陳卓

　　當(dāng)前，多國(guó)均采用流行的變壓器鐵芯剪切配送模式，這也是我國(guó)一直關(guān)注或借鑒的一種較先進(jìn)的產(chǎn)業(yè)鏈服務(wù)模式。近年來(lái)，我國(guó)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(jìn)步，新冠肺炎疫情更加促進(jìn)了這種進(jìn)步。據(jù)悉，世界上最大的變壓器鐵芯制造企業(yè)LTC集團(tuán)（年產(chǎn)變壓器鐵芯約10萬(wàn)噸），通過(guò)智慧工廠(chǎng)的鐵芯制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了鐵芯專(zhuān)家設(shè)計(jì)、全自動(dòng)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(shí)也可保障變壓器廠(chǎng)的正常生產(chǎn)。

　　疫情期間，我們對(duì)國(guó)內(nèi)主要變壓器鐵芯智能制造企業(yè)（無(wú)錫普天、無(wú)錫巨龍、大宏機(jī)電、無(wú)錫中浦、鹽城光輝、泰州天力、泰州神龍等）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)顯示，這些企業(yè)2019年共生產(chǎn)變壓器鐵芯約30萬(wàn)噸，其中配電變壓器鐵芯消耗量約占全國(guó)變壓器鐵芯總消耗量的40%，這為我國(guó)提供變壓器鐵芯智能制造產(chǎn)業(yè)鏈服務(wù)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　筆者認(rèn)為，疫情過(guò)后，在“新基建”的強(qiáng)力推動(dòng)下，變壓器鐵芯智能制造產(chǎn)業(yè)鏈服務(wù)模式將迎來(lái)春天。

　　變壓器鐵芯智能制造的五大關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)

　　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(guò)程。變壓器鐵芯本身就是一個(gè)設(shè)計(jì)技術(shù)，它主要包含了以下設(shè)計(jì)過(guò)程：鋼卷數(shù)據(jù)運(yùn)輸→智能數(shù)據(jù)存儲(chǔ)→內(nèi)部運(yùn)行→全自動(dòng)縱、橫剪→機(jī)器人鐵芯疊片及總裝→鐵芯發(fā)運(yùn)及存儲(chǔ)。在該過(guò)程中，硅鋼片全部采用“軟接觸”，全程無(wú)行車(chē)吊運(yùn)、無(wú)人員參與直接生產(chǎn)、無(wú)人員觸碰硅鋼片，實(shí)現(xiàn)了從硅鋼片入庫(kù)直至鐵芯成品疊裝完成的全流程自動(dòng)化。

　　硅鋼片有一個(gè)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(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生明顯的應(yīng)力，而應(yīng)力會(huì)使硅鋼片內(nèi)部晶粒排向紊亂，導(dǎo)致硅鋼片的單向?qū)Т判阅芙档停瑥亩构桎撈瑔挝粨p耗增大。針對(duì)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(guò)程中每個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)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(yùn)輸過(guò)程中，會(huì)發(fā)生摔打、沖切、擠壓、拉伸、撞擊等，對(duì)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(yùn)輸過(guò)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(cè)及選材。目前，國(guó)內(nèi)變壓器企業(yè)有2000多家，硅鋼片本身的性能會(huì)因不同的生產(chǎn)廠(chǎng)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(duì)硅鋼片的單位損耗、磁感應(yīng)強(qiáng)度、疊片系數(shù)、抗折彎次數(shù)、涂層附著強(qiáng)度、涂層絕緣強(qiáng)度、材料厚度均勻性等重要參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，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(xiàn)測(cè)厚儀、測(cè)損儀、涂層絕緣測(cè)試、針孔測(cè)量?jī)x等，以檢測(cè)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(duì)硅鋼片進(jìn)行二次審核篩選，根據(jù)測(cè)量結(jié)果調(diào)整下一工序的生產(chǎn)計(jì)劃；橫切需要用到自動(dòng)測(cè)長(zhǎng)設(shè)備、在線(xiàn)測(cè)疊厚設(shè)備，自動(dòng)對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。

　　三是環(huán)境控制及材料保護(hù)。硅鋼片本身極易發(fā)生銹蝕，特別是在剪切端口。銹蝕會(huì)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(huì)因局部溫升過(guò)高而破壞相鄰部位的絕緣性，進(jìn)而燒毀變壓器。在加工過(guò)程中，傳統(tǒng)的防銹方式是涂刷防銹材料，但這種方式會(huì)對(duì)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(huì)造成變壓器油介質(zhì)損耗超標(biāo)。材料保護(hù)有兩個(gè)方面：一是涂層保護(hù)。在變壓器運(yùn)行過(guò)程中，涂層的缺失會(huì)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(yùn)及智能制造過(guò)程中，需要嚴(yán)格控制每一個(gè)工藝環(huán)節(jié)，確保所有與硅鋼片表面接觸的材料都不會(huì)損傷表面涂層。二是表面清潔度保護(hù)。在智能制造過(guò)程中，硅鋼片不可避免地會(huì)裸露在空氣中，表面會(huì)沉積一定的灰塵，且裁切或沖切過(guò)程中，在剪切斷面也有一定的灰塵產(chǎn)生。若不及時(shí)清理，過(guò)多的灰塵沉積會(huì)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(guò)程中，每個(gè)工序都應(yīng)嚴(yán)格控制好對(duì)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(guò)程中，各個(gè)加工尺寸的精度都至關(guān)重要。在各個(gè)工序過(guò)程中，都有很多的參數(shù)需要控制，如縱切過(guò)程中的毛刺、寬度誤差、直線(xiàn)度、剪切白邊、收卷端面平整度等，橫切過(guò)程中的長(zhǎng)度誤差、毛刺、角度誤差等，疊片過(guò)程中的窗高誤差、窗寬誤差、對(duì)角線(xiàn)、鐵芯上下軛中心線(xiàn)間距誤差、各柱中心線(xiàn)間距誤差等。所有這些參數(shù)都要在符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，保證每個(gè)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(duì)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(xiàng)性能得到有效的保障。

　　五是表面處理及成品防護(hù)。一是因變壓器使用環(huán)境、使用工況、噪聲等級(jí)要求、使用壽命的不同，需要對(duì)鐵芯表面做針對(duì)性處理，同時(shí)考慮到環(huán)保要求，對(duì)鐵芯的表面預(yù)處理、涂覆材料選擇、耐腐蝕等級(jí)控制、施工工藝選擇、整體美觀性等都需要進(jìn)行嚴(yán)格的控制。二是鐵芯加工完成后需要進(jìn)行運(yùn)輸及臨時(shí)存儲(chǔ)，這個(gè)過(guò)程中，需要對(duì)鐵芯整體進(jìn)行相應(yīng)的包裝防護(hù)，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(wú)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(chǎng)有最先進(jìn)的縱橫剪自動(dòng)化系統(tǒng)和機(jī)器人疊片系統(tǒng)，以及智能立庫(kù)系統(tǒng)、定尺硅鋼包裝自動(dòng)化及硅鋼廢料傳輸自動(dòng)化系統(tǒng)，通過(guò)MES/ERP（企業(yè)資源計(jì)劃/制造執(zhí)行系統(tǒng)）信息系統(tǒng)支持，其工廠(chǎng)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部物資流系統(tǒng)和鐵芯制造系統(tǒng)的高度自動(dòng)化、信息化和智能化，現(xiàn)已形成10萬(wàn)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。其先進(jìn)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(jìn)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(chǎng)應(yīng)從智能制造與變壓器設(shè)計(jì)岀發(fā)，能夠給變壓器企業(yè)提供專(zhuān)業(yè)的鐵芯優(yōu)化設(shè)計(jì)、截面填充系數(shù)、接縫結(jié)構(gòu)、緊固節(jié)點(diǎn)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(mǎn)足變壓器各項(xiàng)安裝尺寸，還要能夠提高變壓器成品的各項(xiàng)性能，同時(shí)最大程度減少對(duì)硅鋼片的使用。

　　這種服務(wù)模式將更好地滿(mǎn)足變壓器企業(yè)需求，合理利用社會(huì)資源，實(shí)現(xiàn)綠色制造，創(chuàng)造更大的社會(huì)價(jià)值，使鐵芯智慧工廠(chǎng)真正成為變壓器企業(yè)的“第一道工序”。