大截面交联聚乙烯绝缘电力电缆制造工艺特点.pdf

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1、2 0 0 9年第 4期 No 4 2 0 09 电 线 电 缆 El e c t r i c Wi r e Ca bl e 2 0 0 9年 8月 Au g ， 2 0 09 大截面交联聚乙烯绝缘 电力 电缆制造工艺特点 袁敬添 ( 广东沥光电气实业有限公司 ， 广东 南 海 5 2 8 2 3 1 ) 摘要 ： 介绍 6 3 0 m m 大截面 8 7 1 5 k V交联 聚 乙烯绝缘 电力 电缆 的结构和制造 工艺 ， 尤其对制造过 程 中各道 工序 的工艺特点和参数作 了详 细论述 ， 对可能产生的质量缺陷进行 了分析 ， 并提 出解 决的方 法。 关键词 ： 交联 聚 乙烯绝缘 电力

2、电缆； 结构 ； 工艺； 特点 中图分类号 ： T M2 4 7 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 6 7 2 9 0 1 ( 2 0 0 9 ) 0 4 - 0 0 2 3 - 0 4 Cha r a c t e r i s t i c s o f t he M a n uf a c t ur i ng Pr o c e s s f o r La r g e Si z e XLPE Po we r Ca bl e s YUAN J i n g t i a n ( Gu a n g d o n g L i g u a n g E l e c t ri c a l I n d u s t

3、 r y Co ，Na n h a i 5 2 8 2 3 1 ，C h i n a ) Abs t r a c t ：I n t hi s p a p e r t he c o n s t r u c t i o n a n d ma n u f a c t u r i n g p r o c e s s f o r 8 7 1 5 kV 6 30 mm XLPE p o we r c a b l e s we r e pr e s e n t e dEs p e c i a l l y t h e c h a r a c t e r i s t i c s a n d pa r a me

4、t e r s o f t he i n di v i d ua l wo r k p r o c e d u r e s we r e d i s c us s ed i n d e t a i l Th e p o s s i b l e q u a l i t y d e f e c t s we r e a n a l y z e d a n d c o u n t e r me a s ur e s we r e pu t f o r wa r d Ke y wo r ds ：XPL E p o we r c a b l e；c o ns t r u c t i o n；ma nu

5、f a c t u ring p r o c e s s；c h a r a c t e r i s t i c s O 引 言 在 城 网 电缆 建设 改 造 过程 中 ， 广 东 佛 山供 电局 首次对大截 面交联聚 乙烯绝缘 电力 电缆 ( 型号 为 Z R Y J V 8 7 1 5 k V 16 3 0 ) 进 行 招标 ， 广 东 沥 光 电 气实业有限公司等 4个单位 中标 ， 其 中我公司中标 达 1 4 k m， 也为本公 司制造大截 面交联电力电缆提 供 了机会 。本文 主要 叙述 了我公 司 利用 国产交 联生 产线 制造 Z R Y J V 8 7 1 5 k V 1

6、6 3 0的生产 过 程 中 工艺特点和参数 、 关键工序质量要求 、 缺陷产生及解 决方法 ， 可供 有关 人员参 考 。 l 电缆 结构 型 号为 Z R Y J V 8 7 1 5 k V 1 6 3 0大截 面交 联 聚乙烯 绝缘 电力 电缆结 构见 图 1 。 2 制造过程 中各道工序的工艺特点和要点 2 1 紧压导体的制造工序 2 1 1 生产 设备 本公司使用了上海鸿得利机械制造有限公司生 产的 5 4 5 0 0型框式绞线机。该设备特点是牵引力 收稿 日期 ： 2 0 0 9 -02 - 1 7 作者简介 ： 袁敬 添( 1 9 5 8一) ， 男 ， 工程 师 作者地址 ：

7、广 东佛 山市 南 海 区大 沥桂 和路 水头 工业 区 5 2 8 2 3 1 大、 牵引系统机械强度高 ， 主驱动为直流电机。转速 可调 的直流 电机 ， 对 于 大截 面导 体 绞 合 过程 应 先 慢 速启 动 ， 因为 其牵 引力 比快 速启 动要小 ， 然后 检查 机 台运转情况后再升至正常速度 ， 这样可使绕在牵引 轮处 的导 电线 芯 的变形 较小 。 l 图 1电缆 的结构 1一铜导体2一半导电包带层3一内半导 电层4一X L P E绝缘层 5一外半导电层6一铜丝屏蔽层7一铜带屏蔽层 8一无纺 布包带层9一阻燃 P V C外护层 2 1 2 工 艺特 点 ( 1 )主 要工艺

8、 参 数见表 1 。 ( 2 )工艺要点和说 明 最外层的正规绞合导体根数应为 2 4根 ， 我们 2 0 0 9年第 4期 No 4 2 00 9 电 线 电 缆 El e c t r i c Wi r e Ca b l e 2 0 0 9年 8月 Aug ， 2 00 9 表 1 紧压导体制造的工艺参数 导体结构 紧压后 绞合节距 m m 拉模孔径 m m ( 根 直径 ) 外径 ra m l+ 6根 1 2根 1 8根 2 3根 1+ 6根 1 2根 l 8根 2 3根 6 O 3 7 5 3 0 O 士O 2 l 9 0 2 2 5 3 0 03 3 6 41 0 4 6 0 4 l

9、3 4 7 5 1 1 3 0 1 8 1 O 2 4 2 0 3 0 0 有意 将外层 减小 一根 为 2 3根 ， 目的使外层 分层 紧压 时防止出现跑线现象。因为在 1 8根绞层过拉模 紧 压后 外径 为 2 4 2 0 m m， 再绞上 3 7 5 m m 导线后 直 径为 2 7 9 5 m m， 周 长 为 8 7 7 6 n l m， 此 周 长 只 能 放 2 3 4 ( 若考虑 绞入 角时此 值会更 小 ) 根 3 7 5 m m 的 单线 ， 所 以我们最 外层 只选用 2 3根 单线 。 外层的节径 比应选用较小值 ， 节距小可使外 层 紧密 ， 通 过绞线 机 的牵引轮

10、 时其 变形也 会减小 。 绞合并紧压后外径偏差的选择。我们曾选用 外径 偏差 为 4 - 0 1 m m， 通过 制 造后 实测 ， 因导 电线 芯牵 引力 较小 ， 所 以其 在牵 引轮上 的变形 严重 ， 很难 达 到 0 1 m m 要 求 ， 故选 取 了 0 2 m lT l 。此 偏 差 可满 足下 道工序 包括 内外半 导 电层 和绝 缘挤 出工序 要求 ， 也不 会影 响三 层共 挤 机 头 配模 时模 芯 间 隙参 数 的选取 。 在导体绞合外层 时 ， 要尽量减少 1 8根绞层拉 伸 变形 ， 以防止 单线 长 度 积 累 ， 否则 使 1 8根 绞层 在 外 层的并 线

11、模 处 出现 灯笼状 ， 因此要适 当调 紧 1 8根 绞 层 的放 线张 力 ； 2 3根绞 层 紧压 时 的拉 模工 作 区 圆 锥 角 的 选 取 宜 不 超 过 l 6 。 ， 定 径 区 长 度 选 为 3 1 mm 0 2 2半 导 电带 和无纺 布绕 包工序 2 2 1 生产设 备 湖 北省 黄石 电工 机械 厂 生产 的绕包 机 ， 收 放线 架均为 3 1 5 0型 。 2 2 2工 艺特 点 ( 1 )主要 工艺参 数 见表 2 。 表 2半导电带和无纺布带绕包工艺参数 ( 单位 ： i n n 1 ) 半导电带绕包 无纺布带绕包 绕包半导 电 规格( 厚 宽) 重叠率 规

12、格 ( 厚 宽) 重叠率 带后外径 0 1 34 0 l O 0 1 5 5 0 1 0 3 0 5 2 ( 2 )工艺 要点 和说 明 ： 本产品选用沈阳天荣电缆材料有限公司的半 导电尼龙带 ( B N L D) ， 特点是抗 张强度高 ， 伸长率 大 ， 约大于 3 0 。由于有较高的伸长率 ， 可解决 因 导体弯曲而使包在导体表面半导 电带断裂的问题。 半 导 电带 采用右 向单带 重叠绕 包 。 G B T 1 2 7 0 6 -2 0 0 2标准规定 ， 导体 5 0 0 m m 及 以上截 面 ， 应 在紧 压 导体 表 面 绕包 半 导 电带 后再 挤 出 内半 导 电层 。这工

13、 艺在物 理性 能方面考 虑有如 下作 用 ： 一 是 紧扎 导体 ； 二是 防止挤包 的 内半 导 电料 进 入导体 间 隙内 ； 三 是便 于 用 户剥 离 大截 面 电缆 内 半 导 电挤 包层 。 无纺布带是用于保护半导电带 ， 防止半导电 带 在绕包 工序 收线 牵 引轮 上被 损 伤 ； 也 可 防止 在交 联 工序放 线 架 、 储 线 器 、 上 牵 引 轮 等处 损 伤 半 导 电 带 ， 所 以应 在交 联生 产 线 的上 牵 引 轮 出 口处至 三 层 共 挤机头 之前 ， 才 能把 无 纺 布带 保 护层 拆 下 。无 纺 布 带采用 左 向单 带重 叠绕包 。 2 3

14、交联 工序 2 3 1 生产设 备 吉林省 白城电工机械厂交联电缆生产线 ， 其中 在 挤包 内半 导 电层 时 配 备 4, 6 5 2 5挤 出 机 ； 挤 包 X L P E绝 缘层 配 备 4, 1 5 0 2 5挤 出 机 ； 挤 包 外 半 导 电 层 配备 4 , 9 0 2 5挤 出机 ； 三 层 共 挤 机 头 ； 德 国 S I K O R A公 司 X R A Y 8 0 0 0型测偏 仪 。 2 3 2工 艺特 点 ( 1 ) 主要 工艺参数 见表 3 。 ( 2 )工 艺要点 和说 明 ： 内外半 导 电材料选用 江 苏省苏州 双虎 电缆材 料厂的材料 ； X L P

15、 E绝缘料采用浙江省万马高分子 材料 厂产 品。X L P E绝 缘 料有 用 于 1 0 k V 和 3 5 k V 等不同电压等级的产 品， 而且不 同生产厂的产品其 交 联速 率有所 不 同。 表 3 交联工艺的主要工艺参数 交联管温度 。 c 交联管压力 生产线速度 内半导 电层 m m 绝缘层 m m 外半导电层 ra m 第 1 段 第 2段 第 3段 第 4段 第 5段 第 6段 M P a ( m mi n ) 厚度 外径 厚度 外径 厚度 外径 4 O O 3 9 5 3 8 5 3 8 0 3 7 5 3 6 0 1 4 3 1 0 3 2 5 2 4 5 0 4 1 7

16、9 1 0 4 3 7 9 为标称厚度。 三层共挤机头的内模芯间隙距离 的选择 ， 通 常 6 3 0 m m 间隙要比3 0 0 m m 大 0 4 m i l l ， 理论总值 2 4 2 0 0 9年第 4期 No 4 20 0 9 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e Ca b l e 2 0 0 9年 8月 Au g ， 2 0 0 9 为 0 7 8 m m， 故 选 内模 芯 孔 径 d=3 0 5 2+0 7 8= 31 3 0 h i m 。 导电线芯换盘接 口采用 乙炔气焊焊接。因交 联生 产线速 度 只有 4 3 m m i n ， 1 2 0 i

17、 n储 线器放 出线 芯所用 的时 间可 以适 应 乙炔气 焊 的焊接 工艺 。 按 G B T 1 2 7 0 6 -2 0 0 2规定 ， 绝缘厚度的平均 值不能小于标称值 ( 即不小 于 4 5 mm) ， 故表 3绝 缘层 挤包后 的外 径 控 制 参数 计 算 式 为 3 2 5 2+4 5 21 0 3= 4 1 7 9 m m。也 就 是 绝缘 厚 度 现场 工 艺 值 为 ： 4 51 0 3= 4 6 4 m m， 才能满 足标 准 的要求 。 2 4金属 屏 蔽工序 2 4 1 生产设备 湖北 省黄 石 电工 机 械 厂生 产 的屏 蔽 机 ， 含 有 2 个 绕包 头 。

18、第一 个 是 绕包 铜 带 ， 第 二 个 是绕 包 无 纺 布 ， 且 可 同时放置 两 盘无纺 布带 。 2 4 2工 艺特点 ( 1 )主要工 艺参数 见表 4 。 表 4 金 属屏 蔽工艺的主要工艺 参数 ( 单位 ： i l l n 1 ) 铜丝屏 蔽的绞合 铜带的绕包 无纺布 的绕包 根数 直径 绞向 节距 外径 ( 厚 宽 ) 绕 向 节距 外径 ( 厚 宽 ) 绕向 节距 外径 4 8 1 1 8 左 2 6 0 2 8 0 4 6 1 5 0 13 0 右 1 3 O一1 6 O 4 6 3 5 O 1 5 6 0 左 5 25 8 4 6 9 5 ( 2 )工艺要 点 和说

19、 明 ： 本产品铜丝屏 蔽截 面积选用 5 0 mil l 。根据 不同产品规格、 不 同故 障电流要求可分别选用 2 5 、 3 5 、 5 O和 7 0 mm 等 不 同截 面积 的铜 丝屏蔽 。 制造过程中要重点监控铜丝放线盘是否转动 流畅 ， 放 线刹 车是 否有效 ， 放 线 盘 不能 有 搭 ( 叠 ) 线 ， 防止铜单 线拉 断或 拉细 。 铜带为单带 间隙绕包 ， 目的是固定和扎紧铜 丝 ， 使铜丝铜带金属屏蔽为一个导电整体 ， 提高抗短 路 电流 的能力 。 无 纺 布为 双 带 间 隙绕包 ， 作 用 是 保 护金 属 屏 蔽层 ， 防止其在本工序的牵引和收线中、 在护套工

20、序 的放线 及牵 引 中引起损 伤 。个 别生 产厂 取消 了无纺 布绕包 结构 ， 这将 可能会 导致 损伤 金属屏 蔽层 ， 但取 消此结 构是 G B T 1 2 7 0 6 -2 0 0 2所允 许 的。 2 5挤 包外护 套工序 2 5 1 生产设备 河南省驻马店 塑料机械厂 t h 1 5 0 2 5护套 生产 线 ， 3 1 5 0型 收放 线 架 ， 塑料 干燥 系统 和 多 米诺 喷 码 印字 系统 。 2 5 2工 艺特 点 ( 1 ) 主要工艺参数见表 5 。 表 5挤 包外 护套 主要工艺参数 挤护套前 护套标称 挤护套后 机身温度 生产速度 外径 ram 厚度 ra

21、m 外径 ra m 。 C ( m m i n ) 4 6 9 5 3 O 0 5 2 9 5 1 5 5 1 7 5 5 O ( 2 )工艺要点和说 明 9 0。 c 阻燃护套塑料由广州光耀塑料有限公 司提供 ， 产品型号为 Z R H 9 0 。 印字要求除执行 G B T 1 2 7 0 6 -2 0 0 2标准外 ， 南 方 电网佛 山供 电局还 要求 标识 生产 年份 。 对原 材料 进行 干燥处 理 ， 可减少 气孑 L 的产 生 。 本设 备 没 有 配 厚度 检 测 系统。如 能 配置 S I K O A公司生产的 X R A Y 2 0 0 0 X射线电缆绝缘护 套偏 心及

22、厚度 检测 系 统 ， 则 可保 证 挤 出层 厚 度 的精 度 ， 达到提高质量、 降低护套料成本的 目的。 根 据 上 述工 序 工 艺特 点 和 要求 ， 并 加 强 每道 工 序产品质量的严格控制， 本产品的各项技术指标均 达到标准规定 的要求 ， 其 中： 导 体 电阻测 量 。标 准 规 定 2 0。 c 时 导体 最 大 电 阻 0 0 2 8 3 n k m， 实测值为 0 0 2 7 9 Q k m； 局部 放 电试 验 。标 准 规 定 1 7 3 U ( 即 1 5 k V) 工频交流电压施加于导体 与金属屏蔽之间， 要求放 电量不超过 l 0 p c ， 实测值为 4

23、p C 。 电压试 验 。标准 要 求 3 5 ( 3 O 5 k V) 工 频 交 流电压施加于导体与金属屏蔽之 间， 持续 5 mi n绝 缘未击穿 ， 实测结果符合本规定。 3 结束 语 ( 1 )Z R - Y J V 8 7 1 5 k V 1 6 3 0电缆生产的关 键工 序是 交 联 工 序 。在 制 造 过 程 中 须 加 强 质 量 管 理 ， 利用测 偏仪 保证 挤 出层 的厚度 ， 控 制偏 心 度 ， 其 次 要 防止原 材料 受污 染 ， 热 延 伸 ( 交 联 度 ) 指标 控 制 在 1 0 0 1 6 0 是关键 工序 的主要要 求 。 ( 2 )制造 Z R

24、Y J V 8 7 1 5 k V 1 6 3 0生产过程 的主要 难点 有 ： 一 是 半 导 电带 在 进 入 三层 共 挤 机 头 前可能会 出现破损 ， 解决方法是在包半导 电带后同 时绕包无纺布带保护 ， 在进入三层共挤机头前才 由 专人拆除； 二是铜丝屏蔽时铜丝应排列均匀 ， 要求平 均 问隔不 大 于 4 m m， 相 邻两根 铜线 不大 于 8 mm。 ( 下转 第 4 2页 l 2 0 0 9年第 4期 No 4 2 0 09 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e Ca b l e 2 0 0 9年 8月 Aug ， 2 00 9 度控制。这样才能稳定

25、跳舞轮 ， 使得线径的拉细量 保持一致。 6 5 收线控 制 盘式收线电机及驱 器 目前有两种形式 ： 一种 是变频调速 ， 一种是直流调速。电机功率一般在 3 0 k W 左右。用变频调速收线 电机功率要加大 ， 因为 变频电机的低速特性较软， 即使采用转矩提升功能， 也没有直流电机的低速特性好。故从使用角度看 ， 建议还是采用直流电机为好。 国内厂家的铜大拉机的排线电机一般采用异步 电机 ， 在工作 中当排线器到达端点时， 电机要立即反 转 ， 实现回排 。因异步电机在工作中立即反转 ， 有一 个较大的起动电流存在， 对电机是不利的， 所以建议 制造厂排线 电机采用直流稀土电机。 7 结束

26、语 ( 1 )国外铜大拉机线速为 4 0 m s ， 而我国通常 拉丝线速是 国外 的 1 2至 2 3 。为 了提高 生产速 度 ， 主机齿轮应采用高性能精密圆弧斜齿轮传 动的 设计 ， 采用精密进 口轴承、 喷淋式强油冷却润滑 ， 这 样才能做到传动可靠、 功率大 、 振动小、 噪音低、 使用 寿命长。齿轮、 皮带轮及主轴都必须经动平衡处理 ， 运转平稳 ， 从而保证拉丝过程 中工作平稳性。 ( 2 )拉线的润滑应采用全浸式工艺 ， 即拉线鼓 轮、 导线、 拉线模及模座完全浸入式或对模子及鼓轮 进行喷射润滑 ， 这样能够对 附着在模具上的铜粉屑 彻底清除， 改善了润滑 、 清洗 、 冷却效

27、果 ， 提高生产效 率 ( 3 )为方便操作及维护 ， 设计时应充分考虑到 操作位置的空间和高度、 操作件形状和结构 ， 退火结 构 由传统立式向国外卧式转型 ， 操作安全可靠 ， 符合 人 机工 程学 。 ( 4 )退火机的设计应采用外壳中性 的设计 ， 确 保无电流流到其它设备上。为 了提 高退火导线质 量 ， 减少导线与接触轮之间产生电火花， 退火机应采 用导电性 、 灭弧性 、 耐磨性等综合性能良好、 使用寿 命长的镍合金接触环。为了减少传 动所造成 的振 动 ， 退火机接触轮组之间采用特种皮带传动 ， 同时接 触轮之间的距离和传动皮带轮都必须精确 ， 确保退 火导线在预热段和退火段的

28、各接触 轮之间张紧合 适 、 运转平 稳 。既要 有 效 防止 线 材在 退 火 过程 中被 拉细， 又要避免线材在各接触轮上抖动产生 电火花 灼伤表面和造成退火不均等缺陷。 ( 5 )国内大拉机的设备表面喷涂或油漆不及国 外光洁 ， 且时间一长 ， 部分设备油漆有脱落现象。从 设备表面喷涂或油漆质量能反映出该企业形象， 这 是用户对设备最直观的认可度 。 ( 6 )应进一步提高服务质量 ， 主要表现在 以下 几个方面： 给用户提供设备操作手册 ， 并提供操 作演示光盘 ； 在生产现场对操作人员进行现场指 导培训、 试车 、 试产 ； 设备制造厂家应对所有的备 品备件及相关图纸进行统一编号，

29、并 向用户提供系 统详细的备品备件及相关 图纸编号 ， 用户在购买或 加工备品备件时只需提供相应编号 ， 就能及时购买 到配件或得到相应的图纸而及时加工； 制造商要 及时给用户设备升级的技术支持 ； 制造商要提高 设 备调试 人员 的业 务水平 。 参考文献 ： 1 黄崇棋 铜 、 铝导体生产发展趋 向及有关 问题 的研讨 J 电线 电缆， 2 0 0 4 ( 3 ) ： 1 1 2 2 张杰 ， 刘 中亮 采用快速后减模控制 系统 的大拉机设 计与研 究 J 】 电线电缆 ， 2 0 0 5 ( 2 ) ： 3 8 4 2 ( 上 接 第 2 5页 ) 解决方法是保证铜丝放线盘转动灵活 ，

30、张力适 中， 铜 丝屏蔽节距不能太大 ， 同时采用单铜带反向间隙绕 包工艺来扎紧铜丝 ， 双带间隙绕包无纺布带作保护 层( 此无纺布带不再拆除 ) ， 防止铜丝堆积在一起 ， 以达到屏蔽层铜丝排列整齐、 间隔均匀的 目的。 应该说 ， 对于 Z R - Y J V 8 7 1 5 k V 1 6 3 0产品， 用户使用量很少， 本公司能接得这批订单也为本公 司对于大截面交联聚乙烯绝缘电缆的制造提供了机 会， 本文所述的是我们在研制过程中所获得的经验 4 2 和体会， 仅供有关人员参考。 参考文献 ： 1 蒋佩南国产交联电缆 的生产和运行 经验 C 中 国电工技 术学会电线电缆专委会 、 中国电机 工程学会 电力电缆 分专委 会论文集 ， 2 0 0 2 2 崔江流 ， 罗俊华城 乡电 网改 造 中 电力 电 缆 的应 用 及 问题 J 电线电缆， 2 0 0 1 ( 2 ) ： 1 1 - 1 3 3 柏凌 ， 蔡如 明中高压交联聚乙烯 绝缘 电缆导体生产工艺和 过程质量控制 C 中国电工技术学会 电线电缆专委会 、 中国 电机工程学会 电力电缆分专委会论文集 ， 2 0 0 2