两部分。智能高压设备主要包括智能变压器、智能高压开关设备、电子式互感器等。智能变压器与控制系统依靠通信光纤相连,可及时掌握变压器状态参数和运行数据。当运行方式发生改变时,设备根据系统的电压、功率情况,决定是否调节分接头;当设备出现问题时,会发出预警并提供状态参数等,在一定程度上降低运行管理成本,减少隐患,提高变压器运行可靠性。
  
  智能高压开关设备是具有较高性能的开关设备和控制设备,配有电子设备、传感器和执行器,具有监测和诊断功能。

 2012年,受制于国际市场低迷、OEM行业外贸出口受阻等发展阻力,以及国内经济结构调整导致经济下行、主要行业需求下降等外部条件制约,PLC市场规模为79.9亿元人民币,回落到2010年水平,整体萎缩9.2%,年增长率第二次出现负值,跌至-9.20%,中国PLC市场经历了相对低迷的发展阶段。
  
  作为应用最为普及的自动化控制产品,PLC应用深度和广度已经成为工业先进与否的重要标志之一。国外发达国家PLC市场应用增长放缓的同时,作为新兴市场的中国,受产业结构调整和制造业升级转型驱动影响,已经成为世界PLC竞争主战场。无论中国自动化经济未来将走向何方,可以预见“改变正在发生”,中国自动化市场将伴随中国经济回暖重归平衡发展期,市场增速将由快速的“起伏期”进入中速的“温和期”。
  
  整体市场规模萎缩,新兴市场仍存商机
  
  虽然导致各个行业萎缩的因素各不相同,但结果却是一致:老客户需求减少,新客户开发受阻,企业生产设备升级改造计划搁置。
  
  2012年,PLC在OEM市场规模萎缩至41.71亿元人民币,负增长13.43%,纺织、机床、造纸、风电四大行业同比减少20%以上;民生相关行业:包装食品、医疗同比增幅20%左右,民生消费带来的相关行业需求成为PLC市场抢眼的增势亮点。
  
  PLC在项目型市场,钢铁建材、造纸等主要行业应用表现欠佳,而在汽车、化工、市政三个领域表现尚可。因此,项目型市场整体发展平稳,未出现大起大落,市场规模为38.19亿元人民币,同比2011年小幅下滑4.12%。受国内政策和项目型市场行业性质影响,未来短期内国内项目型市场相对乐观。
  
  2012年中国大型PLC项目型市场整体走势较好,在石油、石化、市政及公共设施行业均表现10%以上可喜增长;唯独在冶金、建材、造纸行业下滑比较明显,2013年大型PLC市场规模将恢复至2011年水平,达到13.17亿元。
  
  受产业升级和产品成本降低等因素影响,部分小型PLC客户正逐渐选用性价比更高的中型PLC,从而造成2013年中型PLC市场将愈加活跃,市场增长率3.6%。
  
  国内小型PLC产品供应商较多,应用领域广泛,受OEM行业整体萎缩,产品自身功能受限等因素,市场份额将进一步下降,跌至38.01%,但将以接近2%的增长率呈现正增长。
  
  随着中国经济结构逐步调整到位,十二五规划进入中后期,部分行业投资恢复性增长,新一届政府重视民生经济导向将催生新的市场机会,因此,gongkong坚信未来市场恢复增长趋势,预计2013年中国PLC市场将以3%小幅增长率破冰前行。
  
  未来,工厂自动化程度的不断提高和PLC市场容量基数的不断扩大,作为“世界工厂”的中国依然是自动化产品与市场技术发展最为迅速的新兴市场,因而,中国PLC市场前景值得期待。
  
  本土厂商实力尚弱,国际品牌驰骋中国市场
  
  2012年PLC市场TOP10厂商格局小幅变化,西门子、三菱依然牢牢把握冠、亚席位,罗克韦尔借全年在市政和城市基础建设方面的骄人战绩成功挺进三甲,曾经的季军欧姆龙,以微弱的劣势位居第四。
  
  大型PLC市场要求供应商拥有较高技术研发能力和资金实力,因而从目前市场来看,拥有成熟产品线和一定市场份额的厂商还相对有限,市场集中度较高,罗克韦尔、施耐德、西门子依然牢牢把握主要市场,中国本土品牌尚无建树。
  
  中型PLC市场西门子依然一家独大,强势占据市场半壁江山,罗克韦尔业绩迅猛增长。目前,中型PLC在技术功能上均逐渐靠近大型PLC,而且性价比较之大型PLC优势明显,可以预见,未来的中型PLC市场将出现无比惨烈的一场角逐。
  
  小型PLC市场依然由西门子、三菱、欧姆龙共同占比半壁江山,台达作为后起之秀后劲十足,期待未来能有惊喜表现。
  
  中国品牌排名普遍比较靠后,证明,在与老牌国际品牌竞争上,本土品牌尚不能与之相提并论,而且中国本土品牌主要集中于小型PLC市场,在中大型PLC市场尤其在大型PLC市场,基本处于绝对性的劣势。究其原因,主要有:品牌和应用业绩市场认可度不高,产品线不完善、品种较少,后续研发实力不强等原因。
  
  在清醒地认识到国内PLC厂商竞争劣势的同时,也高兴地看到国内厂商存在较大的竞争优势。首先,地利优势:国内PLC厂商能够确切了解中国用户的需求,并适时地根据中国用户的要求开发、生产适销对路的PLC产品,产品的针对性和易用性更强。其次,定制化优势:由于是完全本地化的研发、生产、销售和技术支持,国内PLC厂商可以根据用户的特殊需求定制个性化产品。第三,成本优势:这种成本优势直接转变为产品价格优势。第四,服务优势:国内PLC厂商能更快响应用户服务需求,并能显著提高服务质量。
  
  虽然居于榜单下半区,可喜的是,榜上有名的本土品牌业绩均有所增长,分别是无锡信捷增长18.75%,和利时增长12.5%,深圳合信增长6.25%,这种普遍性的高增长,说明中国本土PLC品牌已成为市场中不可忽视的新生力量。
  
  由模仿到创新,到逐渐成长为拥有自主知识产权、开始局部替代进口品牌的重要市场力量,本土PLC供应商的成长历程有目共睹。现在,本土品牌占据一定市场份额的企业越来越多,逐渐形成了替代部分日韩品牌的发展态势。
  
  虽然短期内,本土PLC供应商在品牌和技术实力上尚不能和国际厂商抗衡,还要经过一段时间的孵化才能具有实质性的实力提升;但从长远看,本土厂商拥有众多的有利条件,未来,中国PLC厂商需要把握市场机遇,扬长避短,再接再厉。
  
  信息技术革新,垫步PLC集成化智能化
  
  PLC产品从当初单纯的逻辑控制功能,经历网络化、系统化、集成化的不断演变,在技术融合,信息化与自动化叠加发展的大趋势下,PLC将会容纳越来越多的先进技术和更全面的功能。今天的PLC不再局限于单纯的逻辑控制功能了,在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。
  
  信息技术领域的不断革新,PLC新器件和模块不断推出,编程工具越来越丰富多样;云计算、网络通信技术的应用,催生运算速度更快、存储容量更大、更智能的PLC品种出现;从配套性上看,产品品种会更丰富、规格更齐全。
  
  随着PLC功能不断强大,以及软硬件的标准化趋势,越来越多的企业将依托统一的软件平台,将PLC与其他产品组合,形成成套解决方案,以此满足工厂日益提高的集成度和融合度需求。各主流PLC厂商产品线日益完善,企业定位逐渐由产品供应商向方案提供商的方向转变,集成自动化概念以及对未来的智能化应用趋势愈加明确。

工业自动化控制是工业技术进步的重要方向,是机电一体化、推进两化融合的基础工作。但是,多年来一直缺少国家层面的关注和战略性安排,处于严重落后阶段,并存有重大隐患。

  什么是工厂自动化领域的自动控制技术?简单讲,用于连续流程的(电力化工)即DCS,用于非连续过程的(冶金、造纸、纺织、机械加工等制造领域及环保等)为PLC。PLC用途广泛,既解决单机自控,也提供流水线和工厂自动化解决方案。

  我国连续流程自动化(DCS)发展比较快,以能源和重化工为主,主要在应用方面,并且多年来得到国家政策支持,所以行业内部的认识和重视程度比较高,与国际先进水平的差距正在缩短。在断续流程自动化(国外通常说“工厂自动化”FactoryAutomation,简称FA)领域,面临的问题却越来越紧迫。

  国际工控技术与产业的发展趋势

  工业自动化控制是工业技术进步的重要方向:解决效率、产品质量、可靠性、一致性的基础技术。

  普及工控是推进产业结构优化升级,以“信息技术改造传统产业”,推进两化融合的基础工作。

  近几十年,随着ICT技术突飞猛进的发展,工业自控系统和仪表仪器技术进步很快,呈微型化、数字化、智能化、网络化、集成化等特点。

  一般认为,工业自动化有两个主要领域:以过程(流体运动)控制技术支撑的流程自动化(PA)和以运动控制技术支撑的工厂自动化(FA或离散型生产自动化)。前者从传统的模拟式回路仪表起步,综合ICT控制技术,发展为分布式(或集散式)控制系统DCS。其高度的可靠性、方便的组态软件、丰富的控制算法、开放的联网能力等优点,成为计算机工业控制系统的主流,广泛应用于大型、设备众多、工况复杂的流程型装备的自动控制,如大型化工厂、火电厂等。

  可编程控制器(PLC):以继电器技术为基础,综合ICT技术,以程序化方式实现设备的电气控制。PLC结构紧凑、响应快、现场环境适应性与可靠性好(耐振动、噪声、灰尘、油污等)、抗干扰能力强、价格较低,是与DCS并驾齐驱的另一主流控制系统。

  工业自动控制技术路线呈互相渗透、互相融合的趋势。PLC应用范围向中小型过程控制系统、近程维护服务系统、节能监控等领域扩展,在某些应用上取代了DCS。DCS也应用PLC与工控计算机联合组网。总的趋势是更加开放(细化分工合作)、标准化、产品化、集成化。

  上世纪90年代以来,现场总线技术FCS迅速发展。这是安装在生产现场的数字式智能化仪表与测控设备,与自动控制装置或系统间的多点通信、全分散、开放式的底层控制网络系统。

  世界工控行业经过几十年的大浪淘沙,已形成少数跨国公司规模生产、瓜分全球市场的寡头垄断局面。原来的几百个厂商目前只剩下几十个,最著名者如西门子、ABB、Honeywell、三菱、菲尼克斯等,其工控产品均号称兼具DCS/PLC/FCS功能,在质量、价格、售后服务方面已经赢得了市场信誉。

  工业信息化是电子通信技术(ICT)与先进制造技术融合的产物,是设备可控性、测控设备适用性及信息优化应用的综合成果。自控系统和仪表仪器是现代工业装备以及交通、能源、国防、重大公益设备等的神经中枢、运行中心和安全屏障,其功能是监测控制整个工艺流程和产品质量,保障工业重大装备安全可靠运行和实现高效优化。

  所以,推进制造环节自动化,是提升我国工业竞争力的核心技术之一,是两化融合的基础。推进工控技术自主创新,掌握工控行业发展主导权,扭转目前过分依赖国外技术和受制于人的被动局面,是当前振兴装备工业的一个核心问题,是不能回避的战略任务。

  我国工控行业总体落后的现状与原因

  国产控制系统难以进入重大工程的关键、核心、主体装备,这一市场的大部分仍被国外工控系统垄断。

  工控发展滞后是中国工业大而不强的关键原因之一,也对产业安全和国家经济安全带来威胁。

  目前我国自主发展PLC工控系统,最需要的是形成一个具有较高通用性的工控系统平台。

  我国的工控行业目前总体上处于弱势地位,与国际先进水平仍有10~15年的差距。行业情况可概括为:技术差距大、市场信任度低、外资强势竞争等。

  (一)用于重大装备的DCS取得重要进展,现场仪表和顶层系统薄弱。

  上世纪80年代,我国使用的DCS产品全部是国外产品,当时国家组织对进口成套重大装备的自控系统进行技术消化,原机械、电力两部协同攻关,率先在大型火电机组领域实现突破。目前自主研制的超临界300~600MW火电机组主控DCS系统已装机数十套、经受了多年运行检验。在这个过程中,一些中资企业脱颖而出,如北京和利时、浙大中控、新华中控等。上海自动化仪表、国电智深公司也在300~600MW机组主控DCS具备了相同能力。但由于工程应用能力、质量、声誉等原因,这些产品的应用对象,除电力外,仍以中小工程项目为主,或用于大型工程项目的非主要部分,用量更大的大型石化工程主控系统尚未能进入。

  我国自控产业链的两头——底层的现场仪表(尤其是变送器和执行机构)、上层的综合自动化软件是最薄弱环节。我国自行设计制造的智能变送器只占国内市场的9%。顶层综合控制软件能力弱,一方面是因为工控企业对用户的工艺特征理解不深刻,经验积累不足,从而制约了顶层集成能力和快速进入细分市场的能力(工控企业受制于国家关于设计企业资质门槛的规定也是一方面原因)。用户市场对本国工控技术/产品的不认同,制约了自主研发的工控产品实践提高的机会。

  由于上述原因,国产控制系统难以进入重大工程的关键、核心、主体装备,这一市场的大部分仍被国外工控系统垄断。

  (二)用于广大离散型工厂自动化的PLC系统,情况不容乐观。

  当前PLC技术的应用范围,涵盖了除大型化工、电力企业之外的几乎所有工业行业。但是,目前我国PLC应用市场,95%以上被外国产品占领,本国企业处于绝对劣势。

  跨国公司的产品享受零部件进口免税等政策优惠,本国厂商在家门口面对强势国际竞争,毫无招架之力。

  (三)PLC系统难自立,行业研发平台缺失。

  一是本国企业和机构,规模小、业务分散,形不成气候。