高压电力电缆皱纹铝护套的挤制.pdf

2012 年第 5 期 No 52012 电 线 电 缆 Electric Wire Cable 2012 年 10 月 Oct， 2012 高压电力电缆皱纹铝护套的挤制 赖建华 ( 福建南平太阳电缆股份有限公司， 福建 南平 353000) 摘要: 从产品的结构设计、 铝杆选用、 模具设计、 产品制造等方面进行论述， 重点介绍采用铝杆挤制铝护套的结 构设计、 产品制造过程中关键技术的控制， 确保产品满足质量要求。 关键词: 高压电力电缆;挤铝;铝护套;挤铝机 中图分类号: TM205;TM247文献标识码: A 文章编号: 1672- 6901( 2012) 05- 0016- 04 Conform of Corrugated Aluminium Sheath for High Voltage Power Cables LAI Jian- hua ( Fujian Nanping Sun Cables Co，Ltd，Nanping 353000，China) Abstract:This paper deals with product structure design，aluminium rod selection，mold design and production，fo- cuses on the structure design of aluminium sheath extruded with aluminium rod and key points of manufacturing processes and technology which ensure product to meet the quality requirements Key words:high voltage power cable;conform of aluminium;aluminium sheath;aluminium conform machine 收稿日期: 2011- 12- 16 作者简介: 赖建华( 1970 ) ， 男， 工程师 作者地址: 福建南平市工业路 102 号 353000 0引言 高压电力电缆铝护套的生产通常有氩弧焊、 压 铝、 挤铝等几种方式， 氩弧焊及压铝不管从工艺上还 是设备上都较为成熟， 而挤铝特别是大截面铝护套 的挤制还处于起步阶段。从设备维护及生产成本上 看， 氩弧焊最低， 压铝最高， 挤铝则介于氩弧焊及压 铝之间。 目前国内高压电缆市场上要求铝护套整体挤包 的越来越多， 而挤铝因其维护及生产成本大大低于 压铝而逐渐被业内所关注， 特别是大管径挤出的稳 定性与电缆表面的冷却保护成为挤铝成功与否的标 志。我公司从 2009 年开始与合肥神马科技股份有 限公司合作， 由对方设计制造设备， 我方提供工艺支 持共同开发挤铝机。本文以 YJLW03 64/110 kV 1 1 600 mm2高压电力电缆为例， 介绍电缆结构、 设备组成、 生产工艺及产品试验。 1电缆结构 该电缆导体为 5 分割结构， 采用挤包型铝护套 ( 见图 1) 。 挤包皱纹铝护套的生产， 很重要的一步是确定 铝护套的波峰及波谷尺寸。该电缆结构中半导电阻 图 1YJLW03 64/110kV 1 1600 mm2 电缆结构 水缓冲带采用双层间隙绕包， 其绕包外径 d2= d1+ 3 t1=89 7 +3 2 0 = 95 7 mm。式中， d2为半导 电阻水缓冲带绕包外径; d1为电缆绝缘外径; t1为 半导电阻水缓冲带厚度 2 0 mm。 挤包皱纹铝护套和半导电阻水缓冲带采用紧密 接触设计， 则挤包皱纹铝护套波谷内径 d3= d2= 95. 7 mm。 波峰外径 d4= d3+ 2 ( h + T)= 95. 7 + 2 ( 5. 5 +2. 3)=111. 3 mm。式中， d3为挤包皱纹铝护 套波谷内径; d4为挤包皱纹铝护套波峰外径; h 为轧 纹深度; T 为挤包皱纹铝护套厚度。 2挤铝机的主要部件及参数 挤铝机生产线布局见图 2。其中最主要的机头 结构见图 3。 图 2挤铝机生产线示意图 1 铝杆2 铝杆校直机构 3 铝杆抛光4 放线架5 铝杆超声波清洗 6 前牵引 7 主机8 铝管冷却系统 9 后牵引10 轧纹机 11 机头加热系统12 收线 图 3机头结构示意图 1 模芯座2 前置水套 3 电缆4 前置水套头 5 模座 6 压紧螺母7 后置水套 8 铝护套9 模套10 模芯 11 挤压轮 该挤铝机为 4 根铝杆同时进杆， 上下各 2 根 9. 5 12 mm 的铝杆。铝护套的挤制难点在于铝 杆表面杂质的清除、 挤出前模具调中、 机头温度控 制、 冷却系统的冷却效果。其过程是 4 根铝杆经放 线架进入校直刷毛装置， 接着进入超声波清洗装置， 出来的光亮铝杆再经过挤压轮进入机头模腔( 图 3 中黑色实体部分)， 然后以一定的温度通过模心( 图 3 中 10) 、 模套( 图 3 中 9) 即可挤出铝管( 图 3 中 8 所示) ， 铝管经过水槽冷却后进入轧纹机， 轧纹后就 可以收盘， 气密性试验合格后即可进入下一道工序。 2. 1前置冷却水套头及后置冷却水套 为避免挤出过程中缆芯被模芯和高温铝套烫 伤， 设计了前置冷却水套装置及后置冷却水套。前 置冷却水套装置由冷却水套和水套头组成， 水套头 是由特殊材料制成的， 通过水套冷却水套头， 确保电 缆不被烫伤( 图 3 中 4 所示) 。为方便缆芯顺利通 过， 缆芯与水套头内壁有一定的间隙。前置水套头 内径 D1= d2+2 =95. 7 +2 0. 4 =96. 5 mm。式 中， D1为前置水套头内径; 为缆芯与前置水套头 内壁的间隙。 外径 D2= D1+ 2 t = 96. 5 + 2 0. 8 = 98. 1 mm。式中， D2为前置水套头外径， t 为前置水套头 模嘴壁厚。 该后置冷却水套也是一个由特殊材料制作的喷 头， 以一定的角度和压力将冷却水喷淋到挤出的铝 管上， 快速将铝护套冷却到满足要求的温度( 图 3 中 7 所示) 。 2 2模芯 模芯结构见图 4。 模芯内径 D3= D2+ 2 1= 98 1 + 2 0 5 = 99 1 mm。式中， D3为模芯内径; 1为水套头与模 芯之间的间隙。模芯外径 D4= D3+ 2 t1= 99 1 + 71 2012 年第 5 期 No 52012 电 线 电 缆 Electric Wire Cable 2012 年 10 月 Oct， 2012 图 4模芯 2 4 0 =107 1 mm。式中， D4为模芯外径; t1为模 芯嘴壁厚度。 2 3模套 模套结构见图 5。 图 5模套 模套内径 D5= D4+ b = 111 3 + 1 8 = 113 1 mm。式中， D5为模套内径; b 为轧纹后铝管的外径 缩径值。模套承线要短， 之后是小角度 的喇叭形。 3铝护套的挤制工艺 3 1铝杆表面杂质的清除 根据 GB/T 11017 22002 6 6 1 条规定“皱 纹铝套应采用纯度不小于 99 6% 的铝材制造” ， 我 们选用符合 GB/T 39542008 标准要求的电工圆 铝杆， 型号 A 4， 强度 95 115 MPa， 伸率不小于 11% ， 20时电阻率不大于 28 01 nm。为确 保铝护套挤出过程中没有破洞， 铝杆不得有杂质、 夹杂物， 外表面不得有油污， 所以要求铝杆表面不 能有黄油。 无油铝杆放线后通过校直机构校直， 再通过高 速旋转的钢刷去除表面污染物和铝屑， 进入高温超 声波清洗器， 进一步清洗铝杆表面杂质， 最后经过烘 干后进入机头。铝杆所经过的导轮、 校直轮、 进料辊 确保没有油污， 挤压轮表面无油污。 3 2挤出前模具的调中 该调中分为模具调中及机头的调中， 模具调中 后先将整个机头放入加热炉加温4 h 至490， 然后 将机头吊出来再次调中模具， 锁紧螺丝， 然后加热 2 h， 再次调中可最大限度消除因加热而形成的间 隙。挤出前机头至少在加热炉中保温 10 h。 机头加热好， 吊装至靴座上后也必须进行调中。 根据在工作区和安装点的位置， 主机的各个部件有 不同的温度膨胀要求， 因此在到达正常运行温度时， 模腔堵头与轮槽的相互位置就会发生变化。为防止 这种现象发生， 在模腔、 挤压轮和靴座发生温度膨胀 前， 堵头就应该放在轮槽中间的合适位置。因此机 头在冷态下就要调整挤压轮与小模腔堵头的间隙， 用 4 根铝线分别放置 4 个堵头位置处， 夹紧靴座约 1 min， 放松后取出铝线， 测量铝线厚度。通过反复 调整机头导轨高度可以使 4 根铝线厚度均在 1 0 1 2 mm范围， 并且要求在挤压轮同一侧的两根铝线 厚度一致。这样就能够保证挤出的溢料均匀和铝管 平稳。刮刀与挤压轮的调整一般取 0 7 mm 间隙即 可。通过这两方面的调整， 能够保证挤出的铝管厚 度均匀。 3 3机头温度的控制 因为整个机头较大， 重量达 800 kg， 所以在生产 过程中机头温度长期保持在 420 450 之间至关 重要。经过多次试验得知: 铝杆与挤压轮之间自身 的摩擦产生的热量不足以使机头维持在 420 450。后经计算， 我们在机头四面加上特制的加热 块( 共约 20 kW) ， 能保证生产过程中机头温度在这 一范围， 而这也是生产线能够连续、 稳定生产的保 证， 也保证了挤出铝管的圆整性。 3 4铝管水套冷却系统 铝管水套冷却系统由两部分组成: 一个是电缆 进模时的冷却保护， 即前置冷却水套头， 通过水套头 将电缆和模芯隔离， 确保电缆进入机头前不与模芯 接触， 而水直接冷却该水套头， 使水套头温度稳定在 90以下， 保证电缆进机头前不被烫伤; 另一个是铝 管冷却系统， 该系统通过一个喷头， 连接在模套上， 铝管挤出后喷头的冷却水按一个角度直接喷到铝管 上， 将铝管快速冷却到 40 以下， 水压达到 0. 5 MPa， 冷却内循环水箱容量大于 3 t， 热交换器面积 大于 20 m2。前后水套每次投入使用前必须通水试 验， 确认接头处不会漏水后才能正式生产。可靠的 冷却系统确保电缆不会被烫伤， 是产品质量的重要 保证。 81 2012 年第 5 期 No 52012 电 线 电 缆 Electric Wire Cable 2012 年 10 月 Oct， 2012 3 5生产过程的停电试验 在试机过程中， 我们设计了突然停电环节， 整机 停机 5 min， 之后继续启动生产线， 以此检验铝管的 挤出质量及铝管冷却效果。停机处的铝管从外观上 看有轻微的突起， 经测量该处外径比正常大 1 mm。 切断取出电缆观察， 缓冲带及电缆表面没有烫伤， 说 明冷却系统可靠; 铝管内表面光滑， 说明突然停机没 有造成铝管向内凹凸。 4产品的试验 为了验证设备的工艺性能， 我们对所挤出的未 轧纹空管和轧纹空管进行了检测。 4 1空铝管挤出时外径的稳定性及厚度 我们共挤了 800 m 的空管， 每隔 200 m 取一个 样， 共 3 个样， 经检测的结果如下表 1 和表 2。 表 1空铝管的外径 ( 单位: mm) 上下左右上左上右平均圆整度% 11421131113411381136990 11381130113411351134993 11381128112911341132991 表 2空铝管的厚度 ( 单位: mm) 123456平均最薄 2 152342 232422 362452 332 15 2 352112 402212 332262 282 11 2 092312 412232 322272 272 09 从上表 1 和表 2 可知， 挤出空管的外径稳定性 及厚度均满足要求。 对轧纹空管， 经取样测得: 轧纹深度 5 5 mm; 轧 纹节距 30 0 mm; 波谷内径 95 81 mm; 波峰外径 111 6 mm; 最薄点厚度 2 08 mm。这说明挤出铝护 套结构参数满足产品设计要求。 4 2铝套气密性试验 铝护套经充氮气( 0 4 0 01)MPa 密封 4 h 后 检查， 气压并无明显下降， 保持在( 0 4 0 01)MPa 不变， 说明气密性良好。 4 3电缆的热膨胀试验 轧纹后取三段 30 cm 长电缆， 放入烘箱， 在 95下连续烘4 h， 取出电缆， 解掉绕包的缓冲带， 检 查电缆表面， 没有压痕， 间隙设计满足电缆膨胀 要求。 4 4电缆的弯曲试验 我们对电缆进行 15 倍电缆外径的弯曲试验。 取出100 m 电缆在电缆盘上按要求绕， 然后展直， 再 反向绕， 如此反复做 3 次， 从外观上检查铝护套没有 变形， 轧纹处也没有裂纹。从中截取 30 cm 样品， 取 出电缆后观察电缆表面， 没有压痕。 4 5电缆的局放耐压试验 按 GB/T 110172002 要求， 对该做过弯曲试验 后的电缆进行局放及耐压试验。先将电压升至 2 5 U0， 即 160 kV 耐压 30 min， 电缆绝缘没有击穿。做 局放试验时， 将电压逐渐升至 1 73 U0， 保持 10 s 后 降至 1 5 U0即 96 kV， 未检测出放电( 该设备的灵 敏度为 0 8 pC) 。 5结束语 在本次铝护套挤出过程中， 我们主要解决了铝 管挤出偏心、 电缆冷却保护不好和铝管圆整度较差 等问题。挤出产品与同规格的氩弧焊产品比较， 铝 护套的圆整性和厚度的均匀性均无太大区别， 产品 也通过了电气和机械性能各项检测要求。 另外， 本次大规格电缆的铝护套连续生产时间 超过了 20 h， 生产线的挤出和冷却系统均未出现异 常现象， 绝缘表面也未出现烫伤的情况， 其生产速度 也比用氩弧焊生产线快一些。从生产质量和效率来 看， 用挤铝机完全可满足生产大规格电缆铝护套的 生产需要。 参考文献: 1杨俊家 高压 XLPE 绝缘电力电缆皱纹铝护套的应用J 电 线电缆， 2003( 8) : 44- 48 2陈光高220kV 交联聚乙烯绝缘电力电缆的研制J 电线电 缆， 1997( 6) : 檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿 13- 16 2013 年度 电线电缆 杂志征订通知 2013 年度 电线电缆 杂志征订工作于 2012 年 10 月开始办理， 请广大订户速到所在地区邮电局( 所) 的报刊发行处征订。 电线电缆 的邮局发行代号为 4 276， 定价每期 10 元， 全年 6 期共 60 元， 欢迎广大读者就近订阅 电线电缆 杂志。读 者也可以向编辑部订购， 但需另加邮费 20 元， 即全年共 80 元。 汇款地址: 上海市军工路 1000 号电线电缆编辑部邮政编码: 200093电话: ( 021) 65494605- 2058传真: ( 021) 65486602联系人: 顾炯 电线电缆编辑部 91 2012 年第 5 期 No 52012 电 线 电 缆 Electric Wire Cable 2012 年 10 月 Oct， 2012