高压交联聚乙烯电力电缆及生产.pdf

c l ) 一 高压 交联 聚 乙烯 电力 电缆及 生产 青 岛 汉 河 电 缆 有 限 公 司 朱 宝 宗 1 ， 叭、 7 、 f 摘要 对 国内外 高压 交联聚 乙烯鲍缘 电力 电缆的发展 和结构型式进行 了综述 。对高压 XL P E 电境 结构 ， 材 料 和 制造 工 艺进行 较 详 细论 述 。 主 题词 量 堡茎 鐾墨圭 竺 骞皇塑皇 丝 引 言 交 联 聚 乙 烯 绝 缘 电 力 电 缆 在 我 国 于 1 9 7 0年投 产 以来 ， 至今 已有 近 3 0年 的历 史 。 6 6 l l 0 k V 交联 聚 乙烯 电 缆 于 l 9 9 1年 在 沈 阳进行 了首批鉴 定， 并在沈 阳电缆厂和上海 电 缆 厂 批 量 生 产 ， 每 年 总 产 量 约 2 0 0 3 0 0 k m， 但 每 年 从 国 外 进 口 的 也 有 2 0 0 3 0 0 k m， 约占国内使用量 的一半 。目前国内已 形成 了 一 个 生产 高压 交联 电缆 热 ， 争上 交 联 立塔 生 产线 之风 正 盛 ， 其生 产能 力 将大 大 地 超过 国内的需求量 。在这种形势下应作好市 场调 查 ， 慎 时度 势后 再 下 决心 。 根据 金 融 时报 1 9 9 5年 预测 1 9 9 4 2 0 0 3 年 十年 内发 电装 机 容 量 要 增 加 8 2 0 0 0万 k W， 其 中亚 洲 占 5 0 ， 中 国 在 亚 洲 中 占 3 8 ， 约 1 5 5 8 0万 k W 。 这 与我 国 电力部 公 布 的预测数相差不多： 1 9 9 5 1 9 9 7年年装机容 量 为 1 5 0 0万 k W ， 1 9 9 8 2 0 0 0年 年 装 机 容 量 为 2 0 0 0万 k W ， 到 2 0 0 0年达 到 总装 机 容 量 为 3亿 k W 。 按 “ 九 五 ”电线 电 缆 规 划 草 案 来 看 ， 到 2 0 0 0年 高压 电缆 ( 包 括 充抽 电缆 ) 约需 7 。 0 8 0 0 k m。却 使 交 联 聚 乙 烯 电 缆 每 年 约 需 5 0 0 k m， 也 只是 2 3台交 联 生 产 线 的 生 产 量 。 我 国 交联 电缆 的生 产 已 二十 多 年 ， 积 累 了一些生产 、 测试 、 安装、 维护和使用的经验， 特别 是 经过 1 9 9 0年 的质量 整 顿 ， 使 国产交 联 电缆 的质 量有 了很 大 的 提 高 ， 已 接 近或 达 到 2 结 构材料工 艺刺造综述 、 一 一 国际的先进水平， 已作为 电力部 门的输电线 路 建设 和城 阿改 造 的主 导产 品 。 按 国 内外 习惯 的 划 分 ： 电 压 为 3 5 k V 及 以下 为 低 压 电 缆 ； 3 5 k V 以上 6 9 k V 为 中 压 电缆 ； l l 0 2 2 0 k V 为高 压 电缆 ； 大 于 2 2 0 k V 称 为超 高压 电缆 本 文 主要 对高 压 交联 聚 乙 烯绝缘电缆( XL P E) 的结构 、 材料 、 工艺和制 造 进 行 综述 。 国外高压 X L P E 电力 电缆概况 高压 XL P E电力 电缆 在 国外 发展 还是 较早的， 尤 其是欧洲各国， 如 图 l所示 。 因此， 对 国外 高 压 XL P E 电缆 结 构 、 材 料 及 工 艺 制 造深入 了解是十分重要的， 以有利于我国在 这 类产 品的发 展 4 0 o 喜 出 钟 0 甘 图 1 高压 X L P E 电缆 发展过程示意 图 从我们 收集的资料和样本来 看， 按产品 外 护层结构及其功能可归纳 为： ( 1 )标准型。 无 金属 护 套 ， 如 图 2所 示 。( 2 )阻水 型 。如 图 3所 示 。( 3 )防水 型 如 图 4所 示 。( 4 )加 强 型 皱 纹不 锈 锕护 套 。 欧洲各 国使用较多的是阻水 型结构 所 谓 阻 水 型结 构 就是 不 但 能 防止 径 向渗 水 ， 更 主要 的是 能防 止纵 向渗水 ， 因此 ， 其结 构 有一 维普资讯 http:/ 准标网 w w w .z h u n b i a o .c o m 免费下载 图 2 标 准型高压 X L P E 电缆 1 一导线2 一 内半导 电层3 -XL P E绝缘 4 一扑半导 电层5 一铜丝 或锕 带屏蔽 6 一垫层包带7 一外护层 图 3 阻水型 高压 XL P E 电缆 1 一导线2 一内半导电层3 -XL P E绝缘 4 一扑半导电层5 一半导电膨胀带6 一铜带屏蔽 7 一锕 塑复台 带8 -HD P E护套 图 4防水 型高压 XL P E电缆 1 一导线2 一内半 导电层3 -XL P E笔簟 4 一外半 导电层5 一扑半 导电层6 一半导 电垫层7 轧皱铝昔8 -HDP E扑护套 定 的 特 殊性 ： ( 1 )导 电 线 芯 在 绞 合 时 采用 阻 水材料填充并 紧压； ( 2 )屏蔽层结构有铜 、 铝 扁 线 ， 或 铜 线 绞 合 ( 绕 包 ) ， 若 采 用疏 绕 锅 线 时 ， 在 其 缝 隙 中填 吸 水 膨 胀 粉 阻 水 材 料 。 ( 3 )采 用 纵 包 铜 塑 复 合 带 与 聚 乙烯 护 套 组 成 的综合 护层 ， 如 图 3所 示 。日本 在 6 6 k V 高 压 XL P E 电缆上 使 用铅 塑 复合 带 。 实际 上 ， 阻 水 型结 构是 采 用 塑料 金属 综 合护层结构 。 由于塑料护套具有一定的优点， 已被作为电缆护套使用。但其防水密封性远 不 如金 属 护套 ， 因此采 取 了上述 措 施 ， 保证 电 缆径 向和纵 向密 封性 能 。 同理 ， 防水 型 结 构 一 般 指 金 属 护 套 结 构 ( 如 图 4 ) 可采 用 铝和 皱纹 铝护 套 ， 铅 和皱 纹 不锈 钢 护套 。 在 防水 型 结构 中， 有 的将外 半 导 电层的绕包带做成横向凹槽形 ， 其中放 阻 水 材 料 ( 吸 水 膨 胀 粉 ) ， 并 可 起 到 垫 层 的缓 冲 作 用 。 这 种结 构 在 中、 低 压和 超高 压 电缆 中也 采 用 。 例 如瑞 士 的 4 2 0 k V 电 缆 中也采 用 这种 结构 。日本则采用半导电橡皮带 。 铅 护套 在欧洲还大量使用 ， 这 大约是利 用原有 的压铅 机 所致 。由于 皱纹 不锈 钢 护套 机械强度高 ， 耐侧压力性能好等优 点， 目前仍 被采用 。 因此 ， 采用何种护层结构应根据国内 实 际 情 况 ， 进 行 技 术 经 济 综 合 分 析 ， 合 理 选 择 。 高压 XL P E电缆 的导线 1 导线材料的选用 在我 国沿海地区大多使 用铜导线 ， 在欧 洲沿海地区却使用铝导线 在中低压电缆 ， 特 别是绝缘架 空电缆多采用单根实心铝 导线 。 它 不但 可减 少 工 程 的投 资 ， 更 主要 可 延 长 电 缆的使用寿命 ， 我 国应研究和开发。 2 导线结构和绞台工艺 欧 l 高压 电缆导体大多使用 紧压的阻水 型结构。 阻水材料有吸永膨胀粉和膨胀丝。 用 膨 胀丝 工艺较简单， 即绞线时在每层纹线上 交叉绕包 2 根膨胀丝即可 。目前青岛汉河电 缆厂也采用这种结构 ， 效果很好。 国 外 X LP E 电缆 的 导 线 绞 台 大 多 采 用 框 式 绞 线 机 。放 线 盘 直 径 为 5 6 0 mm 或 6 3 0 mm， 带有旋 转式 的压轮， 制 造圆形 绞线 时表面很圆整； 生产分裂 导线 时线芯要经 过 一 定节 距 的预 扭 ， 预 扭节 距 分 四档 ， 线 芯 张力 能 自控 ， 并 能 成组 地 上盘 ， 减 少 了辅 助 时 间 。 由于 放 线 盘 距 绞 线 机 的 中 心 很 近 约 4 7 5 mm 1 2 8 5 6 7 维普资讯 http:/ 准标网 w w w .z h u n b i a o .c o m 免费下载 5 2 5 mm， 旋 转 惯 量 小 ， 速 度 高 ， 以 2 4盘 绞 线 机 为 例 ： 铝 绞线 时 转 速 为 2 O O 2 5 0 r rai n； 铜 绞 线 为 l 1 0 w1 5 0 r rai n 。 大 于 8 0 0 mm。 的导 线通 常 采用 五 分 裂导 线 。 在每 股绞 线外 用 非导 电的膨 胀 带绕包 ， 然 后 将 五 股 绞线 总 绞 合 ， 并 绕 包 5 O 重 叠 的 二 层半 导 电膨 胀 带或 尼 龙带 。绕包 时应 注意 带子绕包角和张力 ， 以及模具尺寸， 避免起皱 或 引起 很深 的节距 纹 。 绞制工艺结束后应用纸带将线芯绕包起 来 ， 待挤 绝缘 时再 由人工 扒掉 ， 这 一 点应 借鉴 和采 用 高压 X L P E 电缆 的绝 缘 我 国 GB l l 0 I 7标准对高压 XL P E 电缆 的的绝缘厚度作了明确规定 。世界各国都根 据本国采用 的工艺条件和设备状况不同， 所 规 定的 绝缘 厚度 也不 尽 相 同 ， 见 表 1 。 表 1 绝缘厚度的规定( ram) 1 5 4 2 2 0 压( k v) 6 g 1 3 2 2 7 5 1 8 3 2 3 0 三蔓0 8 1 1 2 6 】 5 3 1 7 l 2 1 S 3 署士0 2 0 5 2 g A BB 9 5 1 5 O 1 7 5 2 5 O ,S EA l 2 0 1 5 5 l O 2 5 0 I仓 l 】 O 1 8 O 2 1 0 2 7 0 美国0 1 6 5 2 D 3 2 1 S - 1 ) 采 用 MD CV 挂 三菱公司今后 5 0 0 k V的设计绝馨厚度为 2 5 ram 美目 AE I CC S7 标 准。 从 表 1可 见 ， 采用 M D C V 法制 造 ， 所 选 用的绝缘厚度最薄 其它工艺采用的绝缘厚 度 较大 ， 但 相 差不 大 。 1 9 9 6年 ， 在 广 州 召开 了“ 高 压 电 缆 、 附 件 选 型及 安装研讨 会” ， 会上提出 ： 我 国生产制 造 高压 X L P E电缆的绝缘厚度及质量要求 ， 应符合美国 A EI C C S 7标准的规定 。 实际上 ， 它 与 我 国 GB 1 1 0 1 7标 准 基 本 上 是 一 致 的 这 主要 对 绝 缘 徽 L 、 杂 质和 半 导 电 层 表 面 的 凸起作 了一些规定 ： ( 1 )不 得有 大 于 0 0 7 5 mm 的微 L ； 小 于 0 0 7 5 mm 微 孔 不多 于 3 0个 i n 。 ( 2 )不得 有 大 于 0 1 7 8 ram 的 杂质 ； 小 于 0 1 7 8 mm 的杂质 不 多于 1 0个 i n 。 ( 3 )不得 有 大于 1 2 7 mm 的径 向凸起 。 一 般 用 干 法 交 联 工艺 生 产 ， 上 述 质 量 指 标 完全 能 达 到的 。 从 使 用 的 电缆料 来看 ， 目前 我 国各 电缆 厂较多使用北欧 B o r e a l i s和美国 UC C的超 净级电缆料 ， 其杂质的规定如表 2 。 裹 2 电缩料杂质 台的规定 ( 个 i n ) UCC42 01 Bo r e a l is 杂 质 尺 寸 ( ram) E C 缓 S C 缓 R 缓 S级 0 1 0 2 3 0 O 0 2 1 0 5 O 0 0 从表 2可知 ， 采 用 E C 级和 R 级 足 已满 足高压 X L P E 电缆的绝缘规定的要求 ， 但 我 国 各厂 较 多采用 S C 级 和 S级 电缆 料 。 在 挤 塑 过程 中 ， 还应 对原 材 料 贮藏 室净 化处 理 ， 在机 头 处要 加 强材料 的过 滤 ， 一 般采 用 3 0 0 目， 即 0 0 4 6 mm 的 杂 质 能 被 过 滤 出 来 。被 过滤 的颗 粒 大小 与筛 网 目数 之 间关 系 见 表 3 。 关 于 半 导 电层 凸 起 ， 如 采 用 牌 号 为 0 5 9 2 、 0 5 0 0或 0 8 0 1等超 光滑半导电料 ， 可使 半 导电层的凸起得 以控翩 例如： 可使高度为 5 0 m 的不平度由 1 0 0个 m 减至为 5个 m 以下 ， 这可使电缆的耐冲击电压水平提高 了 6 O 9 O 。 为 了保 证进 口材料的清洁度， 在使用过 程 中， 将 材料贮藏室和操作间要进行净化处 理 。 按产 品 的要求 ， 这 些 环境 需 达到 万级 净化 度 。 按 美 国标 准 F E D - S T P 2 0 9 B的 规 定 ， 万 级净化度的要求 为： 0 5 m 直径的微粒不超 过 1 0 0 0 0个 f t ( 5 6个 i n 。 ) ； 5 u rn 直 径 的 微 粒 不超 过 6 5 个 f t 。 ( O 0 4个 i n ) 。 只要 严格 按 照上 述 的工艺 要求 进 行 规范 的生 产 ， 高 压 X L P E 电缆 的 质 量 能 达到 设 计 和 使用 的要求 。 维普资讯 http:/ 准标网 w w w .z h u n b i a o .c o m 免费下载 裹 3颗粒大小与筛 回目数对照裹 美国标准 日本标准 德国标准 囊粒大小 美目标准 目车标准 簋国标准 晨粒大小 美国标准 E t 车标准 蕾国标准 辅粒大小 ( 目) 目) 孔l， c ( m m】 ( 目】 ( 目 ) 孔， c m0 ( 目) ( 目) 孔， c ( m ) 2 2 4 l 1 t 0 0 4 Z 5 0 O Z 7 3 3 5 5 1 8 O 2 1 5 5 O 5 O 8 -i 3 3 6 1 4 7 舯 0 4 5 5 3 6 加 4 3 2 3 0 叫 2 3 8 6 2 0 0 7 4 4 4 8 2 5 5 1 舯 4 8 5 7 2 3 5 7 2 9 5 ! 鲫 Z 7 4 8 2 0 0 6 5 5 6 0 3 9 4 0 4 0 5 5 9 6 3 邮 2 2 4 0 2 8 6 8 9 0 0 6 3 6 7 2 5 6 3 3 5 0 6 0 7 】 5 5 6 0 0 0 l 】 9 3 0 】 5 5 0 0 D 1 _ 3 4 0 4 7 7 2 d B 0 3 8 l l 7 5 2 0 9 4 7 5 0 8 6 l 2 0 0 0 1 5 1 5 0 2 5 D D 0 0 】 0 高压 电缆生产 用设 备 关 于 高压 交联 电缆 生 产 用 的设 备 ， 已有 很多有关文献作 了详细介绍 ， 其 中最感兴趣 的是 日本三菱公司的MI X； V 长模法。 用该设 备生产的电缆其绝缘厚度最薄 ， 馓孔最小 ， 也 最 少 。 更 主要的是 其安 装 在地 面上 ， 土建 费用 约为立 塔 的 1 3 从 l 9 7 7年 1 9 9 0年三菱 公 司已向世界提供 了 l 3台 MD CV设备， 其 中 欧洲有 9台 。 随着 市场 的变 化 ， 欧洲 高压 电缆 已趋饱和 ， MI X； V设备正转向亚洲市场。但 日本却不 向中国出 口， 而且设备投资费用很 高约 8亿 日元 ( 8 O 0万美元) 。这使我国高压 X L P E电缆的生产 只能采用立塔方式， 目前 即将有 7 g台立塔流水线在国内建成。 采用立 塔生产高压 X L P E 电缆 是一种 成熟 的方法。国内采用 的立塔生产线除上海 电缆 厂是 美 国制造 的 其 它均 是芬 兰NOKI A 制造 的 。芬兰设 备包 括 悬链 式均是 比较 成熟 的产 品 ， 深 受 国 内用 户的欢迎 悬链式 生产 线国内有好 几个电缆 厂使 用 尽 管提 供 设备 厂商有 好 几个 国家 ， 但 型式 都差不多 。由于德国 TR oE s T E R上下牵引 旋转型式具有一定特色 ， 本文作重点介绍 ， 或 许对较多拥有该设备电缆厂的技术改造有一 定参考价值。 T R OE S TE R旋转 牵引 C C V 生 产线 首 先在德 国试用 ， 青 岛汉河 电缆厂引进的是其 第 4台机组。在德 国 F G公 司 用其 生产 4 2 0 k VXL P E电缆 。 由于悬链式 C C V生产线 可减少大量土建投资费用 ， 因此也深受用 户 欢 迎 。 悬链式 C C V生产线有 2 个 RAG G 型旋 转 牵 I ， 又称“ TWI NR OT” 。在挤制厚绝缘 时 ， 当导 电线 芯进 入 机头 时 2个上 下 旋 转 牵 引立 即转动 ， 这就避免 了绝缘的偏心 。 旋转的 速度根据电缆结构而选定， 原则上是 出线速 度 在 8 1 0 m rai n时 ， 牵 引正好 转 1周 。 对 于 小 截 面( 5 0 7 0 mm。 ) 3 5 k V 等 级 电缆 ， 一 般 上 牵 引 旋 转 速 度 为 0 3 0 4 r l l t i n ， 下 牵 引 维普资讯 http:/ 准标网 w w w .z h u n b i a o .c o m 免费下载 为 0 4 0 5 r rai n ； 在 生 产 1 3 2 k V、 8 0 0 ram 时 ， 上 、 下 牵 引轮 转 速均 为 0 2 r rai n左 右 。 这 样生产的电缆绝缘线芯的圆整度和偏心度均 很好 。 一 般偏 心度 在 4 以下 ， 设 备 主要 性 能 见 表 5 。 裹 5 HV - CC V 6 5 1 6 5主 要性能 适用 = 屠共著线茜 境茜 螋善 生产 生 产 机器 蕾i t( mm) 重量 外柱 撬 长 蝇童 组虚 ( m m 2 ) 雪 ： k m ( I m ) f m ) ： m ， n fi n f r n ) 1 6 5 5 n5 O 6 5 ) 0 0 0 拄 ， 适 用 鬣 面为 嗣 或 铝 线 芯 截 面 。 内半导电层 。 绝缘层。 外半导电层 。 6 5 m 为交联 加热臂长度 。 青岛汉河 电缆厂引进的德国 C C V 生产 线， 其生产 电缆绝缘线芯最大外径为 9 0 mm， 导 线 线 芯 截 面 为 1 2 0 0 mm。 ， 可 满 足 l 1 O k V XL P E电缆 的生 产 安 装 调试 后 ， 已提 供 少量 试制 品， 经上海电缆研究所和武汉高压研究 所检测通过 。 线芯 的屏 蔽 电缆标准中对绝缘屏蔽提出了一些性能 要求 。 一般如采用超光滑半导电料， 加强工艺 控制 ， 是可以达到标准要求。 欧洲大多数 国家在绝缘屏蔽外绕包 2层 半导电阻水膨胀带。这对 于铜线屏蔽结构来 说， 它又可作为一个很好的垫层和缓冲层 国外铜线屏蔽 的绞合大多采用二段式的 6 O盘绞线机 。 这种设备利用率很低， 因此 ， 程 多厂 已改用扁铜线或扁铝线代替 ， 这样绞合 根数少了， 可采用普通的绞线机。 除了采用正规绞合 的铜 线屏蔽之 外， 是 采用 S Z型式绞合。 这种屏蔽的优点是 对绝 缘线 芯的侧压力小， 而且设备 简单、 投 资少 、 效率高。 6 另 一 种 屏 蔽 结构 形 式 是 ： 将 一 根 铜线 预 制 成 S Z型 ， 并 放 置 于 半 导 电层 或 阻水 膨 胀 半导电层 的上 面， 然后问隙绕包窄铜带。 这种 结 构型式 既 可达 到 屏蔽效 果 又可 以 节约铜 带 使用量， 而且有根 s Z型 的铜线便于接地连 接 ， 使用 方 便 。 电缆外护层 对 国外 高 压 XL P E 电缆 护 层 结 构 已在 图 1 图 4中作 了介 绍 。我 国 国家标 准 也 对 铝 、 铅护套作 了规定， 希望标准 中对塑料 金 属综合护层也能有明确的规定 。 铅护套是最好的 防水护 层 ， 但国 内不受 欢迎 ， 主要是 电缆重量太重 ， 每公里 约 1 O t ， 而且机 械 强度 低 。 皱 纹 铝 套 已在 国 内生产 压 铝 轧 纹 和铝 管氩弧焊再轧纹 的制造工艺也作 了鉴定 ， 使 防水 型护层 趋 于完 善 。这些 为 推广 国产 高压 电缆 创 造 了条 件 ， 可 适 用 于 各种 不 同 的使 用 环 境 。 结 束 语 我 国高 压 交联 聚 乙烯 电力 电缆 已有 七 、 八年的生产史， 总的来说质量是可靠的， 其品 种和结构上 与国内类同， 但从 整体上还不能 与国外产品竞争 ， 根本一点就是 电缆附件不 配套 。 电缆生产一电缆附件成套供应一电缆安 装施 工 ， 这是 一套 系 统工程 。 电缆制 造 厂不 对 此研究 ， 不能建立一个完善 、 系统工程 ， 也就 不能 更大 地 占领 市场 考 文 赫 1 国外高压交联 聚乙烯 电规样本 2 蒋氟南普 变联聚 乙惜 电力电蟪 发展动向与书 末矮 罚 电线 电蟪报 1 9 9 4 ( 4 ) 3薛素俊 1 3 2 k V盘 嚷聚 乙烯电缆 的箭造 与试 验 电 线电甓译丛 1 9 9 3 ( 3 ) 维普资讯 http:/ 准标网 w w w .z h u n b i a o .c o m 免费下载