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特高壓電網(wǎng)絕緣子可承受百萬伏高壓和50噸拉力

用劣質(zhì)黏土做出“瓷器活兒”

已經(jīng)在國家電網(wǎng)中服役的瓷絕緣子

絕緣子絕緣性高壓測試場

當(dāng)下，我國縱橫綿延的超高壓、特高壓電網(wǎng)已經(jīng)成為經(jīng)濟社會快速發(fā)展的顯著標志，線塔、線架和線網(wǎng)密布的景象頗為壯觀，然而不為人所知的是，成就一道道電力“長城”的要素中，有一個小東西至關(guān)重要而又往往被人忽視，它就是絕緣子。

日前，全球首條瓷絕緣子自動化生產(chǎn)線在內(nèi)蒙古精誠絕緣子有限公司的廠區(qū)內(nèi)正式啟動調(diào)試。

“沒有絕緣子就沒有高壓電網(wǎng)”，公司董事長、精誠瓷絕緣子技術(shù)研發(fā)帶頭人張耀辰在接受科技日報記者采訪時說：“作為一種重十幾公斤到幾十公斤的瓷瓶，絕緣子的外表實在不起眼，但是它蘊含的技術(shù)卻極其豐富。”

每款特高壓絕緣子要服役50年

作為變電站和高壓輸電線路基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，絕緣子承擔(dān)著絕緣、支撐、機械連接三大任務(wù)。“在超、特高壓的傳輸線路中，電壓最高可超過100萬伏，兩個塔架之間的輸電線纜直徑超過15厘米，可產(chǎn)生50多噸的拉力，而這些高壓和強拉力，首先要由絕緣子來承擔(dān)。”張耀辰介紹說。

在精誠絕緣子的生產(chǎn)車間內(nèi)記者看到，高壓瓷絕緣子的生產(chǎn)過程工序繁多、十分復(fù)雜，公司高級工程師包永躍告訴記者：“目前，國內(nèi)和世界上高壓電網(wǎng)使用的絕緣子主要是基于玻璃、瓷、復(fù)合材料3種材料制成。3種材料的產(chǎn)品三分天下，而作為相對傳統(tǒng)、使用時間最長的瓷絕緣子，技術(shù)創(chuàng)新的要求相對更大、空間相對更廣。”

在已經(jīng)平穩(wěn)運行的國內(nèi)多條特高壓輸電線路中，精誠絕緣子的產(chǎn)品占據(jù)著半壁江山，張耀辰指著實景圖片介紹說，由于特高壓線路的特殊性，絕緣子一旦開始履行使命，就基本無法進行更換，因此，除了承受強力和高壓，絕緣子還要有自我防塵、適應(yīng)各類惡劣自然氣候條件的性能，至少要連續(xù)工作50年。

“這一系列近乎苛刻的要求，使得特高壓絕緣子產(chǎn)品與普通絕緣產(chǎn)品具有質(zhì)的區(qū)別，特高壓絕緣子不是一件產(chǎn)品，而是一個具有完整機械結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，它與我們小時候在電線桿下?lián)斓降男“状善浚莾蓚€概念。”包永躍告訴記者。

據(jù)絕緣子行業(yè)內(nèi)部的統(tǒng)計資料顯示，國內(nèi)有超過200家的線路絕緣子制造企業(yè)，其中具有一定生產(chǎn)規(guī)模的企業(yè)約有40家。但是經(jīng)過特高壓電網(wǎng)這一高門檻“考核”之后，全球能夠為其提供產(chǎn)品的企業(yè)只有日本NGK和國內(nèi)包括精誠絕緣子在內(nèi)的3家企業(yè)。

“絕密配方”讓劣質(zhì)黏土頂住百萬伏特

瓷絕緣子從選料到出廠，需要經(jīng)過原料檢驗、配料、球磨、過篩除鐵、制漿、造粒、制坯、上釉、燒成、磁檢、切割研磨等工序。針對我國特高壓電網(wǎng)的使用要求，承受百萬伏高壓和數(shù)十噸拉力是絕緣子產(chǎn)品的核心性能，也是精誠絕緣子主要的技術(shù)研發(fā)和投入方向。

改變原料的成分含量和屬性、提升產(chǎn)品的密實度，是核心中的核心。“傳統(tǒng)觀念看來，作為陶瓷生產(chǎn)原料的黏土成分越純、粘度越高，產(chǎn)品質(zhì)量越好，但是我們的技術(shù)團隊并不這么認為。伴生黏土來源廣，成本極低而且環(huán)保，以此為原料，可以事半功倍，但實現(xiàn)這一目標，顆粒分析技術(shù)是關(guān)鍵。”包永躍說。

針對隨處可以采選的伴生黏土，張耀辰帶領(lǐng)團隊進行了細致深入的顆粒分析。經(jīng)歷數(shù)百次的成分分析和配方實驗，憑借對黏土旋流器的創(chuàng)新運用，團隊最終將伴生非優(yōu)質(zhì)黏土占產(chǎn)品原料的比例確定在60%，并擁有了自主知識產(chǎn)權(quán)的原料配方。

“配方的顆粒分析結(jié)論就是我們的核心技術(shù)，這一技術(shù)解決了兩個行業(yè)內(nèi)一直無法解決的問題，一是變廢為寶，將隨處可見的伴生黏土作為產(chǎn)品原料，從根本上降低了我們的生產(chǎn)成本;二是一并解決了劣質(zhì)黏土作為產(chǎn)品主要原料存在的和可能存在的一切不穩(wěn)定性。換句話說，我們的核心技術(shù)，可以用劣質(zhì)黏土做出比優(yōu)質(zhì)黏土密實度更高的產(chǎn)品，在行業(yè)內(nèi)，這是一次技術(shù)革命。”

16噸、21噸、24噸、42噸……與原料配方不斷改進同步發(fā)生變化的，是精誠絕緣子的產(chǎn)品性能，目前，企業(yè)生產(chǎn)的最新產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用于國家電網(wǎng)藏中聯(lián)網(wǎng)工程、吉昌至古泉特高壓直流輸電工程等重要工程，機電拉伸性能達到550KN(拉力超過55噸)，絕緣性能可在極端惡劣的氣候環(huán)境下輕松滿足百萬伏高壓需求。

技術(shù)創(chuàng)新實現(xiàn)自動化生產(chǎn)

電工陶瓷行業(yè)一直屬于典型的勞動密集型行業(yè)，復(fù)雜的工序、繁瑣的流程，使得瓷絕緣子的生產(chǎn)制造離不開大量的手工操作，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，是世界瓷絕緣子行業(yè)夢寐以求的一個目標。“難，非常難。”張耀辰坦言，“行業(yè)特性決定了這個目標的實現(xiàn)注定充滿坎坷，但是我們一直在堅持技術(shù)集成創(chuàng)新，我們堅信，手上有技術(shù)，一切皆有可能。”

張耀辰說，之所以說瓷絕緣子產(chǎn)品是復(fù)雜的裝備制造，是因為其核心技術(shù)不僅僅是原料配方，而是一個技術(shù)集成。近十年來，精誠絕緣子一直致力于這套技術(shù)集成的研發(fā)，全球首條自動化生產(chǎn)線在這里誕生，得益于此。

原料制備水化處理工藝，實現(xiàn)了水循環(huán)利用的同時，改變了生產(chǎn)流程;窯爐余熱利用技術(shù)創(chuàng)新，實現(xiàn)了生產(chǎn)線零排放，將烘干工序與燒制工序融為一體。液態(tài)水泥助磨劑制備、無線智能零值在線自檢、簡易回旋式篩分器、智能型換熱器、自動修坯機……短短幾年內(nèi)，20項核心技術(shù)創(chuàng)新先后大功告成。

自動化生產(chǎn)車間運行在即，記者看到，從配料、制作、上釉、烤制、檢測，再到最后的包裝，基本都實現(xiàn)了自動化。“我們根據(jù)這一整套核心技術(shù)，最終創(chuàng)新出這條生產(chǎn)線的靈魂——瓷絕緣子輥道窯。”包永躍說。

輥道窯其實并不是窯爐，而是一條生產(chǎn)線，由轉(zhuǎn)動的輥子作為陶瓷坯體運載工具，表面看來，與傳送帶較為相似，但是功能卻極為強大，在輥子的轉(zhuǎn)動使陶瓷從窯頭傳送到窯尾的過程中，就可以全自動完成燒制到檢測包裝。

這條全自動化瓷絕緣體流水生產(chǎn)線，是集無機礦物質(zhì)粉體破碎分選技術(shù)、電子稱量配料技術(shù)、輥道窯爐自動燒成技術(shù)等多項技術(shù)集成創(chuàng)新的高等級瓷絕緣子自動化生產(chǎn)線，可實現(xiàn)從原料輸入到成品檢驗輸出連續(xù)化生產(chǎn)。