一種環氧樹脂浸紙電容式套管繞制設備的研發設計

馬志和　馬武平　楊小紅　白小鋒

摘 要：文章主要介紹了一種環氧樹脂浸紙電容式套管纏繞設備的的工作原理，采用窄幅紙拼接方式卷制及S型切割拼縫及張力控制的方法。希望通過文章的分析，為相關從業人員提供借鑒和參考。

關鍵詞：電容式套管；張力控制；邊紙切割；卷繞；S型切割

中圖分類號：TM216+.5 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）23-0105-02

Abstract： This paper mainly introduces the working principle of a kind of epoxy resin impregnated paper capacitive casing winding equipment， which is rolled up by narrow paper splicing， and the method of S-type cutting and seam and tension control are introduced. It is hoped that the analysis of the paper can provide reference for the relevant practitioners.

Keywords： capacitive casing； tension control； edge paper cutting； winding； S-type cutting

1 概述

在電力行業高壓輸電變壓器用的電容式套管制造中，使用浸式電容式套管的制作分為油浸紙電容式套管（通稱為濕式套管）、環氧樹脂浸紙式電容式套管（通稱為干式套管）兩種類型。其中，環氧樹脂浸紙電容式套管的主絕緣為環氧樹脂在真空狀態下浸漬以高電氣性能絕緣紙纏繞的電容芯子并經固化而成。該套管具有結構緊湊、體積小、重量輕、無油、免維護、防暴、任意角度安裝等特點，其環氧樹脂浸紙絕緣，真空干燥電容芯子確保了產品運行中無局部放電現象，套管內不含有絕緣油或壓縮氣體，最大限度的避免了起火、爆炸的危險，從而得到用戶的高度關注及廣泛應用。

當前，對環氧樹脂浸紙式電容式套管的制造中，采用的方法通常是把皺紋紙裁成條狀（皺紋成橫向）收于紙芯中成盤狀，使條狀紙處于張力恒定的狀態下，以螺旋狀纏繞在電容芯子軸上，并按工藝要求鋪屏、打孔及往復纏繞條狀紙而成。其采用的繞制設備也相對簡易，繞制過程操作繁瑣，勞動強度大，質量不易保證。

最好的辦法是用寬幅的皺紋紙來制作，但是國內外還沒有3m以上寬幅的套管皺紋紙生產商供貨，最寬只有2.6m的皺紋紙原料，所以只能采用條狀紙卷繞及拼接皺紋紙的方法來完成套管的制作。

在此情況下，應用戶的要求，我公司對原有的國產4500mm油浸紙電容式套管繞制設備進行了拼接皺紋紙方法功能的研制設計。

對我公司研制的環氧樹脂浸紙電容式套管纏繞設備的工作原理及結構介紹如下：

2 絕緣皺紋紙放卷結構及張力控制

皺紋紙放卷結構是利用原機結構架，皺紋紙卷芯軸采用氣脹軸，可將三卷皺紋紙卷放在原機放卷位置上，每個皺紋紙卷各用一個紙卷芯軸，并分別各自用氣動張力執行機構進行被動式放卷，配備氣動張力氣控系統，使張力的調整隨機自動進行。

絕緣皺紋紙的抗拉強度為90g/m2，原料每卷重量為110Kg，在卷繞時既不能使絕緣皺紋紙變形，又要符合一定的張力要求，使特定的卷層直徑達到工藝設定參數，所以必須設計有張力控制機構。

張力控制方法由張力檢測機構、張力控制系統、氣動式張力執行機構所組成。當三卷皺紋紙卷被牽引出時，通過過輥，分別再通過張力檢測輥（MONTALVO），張力檢測輥兩端安裝有張力檢測傳感器（MONTALVO），再通過各過輥，進入S型切割部位。

當張力檢測傳感器檢測到皺紋紙張力的信息送入張力控制系統，張力控制系統把檢測的張力信息與原有設置的張力值進行對比，有誤差值時，可控制氣動張力執行機構，改變被動式放卷的阻力大小，使皺紋紙張力符合卷繞工藝的設定值要求。

張力控制系統設置的三處張力值是一樣的，但是，由于三卷皺紋紙卷的原狀態不一樣，紙卷的干濕度、緊密度不一樣，氣動式張力執行機構的原狀態不一樣，所經過的路徑不一樣，卷繞部位與張力檢測輥部位及放皺紋紙卷氣脹軸的位置誤差，使張力控制系統所顯示的張力值是不一樣的。必需經過卷繞工藝的探索、試產，找出合適的張力設定值，使三張拼接的皺紋紙在卷繞時達到張力一致。

3 氣浮式切割刀S型切割方式

由于三卷皺紋紙卷的拼接，使三張皺紋紙在接縫處，必然出現疊加現象，采用S型切割方法，三張皺紋紙在拼接時，人為使接縫處出現過量的疊加，在疊加的寬度中間上方安裝氣浮式切割刀體，在三張皺紋紙面下方安裝有可轉動的導向支撐輥，切割刀方向垂直導向支撐輥軸向。

當氣浮式切割刀向下移動到位，切割刀在皺紋紙向前運動時，帶動切割刀轉動，切割刀在氣動的作用下，刀刃下壓疊加的雙層皺紋紙與導向支撐輥靠緊，使切割刀切開邊紙，同時，絲杠轉動帶動切割刀體沿導向輥支撐軸向往復移動（與皺紋紙的運動方向垂直），從而達到S型的切割軌跡。

采用氣浮式切割刀的轉動方式為被動式，其優點有以下幾個方面：

（1）切割刀的轉動線速度與皺紋紙向前運動的速度同步，保持皺紋紙向前運動時切割力的均衡，提高切割質量；

（2）減少刀刃與導向支撐輥表面的摩擦時間及摩擦力，提高氣浮式切割刀的壽命；

（3）可保持導向輥支撐軸表面的原有精度、粗糙度不受損傷；

（4）被動式轉動減少動力的消耗，使機構精簡化；

（5）為了盡量保持皺紋紙與導向支撐輥的接觸中無相對運動，使皺紋紙受力均衡，為了保持皺紋紙向前運動速度、摩擦力的均勻性，有利于均衡切割邊紙。在導向支撐輥的制造中應對輥子的同心度、圓柱度、粗糙度提出較高的要求，并作動平衡試驗。

4 套管卷制機構及卷制方法

套管卷制機構是很重要的機構之一，其結構有左側主軸機構、右側主軸機構等。

4.1 左側主軸機構

當套管卷制芯軸較細時，為了保持芯軸的直線度，采用拉緊裝置，使芯軸與原有托輥（加熱棍）處于平行及不接觸狀態，并在左側主軸左端加上配重塊達到平衡。為了安裝方便，設置有左右移動機構，工作中，隨著套管卷制直徑的不斷增加，卷制芯軸在左側主軸升降機構的動作下可按設定值隨機上升。左側主軸升降機構是由絲杠、伺服電機、滑軌等組成。

4.2 右側主軸機構

右側主軸與左側主軸對稱安裝，并與原動力輸出萬向軸聯接。工作中，隨著套管卷制直徑的不斷增加，卷制芯軸與左側主軸升降機構的動作一樣，可按設定值隨機上升。右側主軸升降機構同左側主軸升降機構一樣。

4.3 套管卷制過程

將三張皺紋紙頭人工牽引，分別經過各自的導向輥引入S型切割刀后，通過計量棍、托輥（加熱棍）引入到卷制芯軸處。落下S型切割刀，上升邊紙的切割刀，將紙頭人工卷入卷制芯軸上，開機卷制。當S型切割的邊紙被運動到芯軸處時，可停機，分別人工剪開紙頭并卷入收卷輪上，將已卷繞到芯軸上的皺紋紙割開拋棄，再將規則的三張皺紋紙頭卷入卷制芯軸上，即可開機正式卷制。

卷制時注意的問題：（1）開機正式卷制時卷制芯軸應在回零位置；（2）兩側皺紋紙邊應在調節好的位置上；（3）三張皺紋紙的張力應在合適的設定值上。

4.4 邊紙收卷形式

在套管卷制過程中，三張皺紋紙的拼接卷制產生六條邊紙，為不影響套管卷制，需要對六條邊紙進行收卷。左、右側邊紙（兩條）切割與收卷維持原方法不變，中間疊加邊紙（四條）的收卷為上下各兩個收卷機構。

5 結束語

環氧樹脂浸紙電容式套管是我國至今還未全面掌握的新技術，全面掌握該項新技術，可徹底消除油浸紙電容式套管在電力運行維護上給用戶帶來的不便，具有較高的經濟效益和社會效益，在國內逐步掌握、完善該新技術、新工藝的同時，抓緊研制環氧樹脂浸紙電容式套管的專用制造設備是促進全面掌握這項新技術及推廣應用的動力之一，并可改變我國換流變用直流套管依賴進口的局面。

參考文獻：

[1]美國蒙特福（MONTALVO）張力控制器及張力傳感器使用手冊[Z].

[2]機械設計手冊（第五版）[M].化學工業出版社，2008.

[3]羅志波，張躍庭.環氧樹脂在高壓電器絕緣中的應用[J].山東化工，2011，40（5）：96-97，99.

[4]曹文斌.環氧樹脂絕緣件在電力設備中的應用[J].電氣制造，2009（12）：28-29.

[5]洪彬，王天禎.環氧樹脂應用領域市場分析[J].熱固性樹脂，2011，26（3）：54-58.

[6]葉鵬.環氧樹脂在高壓電器絕緣中的應用[J].黑龍江科技信息，2013，24（2）：2-62.

[7]王忠剛，劉萬雙，趙琳妮，等.高性能脂環族環氧樹脂分子設計與合成研究進展[J].高分子通報，2011，9（2）：13-21.