復合空心絕緣子市場的日益增長使競爭日益加劇。去年五月，TE Connectivity（TE）世界級的絕緣子工廠在昆山落成啟用。TE在2001年通過收購該項業(yè)務進入復合空心絕緣子行業(yè)并以Axicom作為新的品牌，毗鄰上海的昆山工廠標志著TE對其復合空心絕緣子業(yè)務的重新布局。
INMR前往昆山工廠拜會了密切參與這一項目的TE管理層并帶領讀者獨家領略這一世界領先的制造工廠。
“TE輸電產品高級市場總監(jiān)Robert Strobl強調了昆山工廠的戰(zhàn)略重要性，他說，“這家新工廠代表著TE能源部有史以來在這一市場的最大單筆投資。我們進行的第一次盡職調查始于2011年，以評審在中國地區(qū)的廠址選擇，從聯(lián)營體到確認全資控股生產基地，TE昆山工廠的落成標志著整個投資過程的結束?！?/p>
“當前客戶擔憂的是頗具挑戰(zhàn)性的運行環(huán)境，他們要求確保所安裝的絕緣子能夠運行至少40年。”
Strobl繼續(xù)解釋道，最終決定興建如此規(guī)模先進的工廠是基于眾多的市場因素，其中最重要的因素是中國以及其他地區(qū)對于采用復合空心絕緣子替代瓷絕緣子的趨勢日益增長，尤其是在系統(tǒng)電壓越來越高的情況下。事實上，近期試運行的750kV變電站全部裝備了復合空心絕緣子（見INMR 2015年第三期），這標志著中國電力行業(yè)的“分水嶺”。現(xiàn)在電網(wǎng)運營商可以將這一技術的壽命周期成本和運行性能與傳統(tǒng)瓷絕緣子進行比較，以進行最優(yōu)選擇。
另外Strobl介紹，TE之所以支持這么大規(guī)模投資的另一個原因是實現(xiàn)在整個地區(qū)關鍵客戶附近建立生產中心的目標，特別是考慮到將遠在歐洲TE工廠的大型絕緣子產品運到本地的產品交期和運費。他說，“我們需要進行本地化生產，以便更好地支持跨國OEM制造商在中國以及遍及亞洲其他地區(qū)經(jīng)營他們的業(yè)務。
昆山工廠單根纏繞管的長度將達到12m
前任項目經(jīng)理，現(xiàn)任絕緣子產品線的產品經(jīng)理Steve Dewdney密切參與了新工廠從計劃到啟動的所有工作。他解釋說，盡管新工廠在多個領域開辟了新天地，生產技術的關鍵元素是基于瑞士沃倫工廠Axicom品牌使用多年的生產技術。他說，“我們昆山工廠有能力制造長度達12米的玻璃鋼管而不需要任何粘接，我們使用的是和瑞士沃倫工廠完全相同的纖維纏繞技術以及相同的生產設備。”
但兩個工廠之間還有一些較大的差異。瑞士工廠生產的絕緣子護套采用液體硅橡膠（LSR）制成，而昆山工廠則采用高溫硫化硅橡膠（HTV）。這一材料上的轉變直接影響了生產工藝的關鍵要素，包括使用的注射機類型以及諸如壓力和溫度的關鍵工藝參數(shù)，因此意義重大。也影響了與法蘭盤之間的粘接工藝。Dewdney解釋道：“中國市場非常傾向于使用HTV，因為更具成本優(yōu)勢，我們最終確定選擇其作為外套材料，將有助于增強我們在當?shù)氐母偁幜Α！?/p>
Dewdney表示“做出改用HTV硅橡膠護套的決定是基于當?shù)氐氖袌銎煤统杀疽蛩亍！?/strong>
昆山工廠生產的絕緣子采用角度改善的大小傘裙交替設計，以獲得更高的爬電系數(shù)。
然而，與中國市場的一貫做法不同，TE決定不按照大多數(shù)國內絕緣子供貨商的做法即自行混合HTV硅橡膠，而是決定從當?shù)氐臍W洲化工巨頭采購該種材料。Dewdney說，“我們詳細評估了護套材料的問題，并做出決定不自己混合，而是用我們在線路高壓避雷器上經(jīng)過多年使用并驗證的HTV配方，這意味著我們對這種材料及其性能已經(jīng)有豐富的經(jīng)驗。從確保各個批次產品質量穩(wěn)定性，我們也認為從這一行業(yè)的專業(yè)供應商采購硅橡膠材料被客戶視為一大優(yōu)勢?！?/p>
昆山工廠設計的HTV硅橡膠絕緣子的爬電系數(shù)為4.2，而瑞士沃倫工廠生產的絕緣子的爬電系數(shù)為3.8。
除了外套材料的選用，傘裙的幾何結構也是絕緣子性能的關鍵，Strobl介紹說，為了降低復雜性并滿足“適用性”的要求，我們決定盡可能將設計標準化。就這一點而言，昆山工廠生產的絕緣子采用角度改進的大小傘裙交替以達到更高的爬電系數(shù)。Strobl指出，事實上，所有新工廠生產的絕緣子都符合IEC60815第3部分關于高污染的要求，這么做的目的是為了保證絕緣子將持續(xù)良好地運行，即使在中國或世界上其他條件非常苛刻的環(huán)境下均能夠運行良好。
例如，Dewdney表示，這種新型HTV絕緣子經(jīng)受了人工污染測試、暴雨測試以及-60至105℃的極限溫度測試。他說，“鑒于我們認為IEC61462標準設置得較低，我們的測試遠超該標準的要求。當前客戶擔憂的是頗具挑戰(zhàn)性的苛刻條件，他們要求確保所安裝的絕緣子將正常運行至少40年。
Dewdney告訴我們，昆山工廠生產的絕緣子通過了干凈霧氣5000h試驗和10000h的UV老化測試，兩項測試的目標均是為了確保絕緣子的性能遠高于正常的要求。Strobl補充說，新絕緣子外套設計的另一個優(yōu)點是如果運行在潔凈的環(huán)境下，可以相應縮短絕緣子的長度，與此同時仍能保持相同的性能。
薄壁管配小法蘭使絕緣子成品的重量降低25%至30%，而不改變其機械性能。
與本地競爭對手生產的絕緣子的其中一個主要區(qū)別在于, 昆山工廠生產的復合空心絕緣子的管壁厚度。Dewdney和Strobl解釋說，TE的纖維纏繞技術使管壁厚度明顯比國內主要廠家的管壁厚度更薄。薄壁管配小法蘭使絕緣子成品的重量降低25%至30%，而不改變其機械性能。Strobl說，“采用的薄壁管技術使我們在許多應用方面領先于競爭對手，諸如用于地震多發(fā)區(qū)、穿墻套管以及罐式斷路器。因此，我們一直采用自己生產的管材，從未考慮過從本地外購。這是我們的核心技術之一，我們所掌握的這項技術使我們能夠在管材設計需要更改的時候滿足任何客戶的需求。
采用懸式鋸以最大化的精度切割管材。昆山工廠生產的管材（左圖）的厚度與本地主要競爭對手管的厚度的比較。
同時，在將諸如HTV硅橡膠的粘性材料模壓到更薄壁管上所需的高壓下，需要保護薄壁管免受被損壞的風險。Dewdney解釋說，低壓下將LSR硅橡膠模壓到管材上不存在任何問題，通過注射時采用特殊的芯棒支撐于管材內克服了這一挑戰(zhàn)性的問題。芯棒通常比纏繞成型時采用的芯棒更短，在模壓成型時起到支撐管材的作用，絕緣子出模后即可脫除芯棒。
出模后帶支撐芯棒的絕緣子準備脫出芯棒。
Dewdney強調說，昆山工廠的整個注射成型過程都經(jīng)過了仔細的分析，以達到盡可能全方位的優(yōu)化。目前工廠車間的三臺機器中，兩臺是分步成型單元，計劃通過一系列連續(xù)注射口來生產較大尺寸的絕緣子。第三臺設備用于一體注射成型，生產較低電壓等級、長度較短的絕緣子。
2013年，TE能源部在昆山另一個自主生產中高壓電纜附件的生產基地購買并安裝了這些設備。與此同時，新工廠同期在建，我們的產品專家團隊對整個成型過程進行審核以積累經(jīng)驗并完善各個步驟。設備經(jīng)過了特定的調試以滿足所有既定的關鍵標準，新工廠建成后很快投入了生產。
特制的單槍注射成型機以滿足工藝標準的要求。
Dewdney說，“例如，客戶要求良好的粘接性能、傘裙挺直無波浪變形、無氣泡、無凹陷痕跡。同時我們也希望成型出來的產品幾乎沒有飛邊，而飛邊不僅代表著廢料也意味著需要后續(xù)精加工。IEC標準允許不超過1mm的飛邊，新工廠設定的目標是該標準的一半。我們決定在成型過程的前端增加投資以確保所有出模的產品無任何缺陷。這意味著我們必須開發(fā)品質卓越的模具，采用比本行業(yè)一般采用的更高強度的鋼材。”他強調，優(yōu)質模具的另一個好處是高注射壓力下重復使用多年而不變形，而變形最終可能導致傘裙偏差和產生多余的飛邊。
在管材上機械加工特殊的密封槽以確保管材和模腔之間完美的密封。
此外，提前在管上機加工特殊的密封槽，以保證每次高壓成型的產品均滿足所要求的精確范圍。這些密封槽與模具中相應的密封圈配合。Dewdney說，“我們這樣設計是確保每一個模腔密不漏氣，以保證模具內部的高壓狀態(tài)，達到良好的填充以及消除氣泡的風險?！?/p>
法蘭的粘接。用RTV材料填充外套和法蘭之間特意留下的小間隙。
法蘭與管材之間的配合是決定空心絕緣子未來性能的關鍵區(qū)域，因此該制造過程受到了嚴密的監(jiān)控。
TE昆山工廠和瑞士沃倫工廠生產的絕緣子之間最后一個但很重要的區(qū)別是法蘭的粘接。LSR外套成型過程中，注射成型前粘接法蘭和管材，而HTV硅橡膠外套絕緣子的法蘭粘接是等到絕緣子出模后再進行。Dewdney說，法蘭與管材之間的配合是決定空心絕緣子運行性能的關鍵區(qū)域，因此該制造過程受到了嚴密的監(jiān)控。
昆山工廠的生產工藝稱為“過盈配合”，首先用超聲波清洗法蘭，然后加熱并用壓板夾緊。涂上粘合劑，施加較大的力使其與管材之間夾緊。Dewdney解釋說：“法蘭冷卻后收縮在管材上，使兩者相互咬合以確保機械性能。”該過程完成后進入粘接劑固化的過程。
HTV材料、法蘭和管材之間專門保留了不超過5mm的縫隙以確保完美的密封。最后一個生產步驟將采用高質量長效RTV硅橡膠材料填充這個縫隙。Dewdney說，“通過鑒定我們發(fā)現(xiàn)當?shù)匾恍┕┴浬滩捎玫腛型圈設計存在著潛在的風險，我們認為這可能導致水分浸入絕緣子的這一關鍵區(qū)域?！?/p>
未來的緊湊型工廠
參觀了昆山新工廠之后，更加明確了Dewdney和Strobl提出的關鍵優(yōu)勢，同時也身臨其境體驗了昆山工廠有別于行業(yè)內大多數(shù)生產設施。Dewdney表示，除了超前的外觀，超潔凈的地面空間和緊湊的生產線之外，還采用了日本知名的精益管理系統(tǒng)工具對制造過程的每個步驟均進行了分析和優(yōu)化。在這一管理理念下，杜絕了任何影響質量因素存在的機會。他也告訴我們，昆山新工廠的工作人員在瑞士工廠接受了為時數(shù)周的全方位的質量保證培訓。
Tony Ni。昆山工廠和沃倫工廠質控人員的相互交流使雙方的知識得到了共享。
從樣品管上取樣用于監(jiān)測玻璃化轉變溫度（Tg）的測試檢驗。
運營經(jīng)理Tony Ni解釋說，工廠有四個等級的質量檢驗，從進廠的原材料到生產過程中的半成品，再到所有工序完成后的絕緣子成品。例如在材料測試實驗室，纖維纏繞過程結束后從每一根管材上取樣進行測試。用馬弗爐將這些樣品加熱到幾百攝氏度燃盡樹脂成分，測得玻璃纖維含量。
進廠的金屬元件如導電桿將進行測試以評估其斷裂強度，同時也嚴密監(jiān)控纖維纏繞過程所用樹脂的粘度。Tony說，作為TE的工廠，其中一個優(yōu)勢是使用公司在上海的大型材料試驗室，這使新工廠有機會與其他部門共享計劃和質量控制方針。
固化后轉入修剪和機加工之前檢查管材的尺寸精度。
復合空心絕緣子的制造過程始于管材的制造，昆山新工廠兩臺纏繞機用于生產管材，機器安置在嚴格控制溫濕度的車間。纏繞的管材經(jīng)過幾個小時固化后進行尺寸精度檢查，通過后轉入修剪和機械加工工序。
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對成品絕緣子進行懸臂測試和內部壓力測試。
目前，昆山工廠生產的管材最長為10.5m，但預期使用現(xiàn)有的設備可以達到12m，生產能力達到可生產內徑為83mm-1100mm尺寸的管材以適用于當?shù)厥袌鲭妷焊咧痢?00kV直流的單管空心絕緣子。Dewdney提出，工廠也能提供電壓高至1200kV交流項目的絕緣子，該電壓等級項目在中國正在進行論證。他說，“這是一個完全由項目所驅動的行業(yè)，因此我們必須能夠反應迅速，同時，我們需要轉換到越來越高的電壓，以便于新的應用出現(xiàn)后，我們在供應上處于最有利的位置。”
昆山工廠的一體注射成型機。
昆山工廠的注射成型機擁有專利，因為在很多方面進行了個性化定制以使設備性能達到最優(yōu)化。隨著工廠產能的提高，Tony預計將來可能需要再增加2-3臺這樣的設備。
昆山工廠高壓實驗室可進行大部分產品的內部試驗。
生產的最后一個步驟是測試絕緣子成品，為此在工廠建了一個面積為1600m2高度為30m的全屏蔽高壓實驗室，配備1.35MV 交流變壓器和一臺3.2MV的沖擊發(fā)生器。質量經(jīng)理Andrew Wei說：“這一試驗設備可以滿足內部測試高至1000kV絕緣子、500kV電纜附件和550kV套管?！?/p>
TE內部使用關鍵績效指標（KPIs），例如客戶投訴次數(shù)或者對客戶需求的響應速度。昆山工廠也在推行TE運營優(yōu)勢（TEOA），其目標是精簡生產和確保持續(xù)改進生產力。Strobl舉例說，預期昆山新工廠將實現(xiàn)生產力每年增長3%至5%。Dewdney指出，“無論是昆山工廠還是瑞士沃倫工廠，我們都要求產品質量達到最高等級”。TEOA的另一項指標是對客戶的交付承諾，就新工廠來說，我們以超過95%的按時交貨率滿足客戶的要求。
全球復合空心絕緣子市場的總額目前估計約5億美元，Strobl說過去幾年中經(jīng)歷了戲劇性的轉變。瓷絕緣子曾經(jīng)主導著90%的市場，目前足有四分之一的市場被復合絕緣子占據(jù)，隨著終端用戶開始更加關注壽命周期成本而不僅僅是初始購置成本，這一比例目前正在迅速增長。
Strobl預計未來的三到五年銷售額將迅速增長，內銷和出口各占一半。第一年的銷售目標很大程度上取決于滿足所有資格審核，以及得到OEM客戶和當?shù)仉娏Σ块T批準。一旦上述程序完成后，預計銷售量將提高到工廠滿負荷生產的目標。
回顧迄今為止昆山工廠所取得的成果，Strobl評論說“有了這個新工廠，我們認為已經(jīng)為未來做好了準備，僅僅依靠我們的瑞士工廠使完成銷售目標增長愈加困難?，F(xiàn)在兩者結合的杠桿作用使我們的生產能力更好地滿足客戶的需求。中國工廠能提供更大尺寸、更高產量的產品，而瑞士工廠能夠更多專注于專業(yè)產品的開發(fā)?！?/p>
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