关键词：套管，恒张力，偏摆，激光
一、引言
高压套管是电力系统中高压线路穿墙壁、设备壳体，设备之间联接或设备接地时承担载流与绝缘作用的设备元件，其应用十分广泛。在电力行业高压输电变压器用的电容式套管制造中，使用浸式电容式套管的制作分为油浸纸电容式套管（通称为湿式套管）、环氧树脂浸纸式电容式套管（通称为干式套管）两种类型。其中，环氧树脂浸纸电容式套管的主绝缘为环氧树脂在真空状态下浸渍以高电气性能绝缘纸缠绕的电容芯子并经固化而成。该套管具有结构紧凑、无油、无气、无瓷、防暴、环保、免维护、耐污闪能力强、体积小、重量轻、任意角度安装等特点，其环氧树脂浸纸绝缘，真空干燥电容芯子确保了产品运行中无局部放电现象，套管内不含有绝缘油或压缩气体，最大限度的避免了起火、爆炸的危险，从而得到用户的高度关注及广泛应用。
随着电力行业超高压绝缘工艺的发展，国内环氧树脂浸纸电容式套管需求量越来越大，且呈几何上升趋势；而国内电力行业的缠绕设备整体水平还比较落后，大部分还停留在手工绕制阶段，随着国家对电力技术的快速发展，对其缠绕设备提出了新的要求。基于这种情况我们研发了皱纹纸套管缠绕机，主要用于带状皱纹纸卷绕电容式套管。
二、设备原理
1、设备原理简述
该设备由交流伺服电机通过减速机经同步带驱动主轴旋转实现皱纹纸的缠绕；交流伺服电机通过减速机驱动小车直线移动实现皱纹纸的叠包率；交流伺服电机通过减速机驱动大齿轮旋转使放纸盘旋转一定角度从而保证皱纹纸紧密的贴靠在骨架上；纸卷在放纸机构上配备张力检测和执行系统，确保绕制过程中张力恒定；同时为了保证铝箔粘贴位置的精确性系统配有激光定位机构。
2、设备操作简述
人工将芯轴在机头与尾座之间定位安装牢靠，设定好工艺各项参数。小车点动到理想的缠绕起始位置。
将皱纹纸料卷装入送纸小车的送纸机构上，由纸卷处手动抽出纸带，经放卷机构上的检测辊，卷绕到芯轴上，然后启动芯轴转动，小车匹配芯轴转速移动，将纸带卷绕到芯轴上，到达工艺卷绕层数时，激光定位机构移动到该工艺直径的贴屏位置，准确定位后，人工手动将屏在标示区间贴于卷绕好的外层；重复上述动作至产品完成。
到卷绕工艺完成，将移动小车移动到空位区间，取掉芯轴。
在卷绕过程中，可以手动打开或关闭静电消除装置。
三、设备创新点：
1、纸卷在放纸机构上配备张力检测和执行系统，确保绕制过程中张力恒定。
采用美国蒙特福气动摩擦盘控制皱纹纸的张力，通过纸带出口处张力检测机构反馈信号由PLC程序闭环控制气动摩擦力的大小，从而调节皱纹纸张力的恒定。
2、放纸机构配备偏摆系统，确保绕制过程不同方向运动时的相同的包覆率，包覆平整。
随着套管芯子外径的增大，小车可沿纵向导轨前后移动，在绕制过程中，由于来回连续绕制，因此，小车还有摆角功能，由伺服电机带动减速机驱动送纸机构可灵活摆动一定角度（随着卷径的增大，自动调节摆角大小，并可锁定），更好的将皱纹纸带缠绕在套管芯子上。
3、配备有辅助激光定位，确保在绕制过程中准确铺设电容屏。
激光标线系统安装在移动小车上，按照预先在上位平板电脑中输入的参数，操作控制面板上的回零按钮，完成标线仪回零复位，并按照工艺要求运行到对应层的边缘位置进行标记。
四、设备功能及特点：
1．芯轴的驱动通过交流伺服电机驱动来实现，配有减速机减速，按设定角度定位。
2. 纸卷放纸机构放纸后配有静电消除装置，自动消除纸卷表面静电。
3. 纸卷在放纸机构上配备张力检测和执行系统，确保绕制过程中张力恒定。
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4. 放纸机构配备偏摆系统，确保绕制过程不同方向运动时的相同的包覆率，包覆平整。
5. 移动小车采用交流伺服电机驱动，通过PLC控制其速度跟随芯轴速度变化，精确保证1/2包覆率。有联动和单独动选择。
6. 配备有辅助激光定位，确保在绕制过程中准确铺设电容屏，设备对屏的起末位置进行准确定位，操作更方便。铺设电容屏前设备要根据绕制层数等输入参数，有提示功能。
7. 设备采用上位平板电脑（工控机）＋PLC控制，设备根据固定程序运行，不同产品输入不同程序，程序的编制要根据图纸定位尺寸、绕制层数、屏的定位尺寸、屏的长度等参数进行设定，同时设备配备相应的手动控制按钮。平板电脑存储多种套管芯子工艺参数，供操作调用，具有与工厂管理网络通信功能。
五、控制系统原理及组成
电气系统主要上位平板电脑（工控机）、PLC单元及功能模块、张力控制系统、静电消除器、激光标线仪、传感器、低压电气元件等组成，包括主轴系统，小车系统，激光标线系统等的控制。
电气系统控制器采用PLC作为中央处理单元，完成对输入信号的实时处理，从而来控制小车系统，主轴系统，激光标线系统等部分完成相应的功能。
上位平板电脑作为人机交互接口，使得用户可以通过上位平板电脑来对绕制工艺参数进行设置和修改，同时在设备运行过程中向用户显示相关工艺运行参数和信息，也可以通过上位平板电脑来对设备进行简单的维护。
主轴系统主要包括了主轴伺服电机，编码器等部分。
控制器PLC接受操作面板上的启动，停止等输入信号，并根据主轴的运行工艺参数来控制主轴交流伺服电机，主轴伺服控制器驱动主轴电机进行相应动作，主轴电机上的编码器来实时测量主轴转速，送入PLC经程序计算后来控制小车的跟随速度。主轴速度通过控制面板上的电位器连续可调。
小车系统包括了小车左右运行时的驱动交流伺服电机、纸架摆角偏转机构、张力控制系统、输入信号等。
控制器PLC对主轴编码器脉冲信号进行计算来得出小车跟随的速度，并将控制信号和控制量通过交流伺服控制器来驱动跟随电机来完成绕制过程，同时根据绕制的工艺要求自动来调节纸架偏转量，小车左右运行也可以通过面板上的“联动/分动”选择开关，从而实现小车左右点动运行或随动运行。各电机均有限位和热保护功能。
张力系统，通过张力检测机构对皱纹纸的绕制张力进行检测，并反馈回控制器进行闭环控制。
静电消除装置主要是对绕制时的纸卷进行静电消除。
激光标线系统安装在移动小车上，按照预先在上位平板电脑中输入的参数，操作控制面板上的回零按钮，完成标线仪回零复位，并按照工艺要求运行到对应层的边缘位置进行标记。
六、国内情况及技术水平
国内传统手工同类设备由于其特殊绕制工艺和结构设计不合理，使得设备在使用过程中存在部分缺点，具体表现在：
1、张力控制无量化显示并控制恒张力。
2、放纸机构无偏摆系统。
3、无激光定位装置。
4、人工干涉太大。
而本8米套管缠绕机克服上述缺点，达到张力量化，并精确控制，可实时显示，电脑监视实时绕制套管情况。
七、结束语
环氧树脂浸纸电容式套管是我国至今还未全面掌握的新技术，全面掌握该项新技术，可彻底消除油浸纸电容式套管在电力运行维护上给用户带来的不便，具有较高的经济效益和社会效益。
该设备具有自动缠绕带状皱纹纸电容式套管的功能，结构新颖、提高了设备的人性化，操作方便快捷，同时还提高了产品绕制质量，并降低了劳动强度。可以替代国内传统手工同类设备。
参考文献：
〔1〕美国蒙特福（MONTALVO）张力控制器及张力传感器使用手册
〔2〕日本安川交流伺服使用手册
论文作者:马武平
论文发表刊物:《科技中国》2017年7期
论文发表时间:2017/11/1
标签：套管论文; 设备论文; 小车论文; 主轴论文; 系统论文; 工艺论文; 标线论文; 《科技中国》2017年7期论文;