TE Connectivity瞄准复合空心绝缘子市场

发布日期:2016-06-24

         复合空心绝缘子市场的日益增长使竞争日益加剧。去年五月,TE Connectivity(TE)世界级的绝缘子工厂在昆山落成启用。TE在2001年通过收购该项业务进入复合空心绝缘子行业并以Axicom作为新的品牌,毗邻上海的昆山工厂标志着TE对其复合空心绝缘子业务的重新布局。

       INMR前往昆山工厂拜会了密切参与这一项目的TE管理层并带领读者独家领略这一世界领先的制造工厂。
 

        “TE输电产品高级市场总监Robert Strobl强调了昆山工厂的战略重要性,他说,“这家新工厂代表着TE能源部有史以来在这一市场的最大单笔投资。我们进行的第一次尽职调查始于2011年,以评审在中国地区的厂址选择,从联营体到确认全资控股生产基地,TE昆山工厂的落成标志着整个投资过程的结束。”

 

       “当前客户担忧的是颇具挑战性的运行环境,他们要求确保所安装的绝缘子能够运行至少40年。”

       Strobl继续解释道,最终决定兴建如此规模先进的工厂是基于众多的市场因素,其中最重要的因素是中国以及其他地区对于采用复合空心绝缘子替代瓷绝缘子的趋势日益增长,尤其是在系统电压越来越高的情况下。事实上,近期试运行的750kV变电站全部装备了复合空心绝缘子(见INMR 2015年第三期),这标志着中国电力行业的“分水岭”。现在电网运营商可以将这一技术的寿命周期成本和运行性能与传统瓷绝缘子进行比较,以进行最优选择。

       另外Strobl介绍,TE之所以支持这么大规模投资的另一个原因是实现在整个地区关键客户附近建立生产中心的目标,特别是考虑到将远在欧洲TE工厂的大型绝缘子产品运到本地的产品交期和运费。他说,“我们需要进行本地化生产,以便更好地支持跨国OEM制造商在中国以及遍及亚洲其他地区经营他们的业务。

 

昆山工厂单根缠绕管的长度将达到12m
 

       前任项目经理,现任绝缘子产品线的产品经理Steve Dewdney密切参与了新工厂从计划到启动的所有工作。他解释说,尽管新工厂在多个领域开辟了新天地,生产技术的关键元素是基于瑞士沃伦工厂Axicom品牌使用多年的生产技术。他说,“我们昆山工厂有能力制造长度达12米的玻璃钢管而不需要任何粘接,我们使用的是和瑞士沃伦工厂完全相同的纤维缠绕技术以及相同的生产设备。”

       但两个工厂之间还有一些较大的差异。瑞士工厂生产的绝缘子护套采用液体硅橡胶(LSR)制成,而昆山工厂则采用高温硫化硅橡胶(HTV)。这一材料上的转变直接影响了生产工艺的关键要素,包括使用的注射机类型以及诸如压力和温度的关键工艺参数,因此意义重大。也影响了与法兰盘之间的粘接工艺。Dewdney解释道:“中国市场非常倾向于使用HTV,因为更具成本优势,我们最终确定选择其作为外套材料,将有助于增强我们在当地的竞争力。”

    
Dewdney表示“做出改用HTV硅橡胶护套的决定是基于当地的市场偏好和成本因素。”

        昆山工厂生产的绝缘子采用角度改善的大小伞裙交替设计,以获得更高的爬电系数。

       然而,与中国市场的一贯做法不同,TE决定不按照大多数国内绝缘子供货商的做法即自行混合HTV硅橡胶,而是决定从当地的欧洲化工巨头采购该种材料。Dewdney说,“我们详细评估了护套材料的问题,并做出决定不自己混合,而是用我们在线路高压避雷器上经过多年使用并验证的HTV配方,这意味着我们对这种材料及其性能已经有丰富的经验。从确保各个批次产品质量稳定性,我们也认为从这一行业的专业供应商采购硅橡胶材料被客户视为一大优势。”


                                

       昆山工厂设计的HTV硅橡胶绝缘子的爬电系数为4.2,而瑞士沃伦工厂生产的绝缘子的爬电系数为3.8。

       除了外套材料的选用,伞裙的几何结构也是绝缘子性能的关键,Strobl介绍说,为了降低复杂性并满足“适用性”的要求,我们决定尽可能将设计标准化。就这一点而言,昆山工厂生产的绝缘子采用角度改进的大小伞裙交替以达到更高的爬电系数。Strobl指出,事实上,所有新工厂生产的绝缘子都符合IEC60815第3部分关于高污染的要求,这么做的目的是为了保证绝缘子将持续良好地运行,即使在中国或世界上其他条件非常苛刻的环境下均能够运行良好。

       例如,Dewdney表示,这种新型HTV绝缘子经受了人工污染测试、暴雨测试以及-60至105℃的极限温度测试。他说,“鉴于我们认为IEC61462标准设置得较低,我们的测试远超该标准的要求。当前客户担忧的是颇具挑战性的苛刻条件,他们要求确保所安装的绝缘子将正常运行至少40年。

       Dewdney告诉我们,昆山工厂生产的绝缘子通过了干净雾气5000h试验和10000h的UV老化测试,两项测试的目标均是为了确保绝缘子的性能远高于正常的要求。Strobl补充说,新绝缘子外套设计的另一个优点是如果运行在洁净的环境下,可以相应缩短绝缘子的长度,与此同时仍能保持相同的性能。

       薄壁管配小法兰使绝缘子成品的重量降低25%至30%,而不改变其机械性能。

       与本地竞争对手生产的绝缘子的其中一个主要区别在于, 昆山工厂生产的复合空心绝缘子的管壁厚度。Dewdney和Strobl解释说,TE的纤维缠绕技术使管壁厚度明显比国内主要厂家的管壁厚度更薄。薄壁管配小法兰使绝缘子成品的重量降低25%至30%,而不改变其机械性能。Strobl说,“采用的薄壁管技术使我们在许多应用方面领先于竞争对手,诸如用于地震多发区、穿墙套管以及罐式断路器。因此,我们一直采用自己生产的管材,从未考虑过从本地外购。这是我们的核心技术之一,我们所掌握的这项技术使我们能够在管材设计需要更改的时候满足任何客户的需求。

 

采用悬式锯以最大化的精度切割管材。昆山工厂生产的管材(左图)的厚度与本地主要竞争对手管的厚度的比较。

       同时,在将诸如HTV硅橡胶的粘性材料模压到更薄壁管上所需的高压下,需要保护薄壁管免受被损坏的风险。Dewdney解释说,低压下将LSR硅橡胶模压到管材上不存在任何问题,通过注射时采用特殊的芯棒支撑于管材内克服了这一挑战性的问题。芯棒通常比缠绕成型时采用的芯棒更短,在模压成型时起到支撑管材的作用,绝缘子出模后即可脱除芯棒。


 

出模后带支撑芯棒的绝缘子准备脱出芯棒。

       Dewdney强调说,昆山工厂的整个注射成型过程都经过了仔细的分析,以达到尽可能全方位的优化。目前工厂车间的三台机器中,两台是分步成型单元,计划通过一系列连续注射口来生产较大尺寸的绝缘子。第三台设备用于一体注射成型,生产较低电压等级、长度较短的绝缘子。

       2013年,TE能源部在昆山另一个自主生产中高压电缆附件的生产基地购买并安装了这些设备。与此同时,新工厂同期在建,我们的产品专家团队对整个成型过程进行审核以积累经验并完善各个步骤。设备经过了特定的调试以满足所有既定的关键标准,新工厂建成后很快投入了生产。
       特制的单枪注射成型机以满足工艺标准的要求。

       Dewdney说,“例如,客户要求良好的粘接性能、伞裙挺直无波浪变形、无气泡、无凹陷痕迹。同时我们也希望成型出来的产品几乎没有飞边,而飞边不仅代表着废料也意味着需要后续精加工。IEC标准允许不超过1mm的飞边,新工厂设定的目标是该标准的一半。我们决定在成型过程的前端增加投资以确保所有出模的产品无任何缺陷。这意味着我们必须开发品质卓越的模具,采用比本行业一般采用的更高强度的钢材。”他强调,优质模具的另一个好处是高注射压力下重复使用多年而不变形,而变形最终可能导致伞裙偏差和产生多余的飞边。

  
在管材上机械加工特殊的密封槽以确保管材和模腔之间完美的密封。

       此外,提前在管上机加工特殊的密封槽,以保证每次高压成型的产品均满足所要求的精确范围。这些密封槽与模具中相应的密封圈配合。Dewdney说,“我们这样设计是确保每一个模腔密不漏气,以保证模具内部的高压状态,达到良好的填充以及消除气泡的风险。”

      

法兰的粘接。用RTV材料填充外套和法兰之间特意留下的小间隙。

       法兰与管材之间的配合是决定空心绝缘子未来性能的关键区域,因此该制造过程受到了严密的监控。

       TE昆山工厂和瑞士沃伦工厂生产的绝缘子之间最后一个但很重要的区别是法兰的粘接。LSR外套成型过程中,注射成型前粘接法兰和管材,而HTV硅橡胶外套绝缘子的法兰粘接是等到绝缘子出模后再进行。Dewdney说,法兰与管材之间的配合是决定空心绝缘子运行性能的关键区域,因此该制造过程受到了严密的监控。

       昆山工厂的生产工艺称为“过盈配合”,首先用超声波清洗法兰,然后加热并用压板夹紧。涂上粘合剂,施加较大的力使其与管材之间夹紧。Dewdney解释说:“法兰冷却后收缩在管材上,使两者相互咬合以确保机械性能。”该过程完成后进入粘接剂固化的过程。

       HTV材料、法兰和管材之间专门保留了不超过5mm的缝隙以确保完美的密封。最后一个生产步骤将采用高质量长效RTV硅橡胶材料填充这个缝隙。Dewdney说,“通过鉴定我们发现当地一些供货商采用的O型圈设计存在着潜在的风险,我们认为这可能导致水分浸入绝缘子的这一关键区域。”

       未来的紧凑型工厂
       参观了昆山新工厂之后,更加明确了Dewdney和Strobl提出的关键优势,同时也身临其境体验了昆山工厂有别于行业内大多数生产设施。Dewdney表示,除了超前的外观,超洁净的地面空间和紧凑的生产线之外,还采用了日本知名的精益管理系统工具对制造过程的每个步骤均进行了分析和优化。在这一管理理念下,杜绝了任何影响质量因素存在的机会。他也告诉我们,昆山新工厂的工作人员在瑞士工厂接受了为时数周的全方位的质量保证培训。

     
Tony Ni。昆山工厂和沃伦工厂质控人员的相互交流使双方的知识得到了共享。
     

从样品管上取样用于监测玻璃化转变温度(Tg)的测试检验。

       运营经理Tony Ni解释说,工厂有四个等级的质量检验,从进厂的原材料到生产过程中的半成品,再到所有工序完成后的绝缘子成品。例如在材料测试实验室,纤维缠绕过程结束后从每一根管材上取样进行测试。用马弗炉将这些样品加热到几百摄氏度燃尽树脂成分,测得玻璃纤维含量。

       进厂的金属元件如导电杆将进行测试以评估其断裂强度,同时也严密监控纤维缠绕过程所用树脂的粘度。Tony说,作为TE的工厂,其中一个优势是使用公司在上海的大型材料试验室,这使新工厂有机会与其他部门共享计划和质量控制方针。


   
固化后转入修剪和机加工之前检查管材的尺寸精度。

       复合空心绝缘子的制造过程始于管材的制造,昆山新工厂两台缠绕机用于生产管材,机器安置在严格控制温湿度的车间。缠绕的管材经过几个小时固化后进行尺寸精度检查,通过后转入修剪和机械加工工序。

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对成品绝缘子进行悬臂测试和内部压力测试。

       目前,昆山工厂生产的管材最长为10.5m,但预期使用现有的设备可以达到12m,生产能力达到可生产内径为83mm-1100mm尺寸的管材以适用于当地市场电压高至±800kV直流的单管空心绝缘子。Dewdney提出,工厂也能提供电压高至1200kV交流项目的绝缘子,该电压等级项目在中国正在进行论证。他说,“这是一个完全由项目所驱动的行业,因此我们必须能够反应迅速,同时,我们需要转换到越来越高的电压,以便于新的应用出现后,我们在供应上处于最有利的位置。”


    
昆山工厂的一体注射成型机。
 

       昆山工厂的注射成型机拥有专利,因为在很多方面进行了个性化定制以使设备性能达到最优化。随着工厂产能的提高,Tony预计将来可能需要再增加2-3台这样的设备。

昆山工厂高压实验室可进行大部分产品的内部试验。

       生产的最后一个步骤是测试绝缘子成品,为此在工厂建了一个面积为1600m2高度为30m的全屏蔽高压实验室,配备1.35MV 交流变压器和一台3.2MV的冲击发生器。质量经理Andrew Wei说:“这一试验设备可以满足内部测试高至1000kV绝缘子、500kV电缆附件和550kV套管。”

       TE内部使用关键绩效指标(KPIs),例如客户投诉次数或者对客户需求的响应速度。昆山工厂也在推行TE运营优势(TEOA),其目标是精简生产和确保持续改进生产力。Strobl举例说,预期昆山新工厂将实现生产力每年增长3%至5%。Dewdney指出,“无论是昆山工厂还是瑞士沃伦工厂,我们都要求产品质量达到最高等级”。TEOA的另一项指标是对客户的交付承诺,就新工厂来说,我们以超过95%的按时交货率满足客户的要求。

       全球复合空心绝缘子市场的总额目前估计约5亿美元,Strobl说过去几年中经历了戏剧性的转变。瓷绝缘子曾经主导着90%的市场,目前足有四分之一的市场被复合绝缘子占据,随着终端用户开始更加关注寿命周期成本而不仅仅是初始购置成本,这一比例目前正在迅速增长。

       Strobl预计未来的三到五年销售额将迅速增长,内销和出口各占一半。第一年的销售目标很大程度上取决于满足所有资格审核,以及得到OEM客户和当地电力部门批准。一旦上述程序完成后,预计销售量将提高到工厂满负荷生产的目标。

       回顾迄今为止昆山工厂所取得的成果,Strobl评论说“有了这个新工厂,我们认为已经为未来做好了准备,仅仅依靠我们的瑞士工厂使完成销售目标增长愈加困难。现在两者结合的杠杆作用使我们的生产能力更好地满足客户的需求。中国工厂能提供更大尺寸、更高产量的产品,而瑞士工厂能够更多专注于专业产品的开发。”

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来源:转载自INMR