復(fù)合空心絕緣子市場(chǎng)的日益增長使競爭日益加劇。去年五月，TE Connectivity（TE）世界級(jí)的絕緣子工廠在昆山落成啟用。TE在2001年通過收購該項(xiàng)業(yè)務(wù)進(jìn)入復(fù)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(biāo)志著TE對(duì)其復(fù)合空心絕緣子業(yè)務(wù)的重新布局。
INMR前往昆山工廠拜會(huì)了密切參與這一項(xiàng)目的TE管理層并帶領(lǐng)讀者獨(dú)家領(lǐng)略這一世界領(lǐng)先的制造工廠。
“TE輸電產(chǎn)品高級(jí)市場(chǎng)總監(jiān)Robert Strobl強(qiáng)調(diào)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(chǎng)的最大單筆投資。我們進(jìn)行的第一次盡職調(diào)查始于2011年，以評(píng)審在中國地區(qū)的廠址選擇，從聯(lián)營體到確認(rèn)全資控股生產(chǎn)基地，TE昆山工廠的落成標(biāo)志著整個(gè)投資過程的結(jié)束?！?/p>
“當(dāng)前客戶擔(dān)憂的是頗具挑戰(zhàn)性的運(yùn)行環(huán)境，他們要求確保所安裝的絕緣子能夠運(yùn)行至少40年?！?/strong>
Strobl繼續(xù)解釋道，最終決定興建如此規(guī)模先進(jìn)的工廠是基于眾多的市場(chǎng)因素，其中最重要的因素是中國以及其他地區(qū)對(duì)于采用復(fù)合空心絕緣子替代瓷絕緣子的趨勢(shì)日益增長，尤其是在系統(tǒng)電壓越來越高的情況下。事實(shí)上，近期試運(yùn)行的750kV變電站全部裝備了復(fù)合空心絕緣子（見INMR 2015年第三期），這標(biāo)志著中國電力行業(yè)的“分水嶺”?，F(xiàn)在電網(wǎng)運(yùn)營商可以將這一技術(shù)的壽命周期成本和運(yùn)行性能與傳統(tǒng)瓷絕緣子進(jìn)行比較，以進(jìn)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(gè)原因是實(shí)現(xiàn)在整個(gè)地區(qū)關(guān)鍵客戶附近建立生產(chǎn)中心的目標(biāo)，特別是考慮到將遠(yuǎn)在歐洲TE工廠的大型絕緣子產(chǎn)品運(yùn)到本地的產(chǎn)品交期和運(yùn)費(fèi)。他說，“我們需要進(jìn)行本地化生產(chǎn)，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(wù)。
昆山工廠單根纏繞管的長度將達(dá)到12m
前任項(xiàng)目經(jīng)理，現(xiàn)任絕緣子產(chǎn)品線的產(chǎn)品經(jīng)理Steve Dewdney密切參與了新工廠從計(jì)劃到啟動(dòng)的所有工作。他解釋說，盡管新工廠在多個(gè)領(lǐng)域開辟了新天地，生產(chǎn)技術(shù)的關(guān)鍵元素是基于瑞士沃倫工廠Axicom品牌使用多年的生產(chǎn)技術(shù)。他說，“我們昆山工廠有能力制造長度達(dá)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(shù)以及相同的生產(chǎn)設(shè)備?！?/p>
但兩個(gè)工廠之間還有一些較大的差異。瑞士工廠生產(chǎn)的絕緣子護(hù)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(zhuǎn)變直接影響了生產(chǎn)工藝的關(guān)鍵要素，包括使用的注射機(jī)類型以及諸如壓力和溫度的關(guān)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(chǎng)非常傾向于使用HTV，因?yàn)楦叱杀緝?yōu)勢(shì)，我們最終確定選擇其作為外套材料，將有助于增強(qiáng)我們?cè)诋?dāng)?shù)氐母偁幜Α！?/p>
Dewdney表示“做出改用HTV硅橡膠護(hù)套的決定是基于當(dāng)?shù)氐氖袌?chǎng)偏好和成本因素?！?/strong>
昆山工廠生產(chǎn)的絕緣子采用角度改善的大小傘裙交替設(shè)計(jì)，以獲得更高的爬電系數(shù)。
然而，與中國市場(chǎng)的一貫做法不同，TE決定不按照大多數(shù)國內(nèi)絕緣子供貨商的做法即自行混合HTV硅橡膠，而是決定從當(dāng)?shù)氐臍W洲化工巨頭采購該種材料。Dewdney說，“我們?cè)敿?xì)評(píng)估了護(hù)套材料的問題，并做出決定不自己混合，而是用我們?cè)诰€路高壓避雷器上經(jīng)過多年使用并驗(yàn)證的HTV配方，這意味著我們對(duì)這種材料及其性能已經(jīng)有豐富的經(jīng)驗(yàn)。從確保各個(gè)批次產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性，我們也認(rèn)為從這一行業(yè)的專業(yè)供應(yīng)商采購硅橡膠材料被客戶視為一大優(yōu)勢(shì)。”
昆山工廠設(shè)計(jì)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(chǎn)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(jié)構(gòu)也是絕緣子性能的關(guān)鍵，Strobl介紹說，為了降低復(fù)雜性并滿足“適用性”的要求，我們決定盡可能將設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化。就這一點(diǎn)而言，昆山工廠生產(chǎn)的絕緣子采用角度改進(jìn)的大小傘裙交替以達(dá)到更高的爬電系數(shù)。Strobl指出，事實(shí)上，所有新工廠生產(chǎn)的絕緣子都符合IEC60815第3部分關(guān)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(yùn)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(yùn)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(cè)試、暴雨測(cè)試以及-60至105℃的極限溫度測(cè)試。他說，“鑒于我們認(rèn)為IEC61462標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置得較低，我們的測(cè)試遠(yuǎn)超該標(biāo)準(zhǔn)的要求。當(dāng)前客戶擔(dān)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(yùn)行至少40年。
Dewdney告訴我們，昆山工廠生產(chǎn)的絕緣子通過了干凈霧氣5000h試驗(yàn)和10000h的UV老化測(cè)試，兩項(xiàng)測(cè)試的目標(biāo)均是為了確保絕緣子的性能遠(yuǎn)高于正常的要求。Strobl補(bǔ)充說，新絕緣子外套設(shè)計(jì)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是如果運(yùn)行在潔凈的環(huán)境下，可以相應(yīng)縮短絕緣子的長度，與此同時(shí)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(jī)械性能。
與本地競爭對(duì)手生產(chǎn)的絕緣子的其中一個(gè)主要區(qū)別在于, 昆山工廠生產(chǎn)的復(fù)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(shù)使管壁厚度明顯比國內(nèi)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(jī)械性能。Strobl說，“采用的薄壁管技術(shù)使我們?cè)谠S多應(yīng)用方面領(lǐng)先于競爭對(duì)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(chǎn)的管材，從未考慮過從本地外購。這是我們的核心技術(shù)之一，我們所掌握的這項(xiàng)技術(shù)使我們能夠在管材設(shè)計(jì)需要更改的時(shí)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(chǎn)的管材（左圖）的厚度與本地主要競爭對(duì)手管的厚度的比較。
同時(shí)，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(hù)薄壁管免受被損壞的風(fēng)險(xiǎn)。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(shí)采用特殊的芯棒支撐于管材內(nèi)克服了這一挑戰(zhàn)性的問題。芯棒通常比纏繞成型時(shí)采用的芯棒更短，在模壓成型時(shí)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(zhǔn)備脫出芯棒。
Dewdney強(qiáng)調(diào)說，昆山工廠的整個(gè)注射成型過程都經(jīng)過了仔細(xì)的分析，以達(dá)到盡可能全方位的優(yōu)化。目前工廠車間的三臺(tái)機(jī)器中，兩臺(tái)是分步成型單元，計(jì)劃通過一系列連續(xù)注射口來生產(chǎn)較大尺寸的絕緣子。第三臺(tái)設(shè)備用于一體注射成型，生產(chǎn)較低電壓等級(jí)、長度較短的絕緣子。
2013年，TE能源部在昆山另一個(gè)自主生產(chǎn)中高壓電纜附件的生產(chǎn)基地購買并安裝了這些設(shè)備。與此同時(shí)，新工廠同期在建，我們的產(chǎn)品專家團(tuán)隊(duì)對(duì)整個(gè)成型過程進(jìn)行審核以積累經(jīng)驗(yàn)并完善各個(gè)步驟。設(shè)備經(jīng)過了特定的調(diào)試以滿足所有既定的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)，新工廠建成后很快投入了生產(chǎn)。
特制的單槍注射成型機(jī)以滿足工藝標(biāo)準(zhǔn)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(shí)我們也希望成型出來的產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)允許不超過1mm的飛邊，新工廠設(shè)定的目標(biāo)是該標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)品無任何缺陷。這意味著我們必須開發(fā)品質(zhì)卓越的模具，采用比本行業(yè)一般采用的更高強(qiáng)度的鋼材。”他強(qiáng)調(diào)，優(yōu)質(zhì)模具的另一個(gè)好處是高注射壓力下重復(fù)使用多年而不變形，而變形最終可能導(dǎo)致傘裙偏差和產(chǎn)生多余的飛邊。
在管材上機(jī)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(jī)加工特殊的密封槽，以保證每次高壓成型的產(chǎn)品均滿足所要求的精確范圍。這些密封槽與模具中相應(yīng)的密封圈配合。Dewdney說，“我們這樣設(shè)計(jì)是確保每一個(gè)模腔密不漏氣，以保證模具內(nèi)部的高壓狀態(tài)，達(dá)到良好的填充以及消除氣泡的風(fēng)險(xiǎn)?！?/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(guān)鍵區(qū)域，因此該制造過程受到了嚴(yán)密的監(jiān)控。
TE昆山工廠和瑞士沃倫工廠生產(chǎn)的絕緣子之間最后一個(gè)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(jìn)行。Dewdney說，法蘭與管材之間的配合是決定空心絕緣子運(yùn)行性能的關(guān)鍵區(qū)域，因此該制造過程受到了嚴(yán)密的監(jiān)控。
昆山工廠的生產(chǎn)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(jī)械性能?！痹撨^程完成后進(jìn)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(gè)生產(chǎn)步驟將采用高質(zhì)量長效RTV硅橡膠材料填充這個(gè)縫隙。Dewdney說，“通過鑒定我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)匾恍┕┴浬滩捎玫腛型圈設(shè)計(jì)存在著潛在的風(fēng)險(xiǎn)，我們認(rèn)為這可能導(dǎo)致水分浸入絕緣子的這一關(guān)鍵區(qū)域。”
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(guān)鍵優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也身臨其境體驗(yàn)了昆山工廠有別于行業(yè)內(nèi)大多數(shù)生產(chǎn)設(shè)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(chǎn)線之外，還采用了日本知名的精益管理系統(tǒng)工具對(duì)制造過程的每個(gè)步驟均進(jìn)行了分析和優(yōu)化。在這一管理理念下，杜絕了任何影響質(zhì)量因素存在的機(jī)會(huì)。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(shí)數(shù)周的全方位的質(zhì)量保證培訓(xùn)。
Tony Ni。昆山工廠和沃倫工廠質(zhì)控人員的相互交流使雙方的知識(shí)得到了共享。
從樣品管上取樣用于監(jiān)測(cè)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）的測(cè)試檢驗(yàn)。
運(yùn)營經(jīng)理Tony Ni解釋說，工廠有四個(gè)等級(jí)的質(zhì)量檢驗(yàn)，從進(jìn)廠的原材料到生產(chǎn)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(cè)試實(shí)驗(yàn)室，纖維纏繞過程結(jié)束后從每一根管材上取樣進(jìn)行測(cè)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(cè)得玻璃纖維含量。
進(jìn)廠的金屬元件如導(dǎo)電桿將進(jìn)行測(cè)試以評(píng)估其斷裂強(qiáng)度，同時(shí)也嚴(yán)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(gè)優(yōu)勢(shì)是使用公司在上海的大型材料試驗(yàn)室，這使新工廠有機(jī)會(huì)與其他部門共享計(jì)劃和質(zhì)量控制方針。
固化后轉(zhuǎn)入修剪和機(jī)加工之前檢查管材的尺寸精度。
復(fù)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(tái)纏繞機(jī)用于生產(chǎn)管材，機(jī)器安置在嚴(yán)格控制溫濕度的車間。纏繞的管材經(jīng)過幾個(gè)小時(shí)固化后進(jìn)行尺寸精度檢查，通過后轉(zhuǎn)入修剪和機(jī)械加工工序。
INSERT TE 26 & 29 HERE
對(duì)成品絕緣子進(jìn)行懸臂測(cè)試和內(nèi)部壓力測(cè)試。
目前，昆山工廠生產(chǎn)的管材最長為10.5m，但預(yù)期使用現(xiàn)有的設(shè)備可以達(dá)到12m，生產(chǎn)能力達(dá)到可生產(chǎn)內(nèi)徑為83mm-1100mm尺寸的管材以適用于當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)電壓高至±800kV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(xiàng)目的絕緣子，該電壓等級(jí)項(xiàng)目在中國正在進(jìn)行論證。他說，“這是一個(gè)完全由項(xiàng)目所驅(qū)動(dòng)的行業(yè)，因此我們必須能夠反應(yīng)迅速，同時(shí)，我們需要轉(zhuǎn)換到越來越高的電壓，以便于新的應(yīng)用出現(xiàn)后，我們?cè)诠?yīng)上處于最有利的位置。”
昆山工廠的一體注射成型機(jī)。
昆山工廠的注射成型機(jī)擁有專利，因?yàn)樵诤芏喾矫孢M(jìn)行了個(gè)性化定制以使設(shè)備性能達(dá)到最優(yōu)化。隨著工廠產(chǎn)能的提高，Tony預(yù)計(jì)將來可能需要再增加2-3臺(tái)這樣的設(shè)備。
昆山工廠高壓實(shí)驗(yàn)室可進(jìn)行大部分產(chǎn)品的內(nèi)部試驗(yàn)。
生產(chǎn)的最后一個(gè)步驟是測(cè)試絕緣子成品，為此在工廠建了一個(gè)面積為1600m2高度為30m的全屏蔽高壓實(shí)驗(yàn)室，配備1.35MV 交流變壓器和一臺(tái)3.2MV的沖擊發(fā)生器。質(zhì)量經(jīng)理Andrew Wei說：“這一試驗(yàn)設(shè)備可以滿足內(nèi)部測(cè)試高至1000kV絕緣子、500kV電纜附件和550kV套管?！?/p>
TE內(nèi)部使用關(guān)鍵績效指標(biāo)（KPIs），例如客戶投訴次數(shù)或者對(duì)客戶需求的響應(yīng)速度。昆山工廠也在推行TE運(yùn)營優(yōu)勢(shì)（TEOA），其目標(biāo)是精簡生產(chǎn)和確保持續(xù)改進(jìn)生產(chǎn)力。Strobl舉例說，預(yù)期昆山新工廠將實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)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(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到最高等級(jí)”。TEOA的另一項(xiàng)指標(biāo)是對(duì)客戶的交付承諾，就新工廠來說，我們以超過95%的按時(shí)交貨率滿足客戶的要求。
全球復(fù)合空心絕緣子市場(chǎng)的總額目前估計(jì)約5億美元，Strobl說過去幾年中經(jīng)歷了戲劇性的轉(zhuǎn)變。瓷絕緣子曾經(jīng)主導(dǎo)著90%的市場(chǎng)，目前足有四分之一的市場(chǎng)被復(fù)合絕緣子占據(jù)，隨著終端用戶開始更加關(guān)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(yù)計(jì)未來的三到五年銷售額將迅速增長，內(nèi)銷和出口各占一半。第一年的銷售目標(biāo)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(dāng)?shù)仉娏Σ块T批準(zhǔn)。一旦上述程序完成后，預(yù)計(jì)銷售量將提高到工廠滿負(fù)荷生產(chǎn)的目標(biāo)。
回顧迄今為止昆山工廠所取得的成果，Strobl評(píng)論說“有了這個(gè)新工廠，我們認(rèn)為已經(jīng)為未來做好了準(zhǔn)備，僅僅依靠我們的瑞士工廠使完成銷售目標(biāo)增長愈加困難?，F(xiàn)在兩者結(jié)合的杠桿作用使我們的生產(chǎn)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(chǎn)量的產(chǎn)品，而瑞士工廠能夠更多專注于專業(yè)產(chǎn)品的開發(fā)。”
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