过程控制决定高压XLPE绝缘电力电缆产品质量.pdf

2 0 1 0年第 1 期 NO 1 20l 0 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e Ca bl e 2 0 l O年 2月 Fe b ， 2 01 0 过程控制决定高压 X L P E绝缘 电力电缆产品质量 钟 立 华 ， ( 1 广东 电网公 司物 流巾心 ， 广东 广州 5 1 0 6 3 0 ； 2 吴 长 顺 国家 电线 电缆质量监督 检验中心 ， 上海 2 0 0 0 9 3 ) 摘要 ： 通过 对 国内 1 7家 1 1 O k V高压 交联 聚 乙烯 ( X L P E) 绝缘 电力电缆生产企业 2 8条 交联 电缆 生产 线生产制 造过程的质量控制情 况进行调研 分析 ， 发现 了一 些问题 并提 出一些建议 ， 希望能为各生产企业提 供借鉴 。 加 强 生 产 过 程 质 量 控 制 ， 提 高产 品 质 量 ， 为 用 户提 供 优 质 产 品 关键词 ： 1 1 0 k V交联 聚 乙烯绝缘 电力 电缆 ；质量控制 ； 调研 分析 ； 建议 中 图 分 类 号 ： T M2 4 7 1 文 献 标 识 码 ： A 文章 编 号 ： 1 6 7 2 6 9 0 1 ( 2 0 1 0) OI - 0 0 0 5 0 3 Qu a l i t y o f HV XLP E Po we r Ca b l e s i s De t e r mi n e d b y t h e P r o c e s s Co n t r o l ZHONG Li h u a，e t a l ( L o g i s t i c s C e n t e r o f Gu a n g d o n g P o w e r G r i d Co r p o r a t i o n，G u a n g z h o u 5 1 0 6 3 0，C h i n a ) Abs t r a ct ：By i n v e s t i g a t i n g a n d a na l y z i n g t h e qu a l i t y c o n t r o l i n t h e pr o d u c t i o n pr o c e s s i n t he 28 XLPE c a b l e l i n e s i n 1 7 ma n uf a c t ur e r s pr o du c i ng 11 O k V X I PE c a bl e ss o me p r o b l e ms we r e i d e n t i f i e d a nd c o u nt e r me a s ur e s we r e s u g g e s t e dWe h o pe t h a t t h i s p a p e r wi l l he l p t he ca b l e ma nu f a c t u r e r s t o e n h an c e t h e q u a l i t y c o nt r o l i n t h e p r o du c t i o n pr o c e s s S O a s t o i mp r o v e pr o du c t q ua l i t y a n d s up p l y c u s t o me r s wi t h h i g h q ua l i t y p r o d uc t s K e y wor ds ： 1 l 0 k V XLPE po we r c a b l e； q u a l i t y c o nt r o l ；i n v e s t i g a t i o n a n d a n a l y s i s； s u g g e s t i o n 0 引 言 1 生产制造过 程中存 在一些问题及建议 国 内 高 压 交 联 聚 乙 烯 ( X L P E) 绝 缘 电力 电缆 ( 以下简称交联电缆 ) 的生产装备是世界一流 的， 特 别 是 最近 几 年 新 建 的 1 1 0 k V及 以上 电压 等 级 的交 联 生产 线都 是原 装 进 口 ， 主 要 原材 料 ( 导 体 屏 蔽 、 绝 缘 和绝 缘屏 蔽 材 料 ) 也 全 部 进 口 除 了 生 产 过 程 中 的人 ( 管理 人员 、 技术 人 员 和一 线 操作 人 员 ) 不是 外 国人外 ， 其 他 硬 件 ( 生 产 设备 、 检 测 设备 ) 大 部 分 都 比 国外 的要 好 ， 可 产 品 质 量水 平 如 何 ? 为什 么会 经 常 出现 产 品质量 事故 呢 ?为 了全 面 了解 国内 目前 主 要 1 1 0 k V交联电缆生产企业的质量控制情况， 选择 优 秀供 货商 为广 东 电 网提供 优 质 产 品 ， 以便 保 障广 东 电 网安全 运行 ， 广 东 电 网公 司 与 国家 电线 电缆 质 量 监督 检验 中心 合作 ， 组 织 了广州 、 深 圳 、 佛 山 、 东莞 等供电局 的 l 4位专家 ， 对国内 l 7家 1 1 0 k V交联 电 缆 生产 企业进 行 了一 次全 面 的生产 能力 和产 品 质量 水平 调查 和 分析 。在 这一 次调 查 中我们 发 现 了一些 问题 并 提 出一 些 建议 ， 希 望 能 为各 生 产 企 业 提 供 借 鉴 ， 加强 生产 过程 质量 控制 ， 提 高产 品质 量 。 收 稿 日期 ： 2 0 0 9 0 5 2 0 作者简介 ： 钟立华( 1 9 7 6一) ， 男 ， 高级工 程师 作 者 地 址 ： 广 东 广 州 黄 埔 大 道 中 1 4 6 1 5 0 号 五 楼 5 1 0 6 3 0 1 1 导体 生产 设 备及 工艺 水平 从考 察 的 1 7家企业 来看 ， 导 体拉 丝设 备状 况差 距较 大 ， 有 国产 的 ， 有 进 口的 ， 投 产 使 用 的时 间跨 度 也较 大 。框 绞 机 设 备 ： 从 6 l盘 到 9 1盘都 有 ， 以 8 4 盘 为 主 ， 有 国产 的 ， 也 有 进 口的。 盘式 成 缆机 ： 有带 相位 监测 系统 的盘 式 成 缆 机 ， 也 有 不 具 备 相 位 监测 系统 的盘 式成 缆 机 ， 有 国产 的 也 有 进 口的 ， 甚 至个 别企 业没 有盘 式成 缆机 。 有不 少 人认为 ， 电缆 的导体 能导 电 、 导体 电阻符 合标 准要 求 就可 以 了 ， 但 对 于 高 压 电缆 导 体 的 特殊 性没 有足 够 的认识 ， 例 如 导体 的 圆整 度 对 电 缆 中 电 场分 布 的影 响 ， 导 体表 面质 量对 产 品质 量的影 响 ， 导 体中单丝延展性对 电缆绝缘应力的影响等。有些企 业 对 拉丝 冷却 液酸 碱 值 重 视 不 够 ， 导 致 拉 制 的单 丝 导体 表面 出现 氧化 现象 ； 绞合 后 导 体 表 面保 护也 不 统一 ， 有 些企业 直 接 沿 用 了 中低 压 电缆 的生 产工 艺 和习惯； 分割导体绞合定 向装置工作不正常， 处于摆 设状 态 ， 失去 了控 制 圆整度 和扭 力 的作用 。 建议生产厂首先应正确 区别高压 电缆导体与中 低压 电缆 导体对 电缆 本 身 质 量 的 影 响 ； 正 确 认识 导 体对电缆 内在质量 和电缆使用寿命 的影响； 重视高 压 电缆导 体 的生产 控 制 ， 提 高导 体 性 能 在 高 压 电缆 中作用 的意识。控制好拉丝质量 ， 设法消除绞合产 2 0 1 0年第 1 期 No 1 2 O1 O 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e& Ca b l e 2 0 1 0年 2月 F e b ， 2 01 0 生的应力 ， 在生产 过程 中保护好 导体 表面质量 等 。 1 2 绝缘 材料保存 条件及 质保期 交联 绝缘 材料 的保存 对 环境 有严 格 的要 求 ， 特 别 是北方 的企业 ， 由于夏 、 冬季环境 条件 的 巨大差异 更应 该注意绝 缘材 料 的保存 措 施 。在 调查 中发 现 ， 绝大多数企业都没有固定的绝缘和半导电原材料仓 库 ， 绝缘 材料乱 堆乱放 ， 车 间里 、 试验 室 、 立塔 的楼层 里都有 。建议应设 立专 用的绝缘 材料 和半导 电材料 仓 库 ， 并应 配备温 度控制设 备 ， 防止极 端天气 条件下 材 料 中物质 析出 。 材料 保存 期也 是 一个 模糊 的问题 ， 由于 原材 料 生产 厂在原材料 包 装 信息 提 示 内容 中， 绝 大 多数 没 有明示的生产 日期和有效保质期 ， 只用所谓 的代码 表示 ， 这给原材料管理工作带来很多不便 ， 很容易将 过 期的原 材料投入 使用 。建议各 生产企 业将绝 缘材 料 的质保期 在包装 箱上 明示 。另外建议 加快 高压 电 缆原 材料 国产 化 的建 设 ， 是保 证 和监 督 产 品质 量 的 根本所 在 ， 不要 完全依 赖进 口， 一 切都控制 在外 国人 手中， 也不利于国内高压电缆持久稳定 的发展。 1 3在 线偏心 度测试仪 的使用 高压 电缆生 产线配 备在线偏 心度 测试 仪是一个 “ 亮 点” ， 是 控 制产 品质 量 的象 征 。考 察 的 1 7家 企 业 2 8条 1 1 0 k V交联电缆生产线( 2 3条立式、 5条悬 链式) 都配备 了在线偏心度测试仪 ， 但调查 中发现 的现象和产品抽样检测结果都说 明了一个事实， 即 有些企 业 的偏 心 度 测 试 仪 没有 很 好 地 使 用 。应 该 说 ， 具体操作者是不是很专业地操作和使用该设备。 这 是每个企 业生产 管理 者应该 注意 的一 个 问题 。 在线偏心 度测试 仪测 量的数值 是热 态下 的绝缘 和半 导 电层厚 度 ， 不 同热 态下 厚 度 与冷 却 后厚 度 的 对应关 系研究 不够细 致 ， 这是 普遍存 在 的现象 ， 通 常 是根据经 验判别 大 约收 缩 多 少 ； 有 些 企 业不 太 清楚 不 同的绝 缘材料 、 不 同 的绝 缘 厚度 其 收 缩率 之 间 的 关 系 。建议 加强对 不 同 的绝 缘 材 料 、 不 同 的绝缘 厚 度其 收缩率 之间关 系 的研 究 ， 充 分 利用 好 偏 心 度测 试仪来控制产品质量。 1 4机 头清洗 工艺 从最近两年 1 1 0 k V交联 电缆质量分析事例 中 发 现 ， 绝缘 内不透 明 物 和杂 质 出现 的概率 有 增 大 的 现 象 。我们 特 别 对 挤 出机 机 头 清 洗 工 艺 进 行 了调 查 ， 了解到 每个 企业 都有机 头清洗 工艺 ， 有 的是 人工 清洗 ， 也有用设 备清 洗 的 ， 清 洗 的间隔 时间也各 不相 同 。但是 ， 有些 企业 清 洗过 程 和 清洗 质 量 记 录不 完 整， 可追溯性差 ， 没有足够的证据说明是符合工艺文 件 规定 的要求 。建 议应对 一线操 作人 员加 强质量 意 6 识教育和培训工作， 同时应采取切实有效的措施 ， 提 供清洗过程和清洗质量的详细记录并备案存档 ， 以 保证 产 品质 量 的分 析和提 高 。 1 5 净化 室 高压电缆生产过程中， 要求在加料间或挤出间 采取净化措施 。在调查过程中也看到了所有企业都 采取了一些措施， 但有些企业仅仅是做做样子， 没有 从根本上认识为什么生产高压电缆时需要净化。有 些 “ 千级 净 化 室 ” 窗户 开 着 ， “ 百 级 净 化 室 ” 门不 密 封 ， 甚至有个 别企业 的挤 出间没有 风淋装 置 ， 工作 人 员可 直接进 出交联 主 机 房 ， 缺少 净 化室 净化 程 度监 控记录是普遍存在的现象。另外 ， 净化室的净化程 度不是安装结束验收一次合格就永远不变， 门或其 他 部件 随着使 用年 限或频率 的增加其 密封性 能会下 降 ， 操作人员进出净化室的习惯直接影响到净化室 的实时净化 程度 。建议 各生产 企业采 取措施有 效控 制 和监测净 化程度 ， 或定 期检定净 化程度 。 1 6绝缘脱 气 交联反应过程中会产生一些低分子气体和绝缘 内残 留应 力 问题 ， 对 于 高 压 电缆 在 出厂 之前 必 须进 行 除气 工艺 。调查 中发 现 ： 有些 企 业 脱 气 设施 ( 除 气房) 不符合脱气工艺的要求， 例如除气房门的密 封性 能差 ， 除气房 内温度 不均 匀 ， 温控 系统不 能保证 工 艺参 数 的要 求 ； 温控 系统没有检 定 ； 对脱 气工 艺没 有深入研究是行业普遍存在的现象 ； 脱气参数 的规 定没有理论或试验数据依据 ， 仅凭经验或参照其他 企业。建议各生产企 业要重视脱气 房的建设 和管 理 ， 认真 研究不 同绝 缘 厚度 其 脱气 工 艺 参数 的差异 性 、 不 同绝 缘材料 供应 商其脱气 工艺参 数 的差 异性 、 挤 出工艺 的变化对 脱气 工艺 的影 响等 。 1 7金属 护套加工 国家标 准规定 1 1 0 k V交 联 电力 电 缆应 有 金 属 护层 ， 国内目前几乎都是铝护套 ， 主要有二种加工工 艺 ， 一种 是连续 挤压 型 ， 另一 种是焊 接型 。连续挤压 型是传统 的加工 方 式 ， 在调 查 中发现 有 些企 业对 铝 锭的质量缺少检测程序 ， 例如铝锭内的杂质 、 气孔和 裂纹等， 对铝锭在生产线可能带进杂质的保护措施 上也不够重视。焊接生产方式是大多数企业 目前采 用的生 产方式 ， 在调查 中也 发现一 些问题 ， 例如漏 焊 在线检测设备灵 敏度差 、 或干脆 不用作为 “ 摆设” 等。建议各企业 正确认识 二种 金属护套生产方式 优 、 缺点 ， 深入研究金属护套加工工艺参数与产品性 能关系， 例如皱纹铝套轧纹深度 、 半导电缓冲层厚度 和绝缘厚度的关系； 高温连续挤压时的温度对绝缘 半导 电 的影 响 ； 有效 控制 焊接生 产的焊 接质量等 。 2 0 1 0年第 1 期 NO 1 201 0 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e Ca bl e 2 0 1 0年 2月 Fe b， 2 01 0 1 8设 备计量 的检 定 无论是检测设备还是生产设备 ， 都应该进行计 量 检定 。计 量检定 的 目的是 鉴别 仪器 仪 表是 否能 满 足 使用要 求 ， 而在 调 查 中 发 现有 些 企 业 不 按 规 定 进 行 设备检 定 或不 知道 设 备 的检 定 要 求 ， 例 如 标 准 规 定 局部 放 电测试 系统 要 进 行 系统 检 定 ， 而 实 际 上 各 生 产企业 仅 仅检定 了系统 中某 台仪器 。在调 查 中还 发 现有 些企 业 的高压 局放 系统 屏蔽 室屏 蔽效 果差 或 者 电 源质量 差 ， 测 量 系统 背 景 干扰 水 平 已超 出 1 1 0 k V电缆测试要求 。有些设备检定报告不规范 ， 没有 提 供 指导使 用 的有 关 信 息 ， 把 设 备鉴 定 证 书作 为 质 量 体 系检 查 时 的 “ 证 据 ” ， 而 不 是 用 于 产 品 质 量 控 制 ； 有些 企业 对 设 备 检 定 的 目的 认 识 模 糊 ， 流 于 形 式 。而 有些 质量 监理 人 员 或 者 用 户 ， 由于 专 业 知 识 的局 限性 ， 只要看 到检 定证 书就 可 以 了 ， 不能 了解 其 代表的意义。建议各企业重视设备计量检定工作 ， 定 期按 相关 要求 对设 备进 行计 量检 定 。 1 9人 才培 养 目前高 压 电缆生 产能 力盲 目扩 张 ， 导致 生产 、 管 理 和检 测等 专业 人才 紧缺 ， 给产 品质量 的稳 定 、 提 高 都 带来 一定 的影 响 。有些 企业 技术 人员 对 高压 电缆 生 产技 术还 停 留在 中压 电 缆 的概 念 上 ， 没 有 充 分 认 识高压电缆生产的特殊性 ， 建议那些 既有 中压 电缆 又 有高 压 电缆 的生 产企 业 ， 在 生产 和管 理 等 方 面 要 区别对待， 逐步建立高压 电缆的产 品质量取决于生 产 过程 中控 制 的意识 。 2生产者责任 心与产 品偏心度的关 系 我 们 随机抽 取 l 7根 4 5 m长 的样 品 ， 并进 行绝 缘线芯偏心度的检测。为了减少测试过程中不同样 品间 的人为 测试 误差 ， 采 用 全 自动 电缆 绝 缘 厚 度 的 测试 系统 ； 按 照统 一 的取样 方法 制取 绝缘 薄 片 ， 放 入 测试系统内， 由计算机 自动寻找最薄点和最大值 ， 然 后 给 出绝 缘线 芯 的偏 心度 。偏 心度 与生 产线 形式 对 应 关系 如表 1所示 。 从 表 中可 以看 出 ， l 8根 样 品 的截 面从 4 0 0 mm 到 1 0 0 0 mm ， 基 本 反 应 了 当 前 电缆 企 业 的 生 产 状 况 ， 从检 测数 据 比较可 获得 以下 几点 结果 ： ( 1 )偏 心度最 大 产 品为 立 塔 生 产 线 生产 ， 而 不 是悬 链线 生产 的 ； ( 2 )偏心度最小产品为立塔生产线生产 ； ( 3 )立塔生产线生产 的产品 ， 电缆偏心度介于 1 3 3 9 0 3 之 间 ， 而 悬 链线 生 产 的 电缆 偏 心 度 介 于 3 2 3 8 4 7 之 间 ； ( 4 )即 使都 是 立塔 生产 线 ， 同一 个 截 面 不 同 生 表 1 不同形式生产线生产的绝缘线芯偏心度的统计 企业序号 样品型号规格 偏心度 生产线形式 l Y J L W0 3 _ 6 4 1 1 0 1 X 8 0 0 4 0 3 立 塔 2 Y J L W0 3 _ 6 4 1 1 0 15 0 0 3 2 3 悬链线 3 Y J L W0 3 4 1 1 0 18 0 0 9 O 3 立塔 4 Y J L W0 3 6 4 1 1 0 1 6 3 0 3 2 9 立塔 5 Y J L W0 3 _ 6 4 1 1 0 15 0 0 8 4 7 悬链线 6 Y J L W0 3 - 6 4 1 1 0 1 6 3 0 4 8 0 悬链线 7 Y J L W0 3 - 6 4 1 1 0 I 8 0 0 3 4 7 立 塔 8 Y J L W0 3 - 6 4 1 1 0 1 X 8 0 0 5 9 2 立塔 9 Y J L W0 3 _ 6 4 1 1 0 1 6 3 0 2 1 6 立塔 l 0 Y J L W0 3 石 4 1 1 0 1 5 0 0 3 3 1 悬链线 1 l Y J L W0 3 6 4 1 1 0 1 6 3 0 1 3 3 立塔 1 2 Y J L W0 3 - 6 4 1 1 0 1 4 0 0 3 4 4 立塔 l 3 Y J L W0 2 - 6 4 1 1 0 1 5 0 0 4 3 9 立塔 1 4 Y J L W0 3 6 4 1 1 0 18 0 0 3 9 2 立 塔 l 5 Y J L W0 3 - 6 4 1 1 0 1 6 3 0 5 9 l 立塔 l 6 Y J L W0 3 - 6 4 l 1 0 11 0 0 0 5 4 0 立塔 l 7 Y J L W0 2 6 4 1 1 0 1 X 8 0 0 3 6 2 立塔 注 ： 绝 缘 偏 心 度 =【 (绝 缘最 大 厚度 一绝 缘 最 小厚 度 ) 绝 缘 最 大 厚度 1 0 0 产企业其产品偏心度差距也较大 ； ( 5 )撇 开 个别 样 品 ， 同一 个 截 面 不 同生 产 线 形 式 生 产 的产 品偏 心 度没 有 明显 的差 异 。 按 上 述 检 测数 据 分 析 ， 可认 为决 定 产 品偏 心 度 大小 的先决 条件 不 是 生 产线 的形式 ( 进 口立 塔 或 悬 链 生产 线 ) ， 而 是生 产 者 的责 任 心 、 生产 过 程 中的 工 艺控制。若具有立塔生产线 ， 而不重视工艺控制 ， 生 产 的产 品偏 心度 照样 比较 大 ； 而 只有悬链 生产 线 ， 若 重 视 产 品质 量 ， 研究 生产 工艺 并加 以控制 ， 则 照样 可 生产 偏心 度较 小 的产 品 。这也 说 明 了为 何 国外立 塔 较 少 的原 因 ， 即立塔 生 产 线 投 资 大 、 周 期 长 、 生 产 效 率 低 ， 而悬链 生产线 刚好 相反 ， 只要 不断 改进 悬链 生 产线装备和生产工艺 ， 同样可与立塔生产线媲美。 3 结束语 这 几 年 ， 城 市 化 高速 发 展使 土 地 资 源越 来 越稀 缺 ， 对于高压 电磁辐射 的要求也越来越严格 ， 城市采 用 架 空钢芯 铝绞 线 的 建 设方 式 征 地 越 来越 困难 ， 对 埋 地敷 设 的 1 1 0 k V及 以上 大截 面 、 大容量 高压 电缆 的需求量越来越大 ， 国内的各大电力公 司都加 大了 对电力建设的投入 ， 特别是 国家电网公 司和南方 电 网公 司都加大了对城市 电网主干网的建设 ， 这为我 国的高压 电缆 生产 企业 提供 了良好 的机遇 。