衛(wèi)建良

(湖北龍騰紅旗電纜(集團(tuán))有限公司，湖北宜昌443004)

0 引言

國內(nèi)交聯(lián)聚乙烯(XLPE)絕緣電力電纜的應(yīng)用已有三十幾年的歷史，因其良好的電氣和機(jī)械物理性能，且具有生產(chǎn)工藝簡單、結(jié)構(gòu)輕便、傳輸容量大、安裝敷設(shè)及維護(hù)保養(yǎng)方便、不受落差限制等優(yōu)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。

上世紀(jì)90年代，專家曾對國內(nèi)某大型鋼鐵公司進(jìn)行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)80年代敷設(shè)的交聯(lián)電纜，由于沒有采用阻水結(jié)構(gòu)，電纜已無法運(yùn)行，電纜使用壽命沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求的30年。經(jīng)對故障電纜解剖分析，其主要原因是XLPE電纜在敷設(shè)和運(yùn)行期間，外力造成電纜護(hù)套及絕緣損傷或接頭損壞時(shí)，潮氣或水分會(huì)沿著電纜縱向和徑向間隙滲入，致使XLPE絕緣在運(yùn)行電壓下生成水樹枝。水樹枝生長到一定長度即會(huì)在水樹枝尖端引發(fā)永久性電樹枝缺陷，最終導(dǎo)致電纜絕緣擊穿。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)電網(wǎng)10～35 kV電力系統(tǒng)中，地下直埋XLPE絕緣電纜基本上沒有采用阻水結(jié)構(gòu)，普遍在運(yùn)行8～12年后生長出大量水樹，發(fā)生擊穿事故，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。因此，電纜阻水技術(shù)對于保證XLPE電纜的可靠性與壽命都具有非常重要的意義。

1 阻水電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

阻水型電力電纜通常應(yīng)用于較為苛刻的運(yùn)行環(huán)境，如長期浸在水中或排水不暢的環(huán)境，以及雨水頻繁的熱帶或亞熱帶地區(qū)，特別是用于江湖、沼澤等水下敷設(shè)環(huán)境。為此對電纜阻水結(jié)構(gòu)采用徑向與縱向相結(jié)合的阻水設(shè)計(jì)。

國內(nèi)徑向阻水大都采用金屬套，雖然效果很好，但影響電纜的彎曲性且增加本體重量。我們采用鋁塑復(fù)合綜合護(hù)層作為徑向阻水層，通過縱包的鋁塑復(fù)合帶和擠包的聚乙烯外護(hù)套共同作用達(dá)到阻水目的。其阻水機(jī)理為:當(dāng)擠包聚乙烯護(hù)套時(shí)，由于聚乙烯融體高溫和壓力的作用，鋁塑復(fù)合帶表面的聚乙烯薄膜與聚乙烯護(hù)套的內(nèi)表面得以很好地粘結(jié)，同時(shí)鋁塑復(fù)合帶縱包之間的搭蓋也獲得良好的粘結(jié)。從而阻止了水分的滲入，達(dá)到良好的阻水效果。

縱向阻水結(jié)構(gòu)采用導(dǎo)體阻水材料填充，絕緣線芯表面繞包半導(dǎo)電阻水帶，成纜時(shí)用阻水繩填充，鎧裝纜芯外繞包阻水帶。

我們?yōu)橛脩粼O(shè)計(jì)的阻水電纜型號(hào)規(guī)格為FSYJY33 8.7/10 kV 3×300，電纜的結(jié)構(gòu)如圖1所示，結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)見表1。

2 產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程

銅桿→拉絲(連續(xù)退火)→導(dǎo)線絞合緊壓(阻水材料填充)→導(dǎo)體屏蔽、絕緣、絕緣屏蔽三層共擠→半導(dǎo)電阻水帶繞包→銅帶屏蔽→成纜(阻水繩填充)→阻水帶繞包→鋁塑復(fù)合帶縱包→低密度聚乙烯內(nèi)墊層擠制→鋼絲鎧裝→阻水帶繞包→高密度聚乙烯外護(hù)套擠制→成品檢驗(yàn)→包裝入庫。

3 各道工序的工藝特點(diǎn)和質(zhì)量要求

3.1 導(dǎo)體絞合

導(dǎo)體為符合GB/T 3956規(guī)定的退火裸銅線(銅的純度≥99.98%)。導(dǎo)體絞制采用分層緊壓成型，保證了導(dǎo)體的緊密和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。緊壓模為鉆石涂層納米模，緊壓系數(shù)不小于0.9，絞制后導(dǎo)體表面光潔、無油污，無損傷屏蔽及絕緣的毛刺、銳邊，無凸起或斷裂的單線。絞制中導(dǎo)體層間采用半導(dǎo)電阻水帶繞包，且不留有空隙，其目的在于有效地抑制水分從縱向滲入電纜導(dǎo)體內(nèi)，很好地起到了阻水的效果。

按GB/T 3956—2008的規(guī)定，300 mm2銅導(dǎo)體20℃ 時(shí)的直流電阻不大于0.0601 Ω/km，由60根直徑2.62 mm的單線同心絞合，緊壓后外徑為20.6 mm。

圖1 FS-YJY33 8.7/10 kV 3×300結(jié)構(gòu)

表1 電纜結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù) (單位:mm)

3.2 導(dǎo)體屏蔽、絕緣、絕緣屏蔽三層共擠

3.2.1 生產(chǎn)設(shè)備

選用青島電工機(jī)械廠生產(chǎn)的交聯(lián)絕緣三層共擠生產(chǎn)線，其中擠包導(dǎo)體屏蔽層為65/25擠出機(jī)，擠包XLPE絕緣層為150/25擠出機(jī)，擠包絕緣屏蔽層為90/25擠出機(jī)。配備德國SIKORA公司XRAY8000型測偏儀。

3.2.2 工序質(zhì)量控制要點(diǎn)

(1)內(nèi)、外半導(dǎo)電屏蔽選用上海萬益高分子材料廠的材料，其中外半導(dǎo)電屏蔽料采用可剝離的，可剝離性試驗(yàn)方法按 GB/T 12706.2—2008的第19.21條規(guī)定，剝離力為20N。

(2)絕緣采用萬馬高分子材料廠的抗水樹XLPE，即WTR-XLPE絕緣材料。

(3)導(dǎo)體進(jìn)機(jī)頭前用銅刷除去毛刺和銅粉，使導(dǎo)體表面光滑，保證屏蔽包覆質(zhì)量。

(4)導(dǎo)體屏蔽及絕緣屏蔽的厚度控制在0.6～0.8 mm。絕緣標(biāo)稱厚度為4.5 mm，絕緣厚度平均值不小于標(biāo)稱值，任一點(diǎn)最小厚度不小于標(biāo)稱值的90%。由于XLPE絕緣材料的熱收縮性，實(shí)際絕緣厚度值選為4.5×1.05=4.725 mm。

(5)按用戶要求絕緣任一斷面偏心度不大于8%，因此對模具尺寸要求特別嚴(yán)格，模芯孔徑比導(dǎo)體直徑大0.5 mm，同時(shí)對模具裝配的同心度、裝配位置等嚴(yán)格規(guī)定;對國內(nèi)不同廠家的絕緣材料的流動(dòng)性作了詳細(xì)對比分析，選擇低熔垂的絕緣料，配備在線測偏儀，將絕緣偏心度控制在5%以內(nèi)。

(6)氮?dú)饧兌?。在交?lián)絕緣三層共擠生產(chǎn)過程中，如加熱管中的氮?dú)饧兌炔粔颍烊肓艘徊糠挚諝?，則絕緣會(huì)老化變色，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使絕緣表面硬化甚至龜裂。我公司采用氮?dú)庾詣?dòng)供應(yīng)裝置，以確保氮?dú)鉂舛仍?9.5% 以上。生產(chǎn)過程中定時(shí)排放廢氮及交聯(lián)副產(chǎn)物，確保絕緣表面外觀質(zhì)量。正常生產(chǎn)時(shí)，氮?dú)鈮毫Ρ３衷? MPa。

(7)硫化管清潔。清除硫化管內(nèi)壁的碳化污垢，提高了硫化管溫度控制精度，硫化熱源可有效地傳導(dǎo)到絕緣線芯中，保證了絕緣的熱延伸性能。

(8)空氣凈化室內(nèi)加料。導(dǎo)體屏蔽料、絕緣料、絕緣屏蔽料均采用真空吸入料斗，要求上料間內(nèi)空氣必須過濾，維持一定的正壓力。我們建立了千級凈化室，上料間的空氣正壓力控制在l2.5 N/m3，確保加料室的清潔度。

(9)主機(jī)溫度控制精度。絕緣料的擠出溫度為95～115℃?？紤]到絕緣料在主機(jī)內(nèi)停留及某些不確定因素影響，為不使絕緣料在主機(jī)內(nèi)先期硫化，主機(jī)溫度控制精度取為±3℃。

(10)導(dǎo)電線芯在換盤續(xù)接時(shí)，采用銅管壓接連接。交聯(lián)線生產(chǎn)速度約為6.4 m/min，完全可以在10 min內(nèi)完成導(dǎo)體連接操作。銅管連接安全可靠、強(qiáng)度高，不會(huì)在硫化管內(nèi)拉斷。

(11)絕緣線芯生產(chǎn)后，在自然環(huán)境下存放2天，其目的是去氣，同時(shí)也消除了絕緣內(nèi)應(yīng)力。

3.3 半導(dǎo)電阻水帶繞包

絕緣線芯外繞包一層0.5 mm半導(dǎo)電阻水帶，包帶重疊率控制在帶寬的18%～20%。

3.4 金屬屏蔽

金屬屏蔽是保證電纜質(zhì)量的關(guān)鍵。由于電力系統(tǒng)對電纜安全性要求很高，電纜采用消弧線圈接地系統(tǒng)，接地故障電流較大。因此要求采用一層厚0.1 mm、寬40 mm的銅帶重疊繞包，重疊率不小于帶寬的15%。繞包時(shí)銅帶易發(fā)皺，且不易包好，因此調(diào)整繞包角度和繞包張力顯得尤其重要，否則銅帶易擦傷絕緣線芯或銅帶不服帖。另外，為了克服纜芯的擺動(dòng)，在包帶前后加置定位模作支撐，模具的孔徑比絕緣線芯的外徑大1.5～2.0 mm。

3.5 成纜及填充

成纜節(jié)徑比控制在25～30，成纜絞向?yàn)橛蚁?。成纜時(shí)中心及邊緣均應(yīng)用阻水繩填充密實(shí)，纜芯外繞包二層0.5 mm阻水帶，阻水帶重疊繞包，重疊率控制在帶寬的10%～30%。成纜后電纜不圓度不大于10%。

3.6 鋁塑復(fù)合帶及內(nèi)襯層

采用YLY型聚乙烯型雙面鋁塑復(fù)合帶，厚0.32 mm，鋁帶標(biāo)稱厚度為0.20 mm，縱向包覆，搭蓋寬度應(yīng)大于6.0 mm，熱風(fēng)槍焊接，溫度控制在180～190℃。

內(nèi)襯層選用低密度聚乙烯材料。內(nèi)襯層的標(biāo)稱厚度為2.0 mm，其任一點(diǎn)的最小厚度不小于標(biāo)稱厚度的80%－0.2 mm。擠出機(jī)各段擠出溫度控制在130～175℃，擠出溫度以塑化良好且斷面無氣孔為準(zhǔn)。螺桿轉(zhuǎn)速控制在25 r/min以內(nèi)。

3.7 鋼絲鎧裝

鎧裝采用78根標(biāo)稱直徑3.15 mm的鋼絲，鋼絲絞向?yàn)樽笙?，?jié)徑比為9～12，總間隙不得超過一根鋼絲的直徑。鋼絲不應(yīng)出現(xiàn)跳浜等現(xiàn)象，鋼絲接頭應(yīng)對焊，粗糙表面應(yīng)修理平整，接頭處的鋼絲直徑應(yīng)與原直徑基本相等。

鋼絲外繞包二層0.5 mm阻水帶，阻水帶重疊繞包，重疊率控制在帶寬的10% ～30%。繞包后包帶應(yīng)平整、不起皺。

3.8 電纜外護(hù)套

電纜外護(hù)套采用高密度聚乙烯材料。標(biāo)稱厚度4.1 mm，其任一點(diǎn)的最小厚度不小于標(biāo)稱厚度的80% －0.2 mm。擠出機(jī)各段加工溫度控制在130～175℃，擠出溫度以塑化良好且斷面無氣孔為準(zhǔn)。螺桿轉(zhuǎn)速控制在25 r/min以內(nèi)。護(hù)套擠出后的電纜外徑為99.7 mm。

4 檢測結(jié)果

將FS-YJY33 8.7/10 kV 3×300電纜委托相關(guān)部門進(jìn)行性能檢測，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 產(chǎn)品性能檢測結(jié)果

5 結(jié)束語

阻水型電力電纜經(jīng)工藝試制，電氣及機(jī)械物理性能符合GB/T 12706.2—2008標(biāo)準(zhǔn)要求，徑向及縱向阻水性能符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。產(chǎn)品已批量生產(chǎn)，可應(yīng)用于內(nèi)河及水位較高的沿海地區(qū)，以及雨季頻繁的熱帶或亞熱帶地區(qū)。

［1］王春江，吳榮美.阻水型電纜的發(fā)展歷程［J］.電線電纜，2009(3):5-8.

［2］吳 倩，劉毅剛.高壓交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣老化及其診斷技術(shù)述評［J］.廣東電力，2003(4):1-6.

［3］卓金玉.電力電纜設(shè)計(jì)原理［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1999.