特高壓電網絕緣子可承受百萬伏高壓和50噸拉力
用劣質黏土做出“瓷器活兒”
已經在國家電網中服役的瓷絕緣子
絕緣子絕緣性高壓測試場
當下，我國縱橫綿延的超高壓、特高壓電網已經成為經濟社會快速發展的顯著標志，線塔、線架和線網密布的景象頗為壯觀，然而不為人所知的是，成就一道道電力“長城”的要素中，有一個小東西至關重要而又往往被人忽視，它就是絕緣子。
日前，全球首條瓷絕緣子自動化生產線在內蒙古精誠絕緣子有限公司的廠區內正式啟動調試。
“沒有絕緣子就沒有高壓電網”，公司董事長、精誠瓷絕緣子技術研發帶頭人張耀辰在接受科技日報記者采訪時說：“作為一種重十幾公斤到幾十公斤的瓷瓶，絕緣子的外表實在不起眼，但是它蘊含的技術卻極其豐富。”
每款特高壓絕緣子要服役50年
作為變電站和高壓輸電線路基礎設施的重要組成部分，絕緣子承擔著絕緣、支撐、機械連接三大任務。“在超、特高壓的傳輸線路中，電壓最高可超過100萬伏，兩個塔架之間的輸電線纜直徑超過15厘米，可產生50多噸的拉力，而這些高壓和強拉力，首先要由絕緣子來承擔。”張耀辰介紹說。
在精誠絕緣子的生產車間內記者看到，高壓瓷絕緣子的生產過程工序繁多、十分復雜，公司高級工程師包永躍告訴記者：“目前，國內和世界上高壓電網使用的絕緣子主要是基于玻璃、瓷、復合材料3種材料制成。3種材料的產品三分天下，而作為相對傳統、使用時間最長的瓷絕緣子，技術創新的要求相對更大、空間相對更廣。”
在已經平穩運行的國內多條特高壓輸電線路中，精誠絕緣子的產品占據著半壁江山，張耀辰指著實景圖片介紹說，由于特高壓線路的特殊性，絕緣子一旦開始履行使命，就基本無法進行更換，因此，除了承受強力和高壓，絕緣子還要有自我防塵、適應各類惡劣自然氣候條件的性能，至少要連續工作50年。
“這一系列近乎苛刻的要求，使得特高壓絕緣子產品與普通絕緣產品具有質的區別，特高壓絕緣子不是一件產品，而是一個具有完整機械結構的系統，它與我們小時候在電線桿下撿到的小白瓷瓶，是兩個概念。”包永躍告訴記者。
據絕緣子行業內部的統計資料顯示，國內有超過200家的線路絕緣子制造企業，其中具有一定生產規模的企業約有40家。但是經過特高壓電網這一高門檻“考核”之后，全球能夠為其提供產品的企業只有日本NGK和國內包括精誠絕緣子在內的3家企業。
“絕密配方”讓劣質黏土頂住百萬伏特
瓷絕緣子從選料到出廠，需要經過原料檢驗、配料、球磨、過篩除鐵、制漿、造粒、制坯、上釉、燒成、磁檢、切割研磨等工序。針對我國特高壓電網的使用要求，承受百萬伏高壓和數十噸拉力是絕緣子產品的核心性能，也是精誠絕緣子主要的技術研發和投入方向。
改變原料的成分含量和屬性、提升產品的密實度，是核心中的核心。“傳統觀念看來，作為陶瓷生產原料的黏土成分越純、粘度越高，產品質量越好，但是我們的技術團隊并不這么認為。伴生黏土來源廣，成本極低而且環保，以此為原料，可以事半功倍，但實現這一目標，顆粒分析技術是關鍵。”包永躍說。
針對隨處可以采選的伴生黏土，張耀辰帶領團隊進行了細致深入的顆粒分析。經歷數百次的成分分析和配方實驗，憑借對黏土旋流器的創新運用，團隊最終將伴生非優質黏土占產品原料的比例確定在60%，并擁有了自主知識產權的原料配方。
“配方的顆粒分析結論就是我們的核心技術，這一技術解決了兩個行業內一直無法解決的問題，一是變廢為寶，將隨處可見的伴生黏土作為產品原料，從根本上降低了我們的生產成本;二是一并解決了劣質黏土作為產品主要原料存在的和可能存在的一切不穩定性。換句話說，我們的核心技術，可以用劣質黏土做出比優質黏土密實度更高的產品，在行業內，這是一次技術革命。”
16噸、21噸、24噸、42噸……與原料配方不斷改進同步發生變化的，是精誠絕緣子的產品性能，目前，企業生產的最新產品已經應用于國家電網藏中聯網工程、吉昌至古泉特高壓直流輸電工程等重要工程，機電拉伸性能達到550KN(拉力超過55噸)，絕緣性能可在極端惡劣的氣候環境下輕松滿足百萬伏高壓需求。
技術創新實現自動化生產
電工陶瓷行業一直屬于典型的勞動密集型行業，復雜的工序、繁瑣的流程，使得瓷絕緣子的生產制造離不開大量的手工操作，實現自動化生產，是世界瓷絕緣子行業夢寐以求的一個目標。“難，非常難。”張耀辰坦言，“行業特性決定了這個目標的實現注定充滿坎坷，但是我們一直在堅持技術集成創新，我們堅信，手上有技術，一切皆有可能。”
張耀辰說，之所以說瓷絕緣子產品是復雜的裝備制造，是因為其核心技術不僅僅是原料配方，而是一個技術集成。近十年來，精誠絕緣子一直致力于這套技術集成的研發，全球首條自動化生產線在這里誕生，得益于此。
原料制備水化處理工藝，實現了水循環利用的同時，改變了生產流程;窯爐余熱利用技術創新，實現了生產線零排放，將烘干工序與燒制工序融為一體。液態水泥助磨劑制備、無線智能零值在線自檢、簡易回旋式篩分器、智能型換熱器、自動修坯機……短短幾年內，20項核心技術創新先后大功告成。
自動化生產車間運行在即，記者看到，從配料、制作、上釉、烤制、檢測，再到最后的包裝，基本都實現了自動化。“我們根據這一整套核心技術，最終創新出這條生產線的靈魂——瓷絕緣子輥道窯。”包永躍說。
輥道窯其實并不是窯爐，而是一條生產線，由轉動的輥子作為陶瓷坯體運載工具，表面看來，與傳送帶較為相似，但是功能卻極為強大，在輥子的轉動使陶瓷從窯頭傳送到窯尾的過程中，就可以全自動完成燒制到檢測包裝。
這條全自動化瓷絕緣體流水生產線，是集無機礦物質粉體破碎分選技術、電子稱量配料技術、輥道窯爐自動燒成技術等多項技術集成創新的高等級瓷絕緣子自動化生產線，可實現從原料輸入到成品檢驗輸出連續化生產。
