懸式復(fù)合絕緣子工藝性和可靠性

隨著近十幾年來(lái)國(guó)家加大電力線路建設(shè)和改造，各種絕緣子的用量越來(lái)越多，特別是懸式復(fù)合絕緣子的用量快速增長(zhǎng)，在我國(guó)掛網(wǎng)運(yùn)行的復(fù)合絕緣子約有300萬(wàn)支。懸式復(fù)合絕緣子與瓷，玻璃絕緣子相比，具有結(jié)構(gòu)緊湊，強(qiáng)度高，重量輕，彈性好，不易破碎，不易受人為破壞，優(yōu)異的憎水性，不用清掃，泄漏距離長(zhǎng)，不測(cè)零值，少維護(hù)，安裝運(yùn)輸方便等優(yōu)點(diǎn)。世界各地都已廣泛應(yīng)用。但如果沒(méi)有通過(guò)科學(xué)設(shè)計(jì)和完善生產(chǎn)工藝作保證，投入運(yùn)行的絕緣子容易出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，甚至導(dǎo)致嚴(yán)重的事故。

1.傘裙和護(hù)套成型工藝

目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)懸式復(fù)合絕緣子的工藝主要有：整體擠包護(hù)套穿傘，整體模壓和整體注射成型三種。

整體擠包護(hù)套穿傘生產(chǎn)成本低，組織生產(chǎn)方便，冷縮電纜終端易滿足多規(guī)格，數(shù)量少的客戶要求。但其傘裙與護(hù)套之間采用室溫硫化膠人工粘接，易出現(xiàn)界面氣泡，粘接不牢，擊穿等機(jī)械電氣性能質(zhì)量問(wèn)題，以及室溫硫化膠相對(duì)高溫硫化膠易老化等無(wú)法解決的問(wèn)題，屬于比較落后的生產(chǎn)工藝。整體模壓投入生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)易，價(jià)格低廉。但由于固態(tài)硅橡膠的流動(dòng)差，尤其在室溫下，流動(dòng)性能很不好，很難填充滿較大傘裙或較復(fù)雜結(jié)構(gòu)的模腔，易造成表面缺陷較多，以及不可避免的芯棒偏心和損傷問(wèn)題，影響掛網(wǎng)運(yùn)行后的產(chǎn)品質(zhì)量。

整體注射成型，是公認(rèn)的自動(dòng)化程度高，效率高，質(zhì)量穩(wěn)定，國(guó)內(nèi)外專家都認(rèn)為是最先進(jìn)的硫化工藝，是第三代復(fù)合絕緣子。傘裙和護(hù)套是用同一材料一次成型，沒(méi)有穿傘擠包工藝的不同材料界面問(wèn)題；硅橡膠在射入模腔前采取較高溫度塑化措施，提高了硅橡膠注射時(shí)的流動(dòng)性，在注射模具具有較大的注射壓力下注入模腔，從而解決模壓成型存在的局部缺膠問(wèn)題。但是如果沒(méi)有完善工藝和有效的管理作保證，生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品也易出質(zhì)量問(wèn)題。

用注射成型工藝生產(chǎn)存在常見(jiàn)問(wèn)題和解決方法：

芯棒偏心和損傷問(wèn)題。高溫高壓的硅橡膠從芯棒一邊注入模腔，易造成芯棒的偏心，護(hù)套的兩邊厚薄不均勻，嚴(yán)重情況是芯棒沒(méi)有得到保護(hù)，長(zhǎng)期運(yùn)行后造成芯棒脆斷，可能出現(xiàn)惡性事故。此問(wèn)題可以通過(guò)二個(gè)方面來(lái)解決，一是提高硅橡膠的流動(dòng)性，采用液態(tài)硅橡膠代替固態(tài)膠，可以非常容易解決。其次，在模具設(shè)計(jì)時(shí)采用多處定位和合理提高固態(tài)膠流動(dòng)性的方法來(lái)解決，能確保偏差在0.2mm范圍之內(nèi)，和不損傷芯棒，其性能完全能達(dá)到或超過(guò)用其它工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品。

脫模難的問(wèn)題，由于高壓懸式復(fù)合絕緣子多傘裙的特點(diǎn)，歐式電纜接頭決定了整體成型時(shí)硅橡膠與模具的接觸面很大，易出現(xiàn)脫模困難的問(wèn)題，如果很難脫模，就會(huì)操作芯棒粘模開(kāi)裂，缺膠影響外觀，成品率低，可靠性明顯下降。此問(wèn)題解決辦法：一是硅橡膠配方作調(diào)整，適當(dāng)提高脫模材料的比例。二是模具型腔材料選擇進(jìn)口鋼材，并提高拋光的光潔度，提高模具的加工工藝，或內(nèi)腔電鍍鉻處理。

分段成型溫差損傷芯棒的問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)有幾個(gè)廠家已做到220kV及以下的產(chǎn)品一次注射成型，不需要分段成型，而500kV以上絕緣子都采用分段成型工藝，由于硅橡膠硫化溫度一般在170℃左右，芯棒在模腔溫度與在室內(nèi)的溫度達(dá)150℃左右，接駁處加以不同的功率加熱器進(jìn)行分段加熱的方式，消除溫度劇變?cè)斐蓽囟葢?yīng)力過(guò)于集中的問(wèn)題。通過(guò)此方法改進(jìn)后，從未發(fā)現(xiàn)因溫度應(yīng)力對(duì)芯棒損害的問(wèn)題。

2.芯棒與金具聯(lián)接工藝

芯棒與金具的聯(lián)接方式目前國(guó)內(nèi)外主要采用三種方式：粘接式，楔接式和壓接式。粘接式由于存在粘接劑老化問(wèn)題，低溫脆變和效率低，粘接效果受人為因素影響大等不足已較少采用；楔接式分為內(nèi)楔和外楔，內(nèi)楔會(huì)破壞芯棒的完整，降低芯棒和機(jī)械強(qiáng)度，有少量廠家采用，外楔因連接強(qiáng)度不穩(wěn)定及工藝復(fù)雜，掉線率高，已很少采用；壓接式如果采用完善的工藝控制，將會(huì)大大提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，目前國(guó)內(nèi)外大部分廠家采用壓接方式，下面就壓接工藝與質(zhì)量關(guān)系作些探討。

通過(guò)壓接使絕緣子金具產(chǎn)生塑性變形而壓緊芯棒產(chǎn)生強(qiáng)大的摩擦力，獲得要求的抗拉強(qiáng)度。最佳的壓接結(jié)果應(yīng)該是在壓接力作用下，金具充分變形與芯棒完全密貼而不過(guò)度變形將脆性芯棒壓脆，并且使金具的變形抗力達(dá)到最大。要達(dá)到此效果是極為困難的，不但要復(fù)雜的彈塑性能計(jì)算還要考慮各種外界因素，一般采用經(jīng)驗(yàn)和大量試驗(yàn)的辦法解決。

目前壓接方式主要有三種控制方法：

一種是模具單方向運(yùn)動(dòng)方式，壓接模具只有上，下二塊，通過(guò)油壓裝置，推動(dòng)模具單方向往上或下移動(dòng)將金具擠壓塑性變形達(dá)到壓接效果。由于金具、芯棒、機(jī)臺(tái)和模具本身都有一定的加工公差、金具塑性變形不均勻以及壓接速度太快，并且是否過(guò)壓無(wú)法判別，壓接質(zhì)量不穩(wěn)定，方法只限于少量廠家采用并用于電壓等級(jí)較低，機(jī)械強(qiáng)度不高的產(chǎn)品上。

第二種是通過(guò)八個(gè)徑向均勻分布的模具在油缸作用下產(chǎn)生恒定壓力，對(duì)金具進(jìn)行壓接力量控制，并且壓接過(guò)程用聲發(fā)射監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)芯棒質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控的方法。此方法比第一種方法壓接效果有質(zhì)的提高，但也存在美中不足的問(wèn)題：一是模具與油缸配合后同心度和同步是無(wú)法做到很精密的，二是金具每批或同一批材料不完全一樣，球頭球窩材料也不同，避雷器廠家并且熱處理過(guò)程也存在一定的差異，造成每只金具硬度不同，所需壓接力量也不相同。這二個(gè)問(wèn)題的存在最終導(dǎo)致壓接效果不穩(wěn)定的弊端。

第三種是八個(gè)徑向模具均勻分布，并且通過(guò)一次性加工的增力錐套配合進(jìn)行柔性壓接的壓接量控制，壓接過(guò)程同時(shí)配合聲發(fā)射監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)芯棒質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控的方法，此方案解決了：一是塑性金具與脆性芯棒壓接并且變形量只有0.2～0.5mm，如果壓接速度過(guò)快會(huì)損傷芯棒，加大金具反彈，使金具與芯棒不能緊密結(jié)合，壓接強(qiáng)度降低的問(wèn)題，本方案采用3～5秒緩慢而持續(xù)的壓接和0～9秒保壓的柔性壓接方法，不僅大大降低芯棒壓接損傷的機(jī)率而且提高金具與芯棒的壓接強(qiáng)度。二是金具和芯棒存在加工偏差，每批或同批零件都存在尺寸配合松緊不同的問(wèn)題，可以在壓接時(shí)設(shè)定預(yù)緊壓力，壓接量測(cè)定前就將金具與芯棒間隙消除，保證每個(gè)產(chǎn)品都是相同壓接效果，三是壓接的同步性和同心度問(wèn)題。加工模塊時(shí)，先加工好內(nèi)、外圓、長(zhǎng)度，安裝孔等后再平均切割為八個(gè)模塊，而增力錐套也是一次性加工的錐面，二者配合沒(méi)有太多的累積公差的問(wèn)題，保證整體的同心度和同步性。

3.端部密封工藝

絕緣子芯棒的脆斷會(huì)造成導(dǎo)線落地的最嚴(yán)重的事故。如果芯棒沒(méi)有做到有效的保護(hù)，潮氣及腐蝕性氣體侵入是引起芯棒脆斷最重要因素之一。而端部的電場(chǎng)強(qiáng)度復(fù)雜，是最需要重點(diǎn)防護(hù)的地方。目前端部密封各個(gè)廠家主要用常溫硫化膠密封；套入成形密封圈后用常溫硫化膠密封；用高溫硫化膠一次整體密封三種方法。常溫硫化硅橡膠性能與高溫注射的硅橡膠不同，其機(jī)械性能，耐電蝕，耐老化性能遠(yuǎn)比高溫硫化硅橡膠差，在高電壓的戶外運(yùn)行下，產(chǎn)品常受電氣，機(jī)械和戶外陽(yáng)光，雨水沖擊，長(zhǎng)期運(yùn)行后可能出現(xiàn)端部密封劣化和潮氣入侵，芯棒難以得到應(yīng)有的保護(hù)。而高溫硅橡膠上的密封是將硅橡膠經(jīng)注射機(jī)高溫高壓注射，在模具中與護(hù)套整體硫化成型，密封膠充分填充金具與芯棒間的所有間隙；并與金具緊密粘接，徹底根除了用室溫膠密封的界面氣泡，粘接不牢、人為問(wèn)題缺陷和隱患，極大提高了端部密封的可靠性。

綜合上述，懸式復(fù)合絕緣子外套采用整體注射一次成型，金具聯(lián)接采用具有柔性壓接配聲波擦傷儀和端部密封采用高溫硅橡膠一次整體密封的生產(chǎn)工藝是保證產(chǎn)品長(zhǎng)期運(yùn)行的最佳而有效辦法。

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