原標題:輸變電有了“定海神針”
500支深棕色的“棒子”,像接受檢閱一般整齊劃一地佇立在廠房內(nèi)。這是一批即將出廠的棒形支柱瓷絕緣子(以下簡稱“棒形絕緣子”),它們將用于隴東—山東±800千伏特高壓直流輸電工程。
棒形絕緣子是特高壓交直流輸電工程變電站和換流站的關(guān)鍵部件。它形似半人高的瓷瓶,安裝后能承受百萬伏電壓、數(shù)噸彎曲和扭轉(zhuǎn)負荷,被稱為輸變電的“定海神針”。
“目前我國已建成特高壓交直流輸電工程30余個,每個工程使用的棒形絕緣子超過8000支。”12月18日,中材高新材料股份有限公司(以下簡稱“中材高新”)黨委書記、董事長李勇告訴科技日報記者,他們自主創(chuàng)新特高壓棒形技術(shù)、藍灰釉技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù),研制的棒形絕緣子已廣泛應(yīng)用于海內(nèi)外特高壓交直流輸電工程。
嚴控水分消裂痕
21世紀初,我國啟動特高壓攻關(guān)項目。2010年7月,中國電力科學(xué)研究院聯(lián)系多家下游企業(yè),急尋能承受特高壓的棒形絕緣子。
這一消息在中材高新電瓷事業(yè)部(現(xiàn)為中材江西電瓷電氣有限公司,以下簡稱“中材電瓷”)內(nèi)部引發(fā)熱烈討論:干還是不干?
當時的電瓷界,唐山電瓷、西安電瓷在市場上數(shù)一數(shù)二。中材高新2005年才進入該領(lǐng)域,是初出茅廬的“后輩”。
有人質(zhì)疑自身實力:“咱能比得過人家嗎?”
有人則認為應(yīng)該“迎難而上”,在大項目中錘煉技術(shù)實力。
“當年8月的一天中午,我端著飯碗去參加了一個會。”時任中材高新電瓷事業(yè)部技術(shù)總監(jiān)的桑建華回憶說。會議最終定調(diào):“這個項目,接!”
作為技術(shù)組長,桑建華帶領(lǐng)技術(shù)團隊開始確定棒形絕緣子全流程的工藝驗證和樣品生產(chǎn),包括配方、投料制漿、噴霧造粒、等靜壓成型和產(chǎn)品干燥等。
“經(jīng)過30多天辛苦努力,大家信心滿滿地將第一批42個產(chǎn)品裝上窯車入窯燒制。”桑建華說,11天后,為慶祝產(chǎn)品即將出窯,大家甚至預(yù)備好了鞭炮。然而打開窯門一看,感覺一下子掉入冰窖里,“沒想到窯內(nèi)產(chǎn)品大量碎裂在窯車上”。
第一窯產(chǎn)品都出現(xiàn)了“S”形裂痕,全部不合格。問題出在哪里?項目組連夜展開排查、分析、研究。
“最終發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵問題在水分。”桑建華說,若坯件沒有達到干燥要求,棒形絕緣子燒制過程中容易因坯體水分高而導(dǎo)致爆裂或開裂。
于是,技術(shù)團隊著重從工藝流程上下手,延長坯體烘干時間并檢測烘干后成品的水分含量。多次試驗后,團隊摸索制定出一項標準,將坯體入窯水分嚴格控制在0.5%以下。
按照修正后的工藝要求,第二窯的54個產(chǎn)品全部合格。這批棒形絕緣子成功應(yīng)用于晉東南—南陽—荊門1000千伏特高壓交流試驗示范工程。
調(diào)配釉色銷海外
在市場上站穩(wěn)腳跟后,中材電瓷沒有將棒形絕緣子使用范圍囿于國內(nèi)電網(wǎng)工程。隨著歐美加快電力設(shè)備更新?lián)Q代步伐,中材電瓷將目標轉(zhuǎn)向海外市場,立志“遠洋出海”。但國際市場特別是歐美市場,對高品質(zhì)、高電壓等級、高強度棒形絕緣子有特殊要求——產(chǎn)品必須為“藍灰釉”。
雖然只是變了個顏色,但并不像想象的那么簡單。“國內(nèi)生產(chǎn)的棒形絕緣子皆為深棕色釉料,要滿足藍灰釉要求,意味著需要開發(fā)全新的釉料配方及工藝流程。”中材電瓷黨委書記、董事長張旭昌介紹說。
中材電瓷將藍灰釉棒形絕緣子列為開發(fā)重點,投入約占公司當年利潤一半的資金,進行技術(shù)研發(fā)和工藝設(shè)計。
由于藍灰釉初始熔融溫度高且黏度大,調(diào)配出適合的高溫黏度配方是技術(shù)核心。“為了調(diào)配和跟蹤驗證釉料配方的高溫黏度情況,我們24小時待命,預(yù)計試驗溫度的時間點一到,立馬趕赴窯爐觀察樣品、記錄數(shù)據(jù)。”技術(shù)人員趙海洋說,有時半夜到車間,眼睛被窯內(nèi)熾熱的亮光一照,都有近似失明的感覺。
“一窯試驗產(chǎn)品的生產(chǎn)周期近兩個月,資金投入巨大,大家壓力也大。”張旭昌回憶,試驗階段,看著一窯又一窯產(chǎn)品失敗,研發(fā)人員急得睡不著覺,“躺下去想的是技術(shù)問題,起來后還在想。”
經(jīng)過數(shù)輪對比分析,釉料配方最終優(yōu)化并確定下來。在隨后的工藝階段,噴釉員工通過琢磨和不斷練習(xí),調(diào)整配方與噴涂手法,順利地為棒形絕緣子穿上了光滑透亮的藍灰“新裝”。
目前,藍灰釉棒形絕緣子占公司棒形產(chǎn)品營收超45%,出口全球20多個國家和地區(qū),成功應(yīng)用于巴西美麗山800千伏、英國曼徹斯特420千伏、德國法蘭克福275千伏等電力工程,蹚出一條國際化發(fā)展道路。
18年來,依靠對科技創(chuàng)新的堅定信念與不懈攻關(guān),中材電瓷棒形絕緣子從行業(yè)“小兵”成長為“單項冠軍”,成為電瓷界名副其實的“棒子王”。
均勻燒制自防污
市場上的出色表現(xiàn),不僅靠“獨家秘方”,更靠不斷突破的高新性能。近幾年,中材電瓷陸續(xù)接到客戶詢單——能否在棒形絕緣子表面釉層添加半導(dǎo)體特性,提高其防污自潔及防結(jié)冰功能。
半導(dǎo)體釉可使棒形絕緣子表面電阻率介于絕緣體與導(dǎo)體之間。在工作狀態(tài)下,半導(dǎo)體釉棒形絕緣子表面會產(chǎn)生一定泄漏電流,電流帶來熱量,即可提高棒形絕緣子防污自潔及防結(jié)冰功能。
這項神奇功能可延長棒形絕緣子的使用壽命,減輕電網(wǎng)系統(tǒng)人工維修壓力,提高電網(wǎng)在嚴寒偏遠地區(qū)的覆蓋率。
面對新挑戰(zhàn),研發(fā)團隊再次下定決心“啃硬骨頭”。
“釉面均勻是影響泄漏電流狀態(tài)的重要因素,也是研發(fā)過程中的最大技術(shù)關(guān)卡。”技術(shù)人員陳震說。
陳震打開手機相冊,指著一張張棒形絕緣子試驗品照片告訴記者:“前期試制的棒形絕緣子都似染了病,釉面多處不均,我們叫‘陰陽臉’,這些凹陷小泡就像長了牛皮癬。”
那段時間,攻關(guān)小組每天都在開會,討論如何為棒形絕緣子“治病”。
“研發(fā)人員對每個產(chǎn)品在窯內(nèi)的位置、朝向、狀態(tài)都進行了詳細記錄,試圖找到‘病因’。”桑建華還記得,為了獲取實時數(shù)據(jù),大家輪流穿著厚厚的棉鞋踩上高溫窯車,用小刀片刮并看、聽釉面材質(zhì)特性。他們搬著重達幾十公斤的棒形絕緣子屢次往返廠內(nèi)外,只為看清釉面在太陽光下的均勻性。
經(jīng)過多次討論和對比研究,團隊將“藥方”鎖定在燒成驗證環(huán)節(jié)。“項目組通過氣氛調(diào)整對比數(shù)據(jù),確定了還原焰的作用,認識到出現(xiàn)釉面不均的關(guān)鍵在于氣氛和壓力。”桑建華說,重新調(diào)整燒成制度后,釉面質(zhì)量問題得到了有效解決。
“目前,第二代半導(dǎo)體釉棒形絕緣子已完成試制,即將正式投產(chǎn)。”張旭昌告訴記者,這是國內(nèi)首次生產(chǎn)具備防污自潔及防結(jié)冰功能的半導(dǎo)體釉棒形絕緣子。檢測數(shù)據(jù)顯示,其性能同國際領(lǐng)先產(chǎn)品相當。
“中材電瓷棒形絕緣子服務(wù)于目前世界最高電壓等級輸電工程——昌吉—古泉±1100千伏特高壓直流輸電工程等多個重大電網(wǎng)工程,有力支撐了國家特高壓輸變電線路建設(shè)和運行。”談起下一步目標,李勇表示,“我們將持續(xù)加大新材料研發(fā)力度,擴大海外電力工程應(yīng)用,惠及共建‘一帶一路’國家,點亮萬家燈火!”