王銘民, 許建剛, 楊小平, 周志成

(1． 國網(wǎng)江蘇省電力公司, 江蘇 南京 210024；2． 國網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院, 江蘇 南京 211103)

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變電站用RTV涂料自動(dòng)噴涂裝備研制

王銘民1, 許建剛1, 楊小平1, 周志成2

(1． 國網(wǎng)江蘇省電力公司, 江蘇 南京 210024；2． 國網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院, 江蘇 南京 211103)

室溫硫化硅橡膠(RTV)防污閃涂料是提高輸變電設(shè)備外絕緣性能的有效技術(shù)手段之一?，F(xiàn)場噴涂主要采用人工噴涂方式，操作工人的噴涂經(jīng)驗(yàn)、噴涂工藝直接影響到RTV后期運(yùn)行性能。本文針對人工噴涂RTV所導(dǎo)致的涂層厚度不均勻、流淌等現(xiàn)象，開發(fā)出適用于站內(nèi)支柱絕緣子的自動(dòng)噴涂裝置。該裝置通過設(shè)置噴槍運(yùn)行姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)噴槍整體的圓周、上下、擺動(dòng)三維運(yùn)動(dòng)。噴涂后現(xiàn)場檢測調(diào)試發(fā)現(xiàn)，人工噴涂厚度在不同取樣位置差異較大，而自動(dòng)噴涂厚度則相對較均勻，自動(dòng)噴涂裝備能有效提高RTV噴涂質(zhì)量和效率。

RTV防污閃涂料；外絕緣；人工噴涂；自動(dòng)噴涂；

0 引言

RTV噴涂后常年暴露在戶外，遭受日曬、雨淋、高溫和嚴(yán)寒等惡劣氣候條件的侵蝕，受紫外線的照射以及強(qiáng)電磁場環(huán)境的影響；RTV現(xiàn)場噴涂施工工藝直接影響其后期運(yùn)行性能。如噴涂施工不規(guī)范，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品提前老化、報(bào)廢，從而影響RTV運(yùn)行性能及使用壽命，造成巨額經(jīng)濟(jì)損失。本文針對人工噴涂RTV所導(dǎo)致的涂層厚度不均勻、流淌等現(xiàn)象，開發(fā)出適用于站內(nèi)支柱絕緣子的現(xiàn)場工廠化自動(dòng)噴涂裝置，可有效提高噴涂質(zhì)量和噴涂效率，適合大范圍推廣。

1 RTV人工噴涂所存在問題

RTV人工噴涂施工中存在較多的問題，主要有如下幾點(diǎn)。

(1) 絕緣子串存在個(gè)別不易噴涂到位的死角，尤其在桿塔上進(jìn)行絕緣子噴涂時(shí)，下表面不易噴涂，導(dǎo)致下表面噴涂質(zhì)量達(dá)不到要求。

(2) 噴涂耐張串時(shí)難以觀察下沿噴涂質(zhì)量，無法自檢。

(3) 在RTV噴涂前，對絕緣子金具或者站內(nèi)刀閘等設(shè)備包裹不牢固，或者忽視附近周圍其他設(shè)備，導(dǎo)致包裹的保鮮膜或膠帶易松散飄散而且易遺落在絕緣子或者別的電氣設(shè)備上，RTV飄落到其他未做保護(hù)的設(shè)備上不易清除。

(4) 施工人員未對噴涂后RTV產(chǎn)生的掛淌、流墜現(xiàn)象及時(shí)處理，有的甚至不注意對噴涂尚未干透的RTV進(jìn)行保護(hù)，導(dǎo)致被噴涂設(shè)備上產(chǎn)生劃痕和缺損現(xiàn)象。

(5) 對噴涂對象附近的周邊環(huán)境沒有做好充分的保護(hù)措施，引起不必要的污染和糾紛。

2 現(xiàn)場工廠化自動(dòng)噴涂裝備硬件研制

現(xiàn)場工廠化自動(dòng)噴涂裝備研制可提高防污閃RTV涂料的噴涂質(zhì)量、效率，減少人為因素對噴涂過程的影響，降低事故發(fā)生率，并且可以將噴涂霧狀物的擴(kuò)散降到最低。

2.1 總體設(shè)計(jì)方案

現(xiàn)場工廠化自動(dòng)噴涂裝備整機(jī)如圖1所示，包括自動(dòng)平衡機(jī)構(gòu)、多節(jié)升降機(jī)構(gòu)和噴涂執(zhí)行機(jī)構(gòu)、涂料和氣源供給系統(tǒng)等附件。

圖1 現(xiàn)場工廠化自動(dòng)噴涂裝備整機(jī)結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure diagram of scene factory automatic spraying equipment

自動(dòng)平衡機(jī)構(gòu)包括支撐機(jī)構(gòu)、液壓缸和底盤框架，底盤框架的四角處分別用液壓缸鉸接4組支撐機(jī)構(gòu)，通過調(diào)整支撐機(jī)構(gòu)使整個(gè)裝置保持水平穩(wěn)定。

多節(jié)升降機(jī)構(gòu)包括3個(gè)升降單元，多節(jié)升降機(jī)構(gòu)整體為氣動(dòng)。

噴涂執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括多用途噴槍和噴槍輔助運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，噴槍輔助運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為圓環(huán)導(dǎo)軌，多用途噴槍與圓環(huán)導(dǎo)軌滑動(dòng)連接，實(shí)現(xiàn)多用途噴槍的圓形360°旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；噴槍輔助運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過橫桿連接在多節(jié)升降機(jī)構(gòu)上。

涂料和氣源供給系統(tǒng)等附件包括防污閃涂料儲(chǔ)存罐和多通電磁閥，并通過多通途傳輸管與多用途噴槍相連通。

2.2 自動(dòng)平衡機(jī)構(gòu)

自動(dòng)平衡機(jī)構(gòu)采用高靈敏度角度傳感器作為測量反饋，用砝碼天平作為平衡儀器，如果平臺(tái)是傾斜的，那么T型支撐的交點(diǎn)角度會(huì)發(fā)生變化，角度傳感器置于T型天平的交叉點(diǎn)，直到天平秤桿和支架為90°時(shí)，則完成水平調(diào)整。

自動(dòng)平衡裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示，底盤框架的四角處分別與支撐機(jī)構(gòu)的一端鉸接；液壓缸一端與底盤框架上部鉸接，另一端與支撐機(jī)構(gòu)中部鉸接，通過液壓缸的伸縮調(diào)整支撐機(jī)構(gòu)的角度使整個(gè)裝置保持水平穩(wěn)定。底盤框架的上部固定有液壓站、控制電磁閥、傾角傳感器。液壓站用于驅(qū)動(dòng)液壓缸的伸縮；控制電磁閥設(shè)置在底盤框架上的液壓站中，用于根據(jù)情況控制4組液壓缸的伸縮量；傾角傳感器用于實(shí)時(shí)檢測底盤傾斜角度。

圖2 現(xiàn)場工廠化自動(dòng)噴涂裝備整機(jī)結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure diagram of scene factory automatic spraying equipment

液壓缸是帶有行程傳感器的精密部件，通過機(jī)身傾角傳感器檢測底盤框架的傾角變化，將采集到的信號(hào)傳遞給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)指揮控制電磁閥的通斷，控制4組液壓缸的伸縮量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)底盤框架的自動(dòng)水平控制。該裝置可以有效保證噴涂過程中整體設(shè)備的水平穩(wěn)定性。

通常220 kV變電站絕緣子的直徑為300 mm，單節(jié)高度為1700 mm，總高度在7～8 m，加上混凝土支撐底座，設(shè)備的尺寸、平衡都圍繞此來設(shè)計(jì)。為了保證8 m高的多節(jié)Z軸升級(jí)支撐架可以在風(fēng)速30 m/s(五級(jí)以下不包含五級(jí)風(fēng))的情況下穩(wěn)定工作，將平臺(tái)的水平穩(wěn)固結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成星型，以彌補(bǔ)小車尺寸小帶來的不穩(wěn)定問題。而小尺寸的小車有利于運(yùn)輸和運(yùn)動(dòng)到支柱絕緣子的附近，整個(gè)噴涂過程小車和支柱絕緣子保持400～500 mm的安全距離。

2.3 多節(jié)升降機(jī)構(gòu)

多節(jié)升降機(jī)構(gòu)采用整體鋁合金材料設(shè)計(jì)，便于從強(qiáng)度和質(zhì)量上找到平衡。根據(jù)220 kV瓷支柱絕緣子的直徑、高度等參數(shù)，考慮固定平臺(tái)的調(diào)整，多節(jié)升降機(jī)構(gòu)可以達(dá)到9 m，能夠滿足瓷支柱絕緣子串的高度要求，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 多節(jié)升降機(jī)構(gòu)Fig.3 Structure diagram of multiple class lifting

升降機(jī)構(gòu)裝配精確的位置移動(dòng)傳感器，頂部裝有接觸開關(guān)，該開關(guān)直接鏈接緊急停止用。升降機(jī)構(gòu)設(shè)置了多個(gè)保護(hù)控制程序。

升降機(jī)構(gòu)的總質(zhì)量在300 kg左右，升降動(dòng)力源自于功率為0.8 kW的電機(jī)帶動(dòng)液壓泵，由一根多節(jié)可伸縮液壓缸來執(zhí)行，能夠承載125 kg工作平臺(tái)平穩(wěn)升到8 m的高度。

2.4 噴涂執(zhí)行機(jī)構(gòu)

噴涂執(zhí)行機(jī)構(gòu)如圖4所示，圓環(huán)形軌道與小車通過行星齒輪相配合，由氣動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)沿軌道的外側(cè)嚙合圓周轉(zhuǎn)動(dòng)；噴槍架由噴槍架移動(dòng)氣缸帶動(dòng)沿滑動(dòng)導(dǎo)軌單元做前后移動(dòng)；噴槍由噴槍擺動(dòng)氣缸的伸縮帶動(dòng)做上下擺動(dòng)。通過裝置內(nèi)部各組件的有效配合，可以規(guī)模、快速、均勻地圍繞整支絕緣子進(jìn)行圓周、上下、前后運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)絕緣子的工廠化噴涂，提高噴涂質(zhì)量。

圖4 噴涂執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)Fig.4 Structure diagram of spraying operating system

2.4.1 噴槍圓周運(yùn)動(dòng)

噴槍圓周運(yùn)動(dòng)主要由圓環(huán)形導(dǎo)軌配合小車等部件執(zhí)行。圓環(huán)形軌道外側(cè)設(shè)置為齒輪結(jié)構(gòu)，軌道上設(shè)置有小車，小車底部連接行星齒輪，行星齒輪與圓環(huán)形軌道的外側(cè)相嚙合，行星齒輪由氣動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)沿軌道的外側(cè)嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)；小車的底部有導(dǎo)向輪，導(dǎo)向輪與軌道的內(nèi)側(cè)卡合滑動(dòng)連接。

圓環(huán)形導(dǎo)軌如上圖5所示，該圓弧導(dǎo)軌和齒輪全部采用鋁合金材料量身定制。圓環(huán)形導(dǎo)軌采用半圓設(shè)計(jì)，可以快速裝配，完成裝配后，可以滿足正負(fù)360°的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這樣沿著電機(jī)帶動(dòng)行星齒輪圍繞著大齒輪運(yùn)動(dòng)，在大齒輪的內(nèi)側(cè)有限位導(dǎo)軌，保證小車在導(dǎo)軌上保持齒輪的間隙，這樣可以保證整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定、快速地圍繞圓弧路徑運(yùn)動(dòng)。

圖5 圓環(huán)形導(dǎo)軌Fig.5 Structure diagram of ring track

圓弧導(dǎo)軌的頂部有一圈輕型圓弧導(dǎo)軌，保證線纜、空壓管、涂料管等可以跟隨電機(jī)沿著圓弧齒輪運(yùn)動(dòng)；當(dāng)反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，多節(jié)拖鏈組成的圓弧導(dǎo)軌拖鏈可自動(dòng)折疊。

運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌齒輪的分度圓為1000 mm，其他機(jī)構(gòu)的尺寸都根據(jù)這一尺寸計(jì)算，噴槍的圓弧直徑為800 mm，這樣可以兼容一些尺寸比較大的設(shè)備。

2.4.2 噴槍前后運(yùn)動(dòng)

為了更精確地噴涂瓷支柱絕緣子的傘片下側(cè)和比較深的傘片間距，只靠噴槍調(diào)整角度是不夠的，還必須能夠快速Z軸精確移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)噴槍前后運(yùn)動(dòng)。這樣既可精確定位，又可以快速Z軸往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而使噴槍將霧化均勻的涂料覆蓋到傘片間隙內(nèi)和傘片底部，解決漏涂的問題。

噴槍前后運(yùn)動(dòng)主要由小車配合滑動(dòng)導(dǎo)軌單元等部件執(zhí)行。小車上設(shè)置有滑動(dòng)導(dǎo)軌單元，滑動(dòng)導(dǎo)軌單底部與小車上部相連接，滑動(dòng)導(dǎo)軌單元上部與噴槍架相連，外側(cè)與噴槍架移動(dòng)氣缸連接，通過噴槍架移動(dòng)氣缸的伸縮使噴槍架沿著滑動(dòng)導(dǎo)軌單元做前后移動(dòng)。

快速移動(dòng)機(jī)構(gòu)全部采用鋁合金全密閉支撐架和包裝，結(jié)構(gòu)強(qiáng)重量輕。配有感應(yīng)器、超聲波測距傳感器等保護(hù)機(jī)構(gòu)保證設(shè)備可以安全、高效、精確地完成伸縮直徑補(bǔ)償任務(wù)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用導(dǎo)軌、滾珠絲杠等高精度運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了全封閉遮擋外殼，可以防止涂料霧狀物附著，減少維護(hù)頻率和降低故障率。噴槍前后移動(dòng)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)范圍是800 mm。

2.4.3 噴槍上下擺動(dòng)

為了能夠更好噴涂狹小的傘片間隙和傘片底部，安裝了一個(gè)可以上下旋轉(zhuǎn)、高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)的擺動(dòng)關(guān)節(jié)。噴槍上下擺動(dòng)由擺動(dòng)氣缸配合擺動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)如圖6所示。噴槍架上設(shè)置有噴槍擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，其外側(cè)與噴槍擺動(dòng)氣缸連接，內(nèi)側(cè)與噴槍連接，通過噴槍擺動(dòng)氣缸的伸縮帶動(dòng)噴槍做±90°上下擺動(dòng)。這樣可以使噴槍噴涂的扇面覆蓋到最容易漏涂的絕緣子傘片底部。

圖6 噴涂執(zhí)行機(jī)構(gòu)三維結(jié)構(gòu)Fig.6 Three-dimensional diagram of praying operating system

2.5 其他附件

2.5.1 防噴霧擴(kuò)散保護(hù)罩

防噴霧擴(kuò)散保護(hù)罩主要用于減少噴涂過程中涂料噴霧擴(kuò)散，以利于環(huán)境保護(hù)。設(shè)計(jì)過程中既要防止噴涂噴霧顆粒不擴(kuò)散，還要能高空抵抗30 m/s以下的風(fēng)(五級(jí)以下不包含五級(jí)風(fēng))。采用蝦籠結(jié)構(gòu)，用鋼絲搭建一個(gè)直徑1200 mm的防護(hù)罩，然后在鋼絲支撐架的外圍裝上149 μm過濾布。過濾布采用尼龍或者其他化纖材料，質(zhì)量忽略不計(jì)，能遮擋涂料霧狀物，同時(shí)可以透過空氣，減小刮風(fēng)對設(shè)備造成的影響，具體結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 防噴霧擴(kuò)散保護(hù)罩三維結(jié)構(gòu)Fig.7 Three-dimensional diagram of anti-spray-spread cover

2.5.2 噴涂系統(tǒng)

噴涂系統(tǒng)分為調(diào)壓過濾器、電磁閥、噴槍等。調(diào)壓過濾器控制氣壓為3 kg/cm2，而涂料桶的壓力一旦超過4 kg/cm2，安全閥就會(huì)啟動(dòng)，自動(dòng)排氣減壓。

電磁閥門由程序控制開關(guān)，以便適應(yīng)噴涂過程的需要，配電柜配有手動(dòng)電磁閥開關(guān)，出現(xiàn)故障時(shí)可以手動(dòng)關(guān)閉。

噴槍為自動(dòng)噴槍，由4個(gè)入口、1個(gè)出口和1個(gè)調(diào)節(jié)器組成。入口分別為涂料入口、霧化壓力入口、噴射壓力入口和輔助氣壓入口。通過調(diào)節(jié)后部的頂針螺旋閥，控制涂料流量。

3 現(xiàn)場試驗(yàn)

自動(dòng)噴涂設(shè)備各組成部件調(diào)試完成后，可自動(dòng)完成220 kV支柱絕緣子噴涂，滿足設(shè)計(jì)要求。

采用切片法測量RTV涂層厚度，具體操作流程如下：

(1) 試樣在絕緣子上、下表面隨機(jī)選取，但試品的邊緣和棱角部位除外。

(2) 采用裁剪刀或其他工具取樣，并裁剪成標(biāo)準(zhǔn)尺寸10 mm×10 mm。裁取的試樣表面應(yīng)無凸起、凹坑、氣泡等缺陷。

(3) 每個(gè)線路絕緣子(或者每個(gè)支柱絕緣子表面)取5個(gè)試樣，測量結(jié)果取5個(gè)試樣的平均值。測量前應(yīng)將試樣表面的油污、污穢物等清除干凈。

在試驗(yàn)變電站內(nèi)進(jìn)行自動(dòng)噴涂與人工噴涂對比試驗(yàn)，結(jié)果如圖8和表1所示。

圖8 人工噴涂和自動(dòng)噴涂效果對比Fig.8 Comparison of manual and automatic spraying

Table 1 Measurement of coating thickness for automatic and manual spray coating mm

由圖8可以看出，人工噴涂的RTV涂層在部分支柱絕緣子邊緣有流墜、掛淌現(xiàn)象，部分涂層表面不平整。

由表1可以看出，人工噴涂厚度在不同取樣位置差異較大，最大厚度0.36 mm，最小厚度0.25 mm；而自動(dòng)噴涂厚度則相對較均勻，最大厚度0.35 mm，最小厚度0.31 mm。自動(dòng)噴涂與人工噴涂相比較，其所具有的優(yōu)勢如表2所示。

表2 自動(dòng)噴涂與人工噴涂的優(yōu)勢對比Table 2 Comparison of the advantages of automatic and manual spraying

4 結(jié)語

目前，RTV現(xiàn)場噴涂時(shí)操作工人的噴涂經(jīng)驗(yàn)、噴涂工藝直接影響RTV后期運(yùn)行性能，且現(xiàn)場較多存在涂層厚度不均等質(zhì)量問題。本文研制的自動(dòng)噴涂裝備可以有效提高RTV噴涂質(zhì)量、效率，且噴涂厚度則相對較均勻，最大厚度0.35 mm，最小厚度0.31 mm，滿足現(xiàn)場施工要求。

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(編輯 劉曉燕)

Automatic Spraying Equipment Research of RTV on Substation

WANG Mingmin1, XU Jiangang1, YANG Xiaoping1, ZHOU zhicheng2

(1. State Grid Jiangsu Electric Power Company, Nanjing 210024, China;2. State Grid Jiangsu Electric Power Company Research Institute, Nanjing, 211103, China)

RTV is one of effective methods for power transmission equipment external insulation properties improving. However, the performance of RTV coating was affected by spraying operation, which was mainly artificial spraying on site. In this paper, an automatic spraying equipment was developed to deal with uneven coating thickness, flow and other phenomena of artificial spraying. The device can help the spraying gun achieve circular, up and down and swinging three-dimensional motion by setting up the gun’s posture parameters. After spraying, spot detection found that artificial spraying thickness difference is quite large, while automatic spraying thickness is relatively uniform, and the automatic spraying equipment can effectively improve the RTV coating quality and efficiency.

RTV; external insulation; artificial spraying; automatic spraying

2017-01-12；

2017-03-04

國家電網(wǎng)公司2015年科技指南項(xiàng)目(面向電網(wǎng)的霧霾氣象預(yù)警及評(píng)估技術(shù)研究與應(yīng)用)

TM854

B

2096-3203(2017)03-0094-06

王銘民

王銘民(1974—)，男，江蘇揚(yáng)州人，高級(jí)工程師，從事高電壓技術(shù)、電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)維技術(shù)研究及管理工作；

許建剛(1980—)，男，江蘇無錫人，工程師，從事變電運(yùn)維管理工作；

楊小平(1980—)，男，湖北荊州人，高級(jí)工程師，從事變壓器及防污閃涂料方面工作；

周志成(1977—)，男，湖南株州人，研究員級(jí)高級(jí)工程師，從事高電壓技術(shù)、電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)維技術(shù)，研究及管理工作。