盤形懸式瓷絕緣子制造技術2.pdf

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1、 山東高亞絕緣子有限公司盤形懸式瓷絕緣子2023年制造技術2023年主 目 錄1.瓷絕緣子發展歷程2.配方選擇與產品設計4.制造過程管控3.關鍵制造工藝5.產品質量檢測6.產品預期壽命研究 目錄2023年1 1 山東高亞山東高亞瓷絕緣子瓷絕緣子發展發展歷程歷程2023年 山東高亞絕緣子有限公司成立于2006年6月，于2009年開始研發高強度鋁質瓷配方圓錐頭交流瓷絕緣子，取得雙傘160kN、210kN、240kN、300kN產品的定型試驗報告，2010年獲得了檢定證書。2013年開始研發圓錐頭交、直流420kN、550kN大噸位瓷絕緣子，2014年取得全系列型號絕緣子的定型試驗報告；2018年獲

2、得了檢定證書，開始為特高壓開始為特高壓交、交、直流線路工程供貨直流線路工程供貨。2012年啟動圓柱頭交流鋁礬土配方瓷絕緣子的開發，2016年為巴基斯坦（PROCUREMENT OF 500 kV TRANSMISSION LINE）線路，供貨160kN交流圓柱頭瓷絕緣子50余萬片。1.發展歷程 2018年開始研發高溫氧化鋁圓柱頭交、直流瓷絕緣子配方和產品，2020年通過了定型試驗和產品鑒定，20212021年年開始開始為為特高壓特高壓交、交、直流線路直流線路工程工程供貨氧化鋁供貨氧化鋁圓圓柱柱頭瓷絕緣子頭瓷絕緣子。近幾年參加特高壓大噸位盤形懸式瓷絕緣子性能提升關鍵技術研究項目，對原料、配方、工

3、藝等進一步優化，產品質量獲得進一步的提高。2023年2.配方選擇與產品設計2 2 配方選擇與產品設計配方選擇與產品設計2.1配方選擇2.2產品設計2023年2.配方選擇與產品設計2.1配方選擇 瓷絕緣子早期采用普通硅酸鹽瓷，其瓷強度水平較低，無法滿足高噸位瓷絕緣子的需求，因此開發了鋁質高強度瓷。鋁質高強度瓷早期受鋁質原材料的制約，采用了高溫煅燒鋁礬土粉作為主要原料，瓷強度水平大幅度提高。但由于高溫煅燒鋁礬土雜質含量高，有害雜質鐵、鈦無法在后續加工中除掉，剛玉結晶差，剛玉晶相中含有氣孔及晶相形狀不規則，粒度分布范圍廣，造成瓷材料強度分散性大，帶來產品強度分散性大?；谝陨显?，及近年來鋁質原材料

4、加工技術的進步，山東高亞從2020年開始淘汰高溫煅燒鋁礬土原料，使用工業高溫氧化鋁粉作為制造瓷絕緣子的主要原料。氧化鋁瓷的強度與礬土質瓷的強度相當，但因其純度高，幾乎不含雜質，晶相完整，形狀規則，粒度分布合理，瓷材料的分散性大幅度降低，對減少產品的分散性發揮了重要作用。2023年2.配方選擇與產品設計2.1配方選擇 各種配方的瓷試條強度如下表。序號類 別種 類主 要 原 材 料無釉試條強度/MPa1普通瓷交流煅燒鋁礬土、焦石、石英、長石、粘土115-1252高強瓷交流煅燒鋁礬土、石英、長石、粘土152-1603高強瓷直流煅燒鋁礬土、石英、長石、粘土、碳酸鋇151-1664高強瓷交/直流高溫氧化

5、鋁、石英、長石、粘土、碳酸鋇155-1622023年2.配方選擇與產品設計2.1配方選擇-瓷質顯微結構普通瓷氣孔率普通瓷氣孔率高強瓷氣孔率高強瓷氣孔率氧化鋁瓷氣孔率氧化鋁瓷氣孔率普通瓷晶相普通瓷晶相高強瓷晶相高強瓷晶相氧化鋁瓷晶相氧化鋁瓷晶相2023年2.配方選擇與產品設計2.2產品設計 山東高亞早期產品采用圓錐頭結構，自2021年全部采用圓柱頭結構。圓錐頭結構產品應力主要集中在頭部圓弧，圓柱頭產品頭部圓弧處應力集中程度明顯減少，應力分布比較均勻。相同強度等級的產品，圓柱頭結構應力分布優于圓錐頭結構，應力分布更均勻，在同樣運行條件、同樣電場分布的情況下，零值概率大大降低。圓柱頭圓柱頭瓷件應力分

6、布瓷件應力分布圓錐頭圓錐頭瓷件應力分布瓷件應力分布2023年2.配方選擇與產品設計2.2產品設計 修改了鐵帽外形尺寸，實現了同等級產品的鐵帽外形尺寸行業同一，實現了更換產品所用閉式夾具的通用性。2023年2.配方選擇與產品設計型 號類 型重量/kgU160BP/55T圓錐頭11.5圓柱頭10.5U210BP/170T圓錐頭13.2圓柱頭11.1U300BP/195T圓錐頭15.91圓柱頭13.3U420BP/205T圓錐頭24.88圓柱頭19.5U550BP/240T圓錐頭29.1圓柱頭23.1減輕減輕8.70%8.70%減輕減輕15.91%15.91%減輕減輕16.4016.40%減輕減輕2

7、1.62%21.62%減輕減輕20.62%20.62%采用氧化鋁圓柱頭結構的產品重量下降，并且噸位等級越大，下降幅度越明顯，降低了施工和更換產品的勞動強度。2023年3 3 關鍵制造關鍵制造工藝工藝1.原料的預處理與球磨2.泥漿過篩除鐵3.成型方式與工藝4.上釉上砂工藝5.燒成工藝6.內水壓試驗7.膠合劑配制8.裝配與養護工藝 2023年3.1原料的預處理與球磨 磨前除鐵工藝粘土化漿除鐵設備球磨機去離子水制備設備 為減少自來水中雜質對產品性能的影響，所有配料用水全部統一采用去離子水。粘土類原料經化漿、過篩、除鐵，減少粘土的機械鐵，剔除大顆粒以及樹根、雜草，保證泥漿的純度，提高粘土原料的可塑性。

8、泥料的細度和顆粒級配是影響瓷件的電氣性能和機械性能的關鍵因素。為確保泥料的高質量，山東高亞嚴格控制每一磨泥料的出磨細度和顆粒級配，使泥料的性能始終處在最佳狀態。3.關鍵制造工藝2023年3.2泥漿過篩除鐵多級過篩處理 泥料中的大顆粒，對最終產品性能會產生不利影響。為解決此問題，山東高亞對泥漿進行多次過篩處理。泥漿中的大顆粒減少，泥漿的顆粒級配得到保證。鐵鈦類雜質對產品的機械性能和電氣性能影響極大。公司對部分原料應用永磁除鐵器進行磨前除鐵；對泥漿先用高磁場電磁自動除鐵器除鐵，再應用永磁除鐵器進行除鐵?？刂颇嗔蟽魸{的鐵點數不多于3個。電磁自動除鐵器永磁除鐵器3.關鍵制造工藝2023年3.3成型方式

9、與工藝 由采用人工單刀壓坯改進為壓坯機自動進坯、壓坯，泥段吊裝的機械化。由人工推刀修坯改進為激光自動定位、自動進刀修坯。壓坯：從手動到自動自動定位修坯機3.關鍵制造工藝手動控制 自動控制 2023年圓柱頭傘盤上釉機圓柱頭頭部上釉機 傘盤釉：用24工位自動上釉機上釉；嚴格控制釉漿密度，保證傘盤部位的釉層厚度符合規定要求；釉面光滑平整，不允許有多釉、缺釉、釉縷等缺陷存在。頭部釉：應用專用頭部上釉機，對頭部進行上釉。嚴格控制釉漿密度、浸釉時間，保證頭部的釉層厚度；控制上釉尺寸，保證傘盤釉和頭部釉重疊部位符合要求。3.關鍵制造工藝3.4上釉工藝2023年 應用上砂機對干坯頭部內、外側壁上砂。瓷砂粒徑、

10、上砂密度嚴格按制造工藝文件執行，上砂部位及尺寸嚴格按圖紙規定執行。全自動上砂機半自動上砂機3.關鍵制造工藝3.4上砂工藝2023年 目前瓷絕緣子制造行業主要應用連續式窯爐-隧道窯和間歇式窯爐-抽屜窯進行燒成。山東高亞主要使用隧道窯進行生產，抽屜窯作為備用。連續生產式窯爐：隧道窯窯爐自動控制系統氣氛測定儀3.關鍵制造工藝3.5燒成工藝隧道窯抽屜窯2023年3.6 內水壓試驗內水壓試驗機 對160KN級及以上瓷件逐只做內水壓試驗，剔除檢瓷工序用目視無法發現的有內部缺陷的瓷件，提高例行檢驗合格率。被剔除的瓷件內部存在或多或少的缺陷，證明內水壓試驗對剔除有缺陷的瓷件是有效的。打擊試驗3.關鍵制造工藝2

11、023年3.7 膠合劑配制自動控時攪拌機流動度測定儀 采用去離子水配制膠合劑，自動控時保證攪時間，流動度控制實現膠合劑的一致性。3.關鍵制造工藝2023年3.8裝配與養護工藝產品裝配采用自動定位振動膠裝，產品裝配精度大幅提高，產品性能分散性明顯降低。產品裝配后用機械手搬運至鏈條養護室，進行蒸汽養護。產品的分散性減小，職工的勞動強度降低。3.關鍵制造工藝2023年4 4 制造過程管控制造過程管控1.原材料管控2.泥料細度、水分化學成分管控3.產品尺寸與釉層管控4.燒成控制5.瓷質性能管控6.膠合劑性能管控2023年4.1原材料管控氧化鋁：選用高溫氧化鋁，Al2O399.3%，Na2O0.2%，真

12、密度3.95g/cm3.長 石：選用低鈉長石，嚴格控制長石的細度。K2O/Na2O 18，Na2O 0.5%。細度：200目篩余 0.5%。石英粉：SiO2 98%，細度：250目篩余 3%。機械鐵含量0.02%粘 土：采用精加工粘土，和原礦粘土進行化漿過篩除鐵處理后入磨工藝。多元素測定儀激光粒度分析儀4.制造過程管控 2023年4.制造過程管控 激光粒度分析儀多元素測定儀烘 干 箱快速水分測定儀4.2泥料細度水分與化學成分管控4.3產品尺寸與釉層管控尺寸專檢釉漿密度釉層厚度頭部釉厚度2023年窯爐自動控制系統氣氛測定儀 根據燒成曲線，由窯爐自動控制系統通過控制燒嘴溫度，實現對全窯溫度的控制；

13、同時據氣氛測定結果調整窯內氣氛。根據氧化鋁配方應用特點，對燒成溫度進行調整：提升不同階段的燒成溫度，保證有機物及碳酸鹽類礦物以及雜質及礦物的分解；確保瓷件尺寸及外形的前提下，使瓷體中形成盡量多的液相，以利于二次莫來石的生成。4.4燒成控制4.制造過程管控 2023年4.5瓷質性能管控 孔隙性試驗體積密度測試試品制備電氣強度測試4.制造過程管控 2023年4.6膠合劑性能管控干縮率測定壓蒸膨脹率測定膠合劑試條強度測定關注水泥膠合劑的干縮率、壓蒸膨脹率及強度的跟蹤試驗，確保膠合劑性能符合標準。4.制造過程管控 2023年5 5 產品質量檢測產品質量檢測1.逐只例行檢驗2.抽樣試驗3.第三方抽樣試驗

14、2023年5.1逐只例行檢驗 所有產品在包裝出廠前均進行50%例行拉力試驗，300kN以下產品進行工頻火花試驗，300kN及以上產品和特高壓線路用所有產品拉力試驗后先進行高頻火花試驗，再進行工頻火花試驗，通過試驗的產品才能包裝。5.質量檢測檢驗例行拉力試驗例行拉力試驗高頻火花試驗高頻火花試驗工頻火花試驗工頻火花試驗2023年5.2抽樣試驗 山東高亞擁有抽樣試驗所需的所有試驗設備和具有資質的試驗人員，公司內可完成所有抽樣試驗的項目。5.質量檢測檢驗 冷熱試驗冷熱試驗尺寸檢查尺寸檢查偏差測量儀偏差測量儀鍍層測試儀鍍層測試儀鎖緊銷試驗鎖緊銷試驗無線電干擾試驗無線電干擾試驗可見電暈試驗可見電暈試驗體積

15、電阻試驗體積電阻試驗沖擊擊穿試驗沖擊擊穿試驗機電破壞負荷試驗機電破壞負荷試驗2023年5.3第三方抽樣試驗 山東高亞最近幾條特高壓線路工程第三方抽樣試驗結果如下。5.質量檢測檢驗工程名稱南陽荊門長沙駐馬店-武漢福建北電南送產品等級550kN550kN420kN 平 均 值(kN)637.8641.1505.2 標 準 偏 差（kN)4.976.417.27 保 證 值(kN)622.93621.87483.39從上表可以看出：產品的保證值比額定值高13%15%。2023年6 6 產品預期壽命研究產品預期壽命研究6.1機械性能 6.2電氣性能2023年6.1機械性能 6.預期壽命研究機械性能6.

16、1.1瓷件強度試驗 瓷件的強度越高，抵抗應力的能力越強，在長期受力的情況下，瓷件破壞的幾率 越低，線路運行越安全。為此，采用加強鐵帽、鋼腳裝配，測試瓷件的強度水平。配 方 類 別瓷件破壞強度420kN破壞范圍值610795平 均 值678.9標準偏差45.60 保 證 值542.1550kN破壞范圍值8261045平 均 值957.3標準偏差48.53保 證 值811.7420kN和550kN的瓷件強度保證值分別達到額定值的29%和47%，對產品的長期運行質量提供了保障。2023年6.預期壽命研究機械性能6.1.2 膠合劑性能試驗彈性模量/GPa齡期/天抗壓強度/MPa齡期/天 180天齡期內

17、，對水泥膠合劑抗折/抗壓強度、彈性模量、干縮率隨時間變化的特性進行試驗，膠合劑強度、彈性模量及干縮率隨著時間增加，逐漸趨于穩定，對產品的長期運行提供了保障。收縮率/%齡期/天抗折強度/MPa齡期/天2023年6.1.3產品老化試驗-加強熱機試驗 試驗程序：先進行4天12個冷熱循環，每個循環8h，包括冷卻至-40和加熱到+60，次序是先冷卻后加熱，最高和最低溫度各連續保持1h；試驗中試品施加額定破壞負荷的80%，每小時進行一次卸載、加載；每天進行一次零值測試。一個程序結束后，如無零值，則對該樣品繼續重復上述試驗。試驗進度，目前2022年生產的550kN三傘產品已做過8天24個循環，產品尚無零值。

18、6.預期壽命研究機械性能2023年6.1.3產品老化試驗-加強熱機試驗6.預期壽命研究機械性能試驗設備試驗設備試品安裝試品安裝加卸載曲線加卸載曲線溫度程序溫度程序2023年 6.1.4希望能夠參與配合有關部門進行舞動、震動、覆冰、雷暴等與惡劣運行環境相關的產品長期機械性能變化試驗研究，以對產品的配方、結構等改進提供方向。6.預期壽命研究機械性能2023年6.2電氣性能6.2.1直流離子遷移（體積電阻率）試驗：按照標準進行不同配方的瓷絕緣子進行試驗，測定不同 溫度的體積電阻率，研究絕緣子的長期直流性能。6.預期壽命研究電氣性能控制測量系統控制測量系統試驗設備試驗設備配 方交流瓷鋁礬土高強瓷 氧化

19、鋁高強瓷測量溫度體 積 電 阻R90/1.097E+111.337E+11R1205.331E+091.447E+101.598E+10R150/2.115E+092.249E+09 直流瓷的體積電阻率明顯高于交流瓷，氧化鋁瓷的直流瓷的體積電阻率明顯高于交流瓷，氧化鋁瓷的體積電阻率比鋁礬土瓷有所提高；電阻率越高，同樣體積電阻率比鋁礬土瓷有所提高；電阻率越高，同樣條件下離子遷移的數量越少，有利于增加產品壽命。條件下離子遷移的數量越少，有利于增加產品壽命。2023年6.2.2空氣中沖擊擊穿耐受試驗 1）標準幅值的最大耐受次數 鋁礬土配方圓錐頭產品最高耐受次數為163次；氧化鋁配方圓柱頭產品最高耐受次數為422次。2）提高幅值耐受能力 按標準試驗方法、提高標么值各取10只產品進行空氣中沖擊擊穿耐受試驗。6.預期壽命研究電氣性能氧化鋁瓷產品的電氣性能得到提高，有利于提高產品的耐雷擊性能和沖擊性能。耐受能力試驗設備2023年 總 結 隨著對瓷絕緣子材料、結構的深入研究，制造工藝的進步，過程管控的細化，試驗檢測手段的不斷完善，生產條件的持續改進和在線運行性能的深入研究，生產制造技術向自動化、數字化、智能化方向發展，瓷絕緣子的質量水平將不斷提高，運行瓷絕緣子的零值率將逐步降低，相信不久的將來會達到零值免檢的水平，為線路的長期安全運行打下堅實的基礎。2023年匯報完畢！謝謝！