陳卓

　　當(dāng)前，多國均采用流行的變壓器鐵芯剪切配送模式，這也是我國一直關(guān)注或借鑒的一種較先進的產(chǎn)業(yè)鏈服務(wù)模式。近年來，我國智能制造技術(shù)的發(fā)展，加快了變壓器鐵芯智能制造技術(shù)的進步，新冠肺炎疫情更加促進了這種進步。據(jù)悉，世界上最大的變壓器鐵芯制造企業(yè)LTC集團（年產(chǎn)變壓器鐵芯約10萬噸），通過智慧工廠的鐵芯制造技術(shù)，實現(xiàn)了鐵芯專家設(shè)計、全自動數(shù)字化縱橫剪、物流派送、一站式服務(wù)的目標(biāo)，大大減少了人與人的直接接觸，同時也可保障變壓器廠的正常生產(chǎn)。

　　疫情期間，我們對國內(nèi)主要變壓器鐵芯智能制造企業(yè)（無錫普天、無錫巨龍、大宏機電、無錫中浦、鹽城光輝、泰州天力、泰州神龍等）進行統(tǒng)計顯示，這些企業(yè)2019年共生產(chǎn)變壓器鐵芯約30萬噸，其中配電變壓器鐵芯消耗量約占全國變壓器鐵芯總消耗量的40%，這為我國提供變壓器鐵芯智能制造產(chǎn)業(yè)鏈服務(wù)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

　　筆者認為，疫情過后，在“新基建”的強力推動下，變壓器鐵芯智能制造產(chǎn)業(yè)鏈服務(wù)模式將迎來春天。

　　變壓器鐵芯智能制造的五大關(guān)鍵技術(shù)要點

　　變壓器鐵芯的主要原材料是硅鋼片或非晶合金帶材，在這里我們主要分析將硅鋼片加工形成變壓器鐵芯的過程。變壓器鐵芯本身就是一個設(shè)計技術(shù)，它主要包含了以下設(shè)計過程：鋼卷數(shù)據(jù)運輸→智能數(shù)據(jù)存儲→內(nèi)部運行→全自動縱、橫剪→機器人鐵芯疊片及總裝→鐵芯發(fā)運及存儲。在該過程中，硅鋼片全部采用“軟接觸”，全程無行車吊運、無人員參與直接生產(chǎn)、無人員觸碰硅鋼片，實現(xiàn)了從硅鋼片入庫直至鐵芯成品疊裝完成的全流程自動化。

　　硅鋼片有一個比較特殊的特性，內(nèi)在的晶粒呈規(guī)則的方向性排列，導(dǎo)磁性能的好壞與其排列的方向性有直接的關(guān)聯(lián)。在用硅鋼片制造鐵芯過程中，會產(chǎn)生明顯的應(yīng)力，而應(yīng)力會使硅鋼片內(nèi)部晶粒排向紊亂，導(dǎo)致硅鋼片的單向?qū)Т判阅芙档?，從而使硅鋼片單位損耗增大。針對這一特性，變壓器鐵芯智能制造的關(guān)鍵技術(shù)旨在減少加工過程中每個環(huán)節(jié)對硅鋼片的應(yīng)力損傷，降低變壓器鐵芯的損耗。

　　一是應(yīng)力的控制及減少。硅鋼片在智能制造及鐵芯成品運輸過程中，會發(fā)生摔打、沖切、擠壓、拉伸、撞擊等，對硅鋼片造成很大的應(yīng)力損傷，且這樣的損傷在一定程度上是不可逆的。因此，在智能制造及運輸過程中，所有的“硬接觸”均要變成“軟接觸”，減少應(yīng)力的產(chǎn)生。

　　二是檢測及選材。目前，國內(nèi)變壓器企業(yè)有2000多家，硅鋼片本身的性能會因不同的生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)工藝，甚至不同的生產(chǎn)批次而有所不同，這就需要變壓器鐵芯智能制造企業(yè)對硅鋼片的單位損耗、磁感應(yīng)強度、疊片系數(shù)、抗折彎次數(shù)、涂層附著強度、涂層絕緣強度、材料厚度均勻性等重要參數(shù)進行檢測，充分了解不同硅鋼片的特性，根據(jù)不同的變壓器結(jié)構(gòu)、不同的使用環(huán)境、不同的加工工藝，選擇出最合適的硅鋼片。例如，縱切需要用到在線測厚儀、測損儀、涂層絕緣測試、針孔測量儀等，以檢測硅鋼片表面質(zhì)量、單位損耗、材料厚度、涂層絕緣等指標(biāo)，這樣在縱切完成后，就可以對硅鋼片進行二次審核篩選，根據(jù)測量結(jié)果調(diào)整下一工序的生產(chǎn)計劃；橫切需要用到自動測長設(shè)備、在線測疊厚設(shè)備，自動對監(jiān)測結(jié)果進行調(diào)整。

　　三是環(huán)境控制及材料保護。硅鋼片本身極易發(fā)生銹蝕，特別是在剪切端口。銹蝕會造成鐵芯片間短路，渦流環(huán)流及鐵損增大或發(fā)熱，嚴(yán)重的還會因局部溫升過高而破壞相鄰部位的絕緣性，進而燒毀變壓器。在加工過程中，傳統(tǒng)的防銹方式是涂刷防銹材料，但這種方式會對變壓器成品造成一定的不良影響，例如，油浸式變壓器，若鐵芯表面涂刷防銹油會造成變壓器油介質(zhì)損耗超標(biāo)。材料保護有兩個方面：一是涂層保護。在變壓器運行過程中，涂層的缺失會增加變壓器的渦流損耗，且極易提高硅鋼片表面銹蝕的幾率，因而在搬運及智能制造過程中，需要嚴(yán)格控制每一個工藝環(huán)節(jié)，確保所有與硅鋼片表面接觸的材料都不會損傷表面涂層。二是表面清潔度保護。在智能制造過程中，硅鋼片不可避免地會裸露在空氣中，表面會沉積一定的灰塵，且裁切或沖切過程中，在剪切斷面也有一定的灰塵產(chǎn)生。若不及時清理，過多的灰塵沉積會造成變壓器成品散熱不暢，加速變壓器絕緣老化，縮短使用壽命。

　　四是精度控制。在智能制造過程中，每個工序都應(yīng)嚴(yán)格控制好對應(yīng)的加工尺寸參數(shù)的精度。特別是在縱切、橫切、疊片、總裝等過程中，各個加工尺寸的精度都至關(guān)重要。在各個工序過程中，都有很多的參數(shù)需要控制，如縱切過程中的毛刺、寬度誤差、直線度、剪切白邊、收卷端面平整度等，橫切過程中的長度誤差、毛刺、角度誤差等，疊片過程中的窗高誤差、窗寬誤差、對角線、鐵芯上下軛中心線間距誤差、各柱中心線間距誤差等。所有這些參數(shù)都要在符合國家標(biāo)準(zhǔn)的同時，保證每個參數(shù)本身的一致性，才能保證最大程度減小剪切應(yīng)力對硅鋼片的影響，此外，較高的加工精度才能使鐵芯成品的各項性能得到有效的保障。

　　五是表面處理及成品防護。一是因變壓器使用環(huán)境、使用工況、噪聲等級要求、使用壽命的不同，需要對鐵芯表面做針對性處理，同時考慮到環(huán)保要求，對鐵芯的表面預(yù)處理、涂覆材料選擇、耐腐蝕等級控制、施工工藝選擇、整體美觀性等都需要進行嚴(yán)格的控制。二是鐵芯加工完成后需要進行運輸及臨時存儲，這個過程中，需要對鐵芯整體進行相應(yīng)的包裝防護，確保鐵芯整體不受灰塵、濕氣、雨雪、鹽霧等因素的影響。

　　變壓器鐵芯智能制造產(chǎn)業(yè)鏈服務(wù)將成新模式

　　以無錫普天鐵心股份有限公司變壓器鐵芯智能制造技術(shù)為例，該公司成立近16年，目前是世界第二大變壓器鐵芯智能制造企業(yè)。其工廠有最先進的縱橫剪自動化系統(tǒng)和機器人疊片系統(tǒng)，以及智能立庫系統(tǒng)、定尺硅鋼包裝自動化及硅鋼廢料傳輸自動化系統(tǒng)，通過MES/ERP（企業(yè)資源計劃/制造執(zhí)行系統(tǒng)）信息系統(tǒng)支持，其工廠實現(xiàn)內(nèi)部物資流系統(tǒng)和鐵芯制造系統(tǒng)的高度自動化、信息化和智能化，現(xiàn)已形成10萬噸鐵芯智能制造能力，并主導(dǎo)制定了電力變壓器鐵芯相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)。其先進的變壓器鐵芯智能制造技術(shù)使“空載損耗”降低3%左右，也大大促進了變壓器鐵芯智能制造產(chǎn)業(yè)鏈服務(wù)模式的發(fā)展。

　　鐵芯智慧工廠應(yīng)從智能制造與變壓器設(shè)計岀發(fā)，能夠給變壓器企業(yè)提供專業(yè)的鐵芯優(yōu)化設(shè)計、截面填充系數(shù)、接縫結(jié)構(gòu)、緊固節(jié)點方式及緊固結(jié)構(gòu)、材料選擇、夾件系統(tǒng)優(yōu)化等建議。優(yōu)化后的變壓器鐵芯，不僅需要滿足變壓器各項安裝尺寸，還要能夠提高變壓器成品的各項性能，同時最大程度減少對硅鋼片的使用。

　　這種服務(wù)模式將更好地滿足變壓器企業(yè)需求，合理利用社會資源，實現(xiàn)綠色制造，創(chuàng)造更大的社會價值，使鐵芯智慧工廠真正成為變壓器企業(yè)的“第一道工序”。