输变电有了“定海神针”

本文转自：科技日报

输变电有了“定海神针”

——中材电瓷棒形支柱瓷绝缘子攻关纪实

【创新故事】

◎本报记者 孙 瑜

500支深棕色的“棒子”，像接受检阅一般整齐划一地伫立在厂房内。这是一批即将出厂的棒形支柱瓷绝缘子（以下简称“棒形绝缘子”），它们将用于陇东—山东±800千伏特高压直流输电工程。

棒形绝缘子是特高压交直流输电工程变电站和换流站的关键部件。它形似半人高的瓷瓶，安装后能承受百万伏电压、数吨弯曲和扭转负荷，被称为输变电的“定海神针”。

“目前我国已建成特高压交直流输电工程30余个，每个工程使用的棒形绝缘子超过8000支。”12月18日，中材高新材料股份有限公司（以下简称“中材高新”）党委书记、董事长李勇告诉科技日报记者，他们自主创新特高压棒形技术、蓝灰釉技术等关键技术，研制的棒形绝缘子已广泛应用于海内外特高压交直流输电工程。

严控水分消裂痕

21世纪初，我国启动特高压攻关项目。2010年7月，中国电力科学研究院联系多家下游企业，急寻能承受特高压的棒形绝缘子。

这一消息在中材高新电瓷事业部（现为中材江西电瓷电气有限公司，以下简称“中材电瓷”）内部引发热烈讨论：干还是不干？

当时的电瓷界，唐山电瓷、西安电瓷在市场上数一数二。中材高新2005年才进入该领域，是初出茅庐的“后辈”。

有人质疑自身实力：“咱能比得过人家吗？”

有人则认为应该“迎难而上”，在大项目中锤炼技术实力。

“当年8月的一天中午，我端着饭碗去参加了一个会。”时任中材高新电瓷事业部技术总监的桑建华回忆说。会议最终定调：“这个项目，接！”

作为技术组长，桑建华带领技术团队开始确定棒形绝缘子全流程的工艺验证和样品生产，包括配方、投料制浆、喷雾造粒、等静压成型和产品干燥等。

“经过30多天辛苦努力，大家信心满满地将第一批42个产品装上窑车入窑烧制。”桑建华说，11天后，为庆祝产品即将出窑，大家甚至预备好了鞭炮。然而打开窑门一看，感觉一下子掉入冰窖里，“没想到窑内产品大量碎裂在窑车上”。

第一窑产品都出现了“S”形裂痕，全部不合格。问题出在哪里？项目组连夜展开排查、分析、研究。

“最终发现关键问题在水分。”桑建华说，若坯件没有达到干燥要求，棒形绝缘子烧制过程中容易因坯体水分高而导致爆裂或开裂。

于是，技术团队着重从工艺流程上下手，延长坯体烘干时间并检测烘干后成品的水分含量。多次试验后，团队摸索制定出一项标准，将坯体入窑水分严格控制在0.5%以下。

按照修正后的工艺要求，第二窑的54个产品全部合格。这批棒形绝缘子成功应用于晋东南—南阳—荆门1000千伏特高压交流试验示范工程。

调配釉色销海外

在市场上站稳脚跟后，中材电瓷没有将棒形绝缘子使用范围囿于国内电网工程。随着欧美加快电力设备更新换代步伐，中材电瓷将目标转向海外市场，立志“远洋出海”。但国际市场特别是欧美市场，对高品质、高电压等级、高强度棒形绝缘子有特殊要求——产品必须为“蓝灰釉”。

虽然只是变了个颜色，但并不像想象的那么简单。“国内生产的棒形绝缘子皆为深棕色釉料，要满足蓝灰釉要求，意味着需要开发全新的釉料配方及工艺流程。”中材电瓷党委书记、董事长张旭昌介绍说。

中材电瓷将蓝灰釉棒形绝缘子列为开发重点，投入约占公司当年利润一半的资金，进行技术研发和工艺设计。

由于蓝灰釉初始熔融温度高且黏度大，调配出适合的高温黏度配方是技术核心。“为了调配和跟踪验证釉料配方的高温黏度情况，我们24小时待命，预计试验温度的时间点一到，立马赶赴窑炉观察样品、记录数据。”技术人员赵海洋说，有时半夜到车间，眼睛被窑内炽热的亮光一照，都有近似失明的感觉。

“一窑试验产品的生产周期近两个月，资金投入巨大，大家压力也大。”张旭昌回忆，试验阶段，看着一窑又一窑产品失败，研发人员急得睡不着觉，“躺下去想的是技术问题，起来后还在想。”

经过数轮对比分析，釉料配方最终优化并确定下来。在随后的工艺阶段，喷釉员工通过琢磨和不断练习，调整配方与喷涂手法，顺利地为棒形绝缘子穿上了光滑透亮的蓝灰“新装”。

目前，蓝灰釉棒形绝缘子占公司棒形产品营收超45%，出口全球20多个国家和地区，成功应用于巴西美丽山800千伏、英国曼彻斯特420千伏、德国法兰克福275千伏等电力工程，蹚出一条国际化发展道路。

18年来，依靠对科技创新的坚定信念与不懈攻关，中材电瓷棒形绝缘子从行业“小兵”成长为“单项冠军”，成为电瓷界名副其实的“棒子王”。

均匀烧制自防污

市场上的出色表现，不仅靠“独家秘方”，更靠不断突破的高新性能。近几年，中材电瓷陆续接到客户询单——能否在棒形绝缘子表面釉层添加半导体特性，提高其防污自洁及防结冰功能。

半导体釉可使棒形绝缘子表面电阻率介于绝缘体与导体之间。在工作状态下，半导体釉棒形绝缘子表面会产生一定泄漏电流，电流带来热量，即可提高棒形绝缘子防污自洁及防结冰功能。

这项神奇功能可延长棒形绝缘子的使用寿命，减轻电网系统人工维修压力，提高电网在严寒偏远地区的覆盖率。

面对新挑战，研发团队再次下定决心“啃硬骨头”。

“釉面均匀是影响泄漏电流状态的重要因素，也是研发过程中的最大技术关卡。”技术人员陈震说。

陈震打开手机相册，指着一张张棒形绝缘子试验品照片告诉记者：“前期试制的棒形绝缘子都似染了病，釉面多处不均，我们叫‘阴阳脸’，这些凹陷小泡就像长了牛皮癣。”

那段时间，攻关小组每天都在开会，讨论如何为棒形绝缘子“治病”。

“研发人员对每个产品在窑内的位置、朝向、状态都进行了详细记录，试图找到‘病因’。”桑建华还记得，为了获取实时数据，大家轮流穿着厚厚的棉鞋踩上高温窑车，用小刀片刮并看、听釉面材质特性。他们搬着重达几十公斤的棒形绝缘子屡次往返厂内外，只为看清釉面在太阳光下的均匀性。

经过多次讨论和对比研究，团队将“药方”锁定在烧成验证环节。“项目组通过气氛调整对比数据，确定了还原焰的作用，认识到出现釉面不均的关键在于气氛和压力。”桑建华说，重新调整烧成制度后，釉面质量问题得到了有效解决。

“目前，第二代半导体釉棒形绝缘子已完成试制，即将正式投产。”张旭昌告诉记者，这是国内首次生产具备防污自洁及防结冰功能的半导体釉棒形绝缘子。检测数据显示，其性能同国际领先产品相当。

“中材电瓷棒形绝缘子服务于目前世界最高电压等级输电工程——昌吉—古泉±1100千伏特高压直流输电工程等多个重大电网工程，有力支撑了国家特高压输变电线路建设和运行。”谈起下一步目标，李勇表示，“我们将持续加大新材料研发力度，扩大海外电力工程应用，惠及共建‘一带一路’国家，点亮万家灯火！”