九十年代電力電纜產(chǎn)品和工藝的技術(shù)進(jìn)步 - 無(wú)圖版
hailiang --- 2007-08-17 14:15:39
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九十年代電力電纜產(chǎn)品和工藝的技術(shù)進(jìn)步
1. 電力電纜用導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與工藝
⑴ 導(dǎo)體的緊壓結(jié)構(gòu)及工藝 90年代初國(guó)內(nèi)電纜企業(yè)導(dǎo)體結(jié)構(gòu)尺寸不統(tǒng)一，有主張導(dǎo)體要柔軟，最好不緊壓；還有一些則主張緊壓。上海電纜研究所受機(jī)械部委托，在交聯(lián)電纜整頓驗(yàn)收規(guī)范[4]中規(guī)定了導(dǎo)體的緊壓系數(shù)約為0.9，統(tǒng)一了全行業(yè)交聯(lián)電纜導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)尺寸。緊壓導(dǎo)體結(jié)構(gòu)尺寸的統(tǒng)一有下列優(yōu)點(diǎn)：
① 統(tǒng)一了導(dǎo)體結(jié)構(gòu)尺寸，便于用戶安裝和導(dǎo)體連接；
② 緊壓導(dǎo)體比非緊壓結(jié)構(gòu)可節(jié)省6～8％電纜材料，有較大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值；
③ 緊壓導(dǎo)體卡斷了水分進(jìn)入導(dǎo)體的毛細(xì)通道，防止水樹產(chǎn)生，提高電纜的運(yùn)行壽命；
④ 緊壓導(dǎo)體圓整度好，導(dǎo)體在生產(chǎn)中不會(huì)被模芯卡住，內(nèi)半導(dǎo)電層不易嵌入到導(dǎo)體縫隙中去。
緊壓導(dǎo)體可采用緊壓輪或拉模緊壓，但必須分層緊，才能保證導(dǎo)體的光滑和圓整。隨著緊壓導(dǎo)體的推廣，杭州中策電纜廠還提出了每層加5根單線的設(shè)計(jì)理論，改變以往導(dǎo)體每層加6根的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，該理論在世界各國(guó)中還是首次提出。
緊壓導(dǎo)體要求銅單線退火均勻，各企業(yè)采用了大拉連續(xù)退火裝置，該裝置可節(jié)省大量能源，保證銅單線的退火均勻性，完全擺脫了以往作坊式的罐式退火工藝。
⑵ 大截面分割導(dǎo)體的生產(chǎn)及工藝 銅導(dǎo)體在1000mm2及以上鋁導(dǎo)體在1400mm2及以上，其集膚效應(yīng)系數(shù)已使交流電阻分別提高到20％和16％[5]，大截面電纜應(yīng)采用分割導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。1997年上海電纜廠發(fā)表文章[6]研制成功了分割導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，截面為1000～1200mm2，目前已有很多電纜廠試制成功。對(duì)1000mm2分割導(dǎo)體，一般采用4分割，當(dāng)中嵌入一層半導(dǎo)電纖維帶，再包上一層半導(dǎo)電帶扎緊，對(duì)更大截面的電纜可采用涂漆單線并采用5分割或7分割結(jié)構(gòu)，國(guó)外最大已可做到4000mm2，為了防止分割導(dǎo)體在盤絞時(shí)回彈，可在絞線機(jī)上加裝予扭裝置，國(guó)內(nèi)已可供應(yīng)帶予扭裝置的框絞機(jī)，并帶有集中上下盤裝置，以優(yōu)惠的價(jià)格和進(jìn)口設(shè)備競(jìng)爭(zhēng)。
2. 絕緣及屏蔽生產(chǎn)工藝的改進(jìn)
⑴ 采用嚴(yán)格的溫控系統(tǒng)和三層共擠機(jī)頭
90年代后，交聯(lián)電纜用量增加，擊穿放炮事故也隨著加多，上海電纜研究所和西安交大都進(jìn)行了交聯(lián)電纜的基礎(chǔ)研究工作，采用威布爾分布進(jìn)行電纜的逐級(jí)擊穿試驗(yàn)以及水樹電樹等試驗(yàn)研究后認(rèn)為：交聯(lián)電纜內(nèi)外屏蔽不良，絕緣焦燒和予交聯(lián)，內(nèi)半導(dǎo)電層凸出物和擦傷等，可使電纜在較低的電壓下?lián)舸Ｌ岣邇?nèi)外半導(dǎo)電層和絕緣層擠出的溫控精度，防止焦燒和予交聯(lián)的產(chǎn)生是重要的。很多企業(yè)引進(jìn)了國(guó)外先進(jìn)的擠出機(jī)，NOKIA公司擠出的溫控精度可達(dá)正負(fù)1℃，國(guó)產(chǎn)設(shè)備的溫控精度也可達(dá)正負(fù)3℃以內(nèi)，以防擠出時(shí)產(chǎn)生焦燒粒子和予交聯(lián)等雜質(zhì)，并嚴(yán)格控制內(nèi)半導(dǎo)電層不在絕緣�？谔幉羵�1994年國(guó)家建設(shè)部公布了GB 50217-94交聯(lián)電纜選用標(biāo)準(zhǔn)， 建議在重要的線路中采用干法交聯(lián)和三層共擠裝置。當(dāng)時(shí)對(duì)中低電纜采用三層共擠裝置的要求就過于嚴(yán)格了，但也促使了各電纜廠引進(jìn)了很多三層共擠裝置。目前國(guó)內(nèi)交聯(lián)生產(chǎn)線已超過100多條，具備三層共擠設(shè)備的生產(chǎn)線已超過40％，用以增大產(chǎn)品技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的力度。
⑵ 改善絕緣生產(chǎn)線的生產(chǎn)環(huán)境
外來(lái)灰塵、雜質(zhì)也造成絕緣污染，在國(guó)外都保持著干凈的生產(chǎn)環(huán)境，都在絕緣上料時(shí)，考慮上料間的凈化系統(tǒng)。在交聯(lián)電纜整頓驗(yàn)收時(shí)，就有17條交聯(lián)生產(chǎn)線加裝上料間的凈化系統(tǒng)，要求凈化間內(nèi)的空氣達(dá)到1萬(wàn)級(jí)。上料間的空氣應(yīng)為正壓力、壓力為12.5N/m2，并在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)110kV高壓電纜規(guī)定了雜質(zhì)含量≤6個(gè)（雜質(zhì)大小為大于51μm小于178μm），對(duì)裝有導(dǎo)體的電纜盤要有遮蓋，以防灰塵雜物等落入。從此國(guó)產(chǎn)交聯(lián)電纜的生產(chǎn)環(huán)境大為改善，完全可與國(guó)外交聯(lián)電纜的生產(chǎn)環(huán)境相一致。
⑶ 導(dǎo)體予熱及絕緣厚度偏芯檢測(cè)裝置的應(yīng)用
采用導(dǎo)體予熱不但可以提高產(chǎn)量約30～40％，而且可以改進(jìn)交聯(lián)絕緣的品質(zhì)，改善絕緣熱機(jī)械應(yīng)力。在國(guó)內(nèi)采用三層共擠設(shè)備的電纜企業(yè)，也有加裝導(dǎo)體予熱的，對(duì)中低壓電纜采用導(dǎo)體短路加熱方式，對(duì)高壓電纜則采用感應(yīng)加熱方式。短路加熱較經(jīng)濟(jì)，但不適合大截面電纜的生產(chǎn)。一般因采用1+2擠出的生產(chǎn)線，是不能加裝導(dǎo)體予熱裝置的，帶有內(nèi)半導(dǎo)電層并經(jīng)過加熱的導(dǎo)體是無(wú)法進(jìn)入絕緣擠出機(jī)的。國(guó)內(nèi)導(dǎo)體予熱裝置不及國(guó)外普遍。
近年來(lái)由于交聯(lián)電纜市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)劇烈，用戶對(duì)產(chǎn)品的要求愈來(lái)愈高，各電纜廠都采用了絕緣偏檢測(cè)裝置，以西德的SIKORA公司的X-Ray 8000商品占絕大多數(shù)，國(guó)內(nèi)已有30～40％的生產(chǎn)線加裝了偏芯裝置，在CCV生產(chǎn)線上生產(chǎn)的電纜，均可將偏芯度控制在12％以內(nèi)。在VCV上生產(chǎn)的高壓電纜則可控制在8％以內(nèi)。加裝偏芯檢測(cè)裝置作一次投資后，可在一年內(nèi)絕緣材料的節(jié)約中回收�？磥�(lái)這項(xiàng)投資還是值得的。
⑷ 金屬屏蔽結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工藝
我國(guó)電力系統(tǒng)均采用消弧圈接地系統(tǒng)，接地短路電流較小，也有些系統(tǒng)采用小電阻接地系統(tǒng)，則接地短路電流較大。上海電纜研究所1997年為行業(yè)提供了一套接地短路電流選用手冊(cè)，以便于生產(chǎn)和選用[7]，但國(guó)產(chǎn)中壓電纜的金屬屏蔽主要采用銅帶屏蔽。選用銅帶應(yīng)不硬不軟，不寬不窄，繞包時(shí)應(yīng)不松不緊才可保證金屬屏蔽質(zhì)量。否則銅帶容易割破外半導(dǎo)電層或發(fā)皺，也會(huì)發(fā)生開裂等問題，很多電纜廠都已掌握銅帶的繞包技術(shù)。銅帶的連接應(yīng)采用電焊，因錫焊的銅帶會(huì)在短路溫度下脫開，繞包采用雙層間隙搭蓋繞包代替重疊繞包，以增加屏蔽層的短路電流。由于銅帶工藝不完善而使局部放電不合格的現(xiàn)象已大為減少了。
3. 交聯(lián)生產(chǎn)工藝控制
交聯(lián)工藝是交聯(lián)生產(chǎn)中的關(guān)鍵技術(shù)，90年代后，國(guó)產(chǎn)電纜已基本全部采用干法交聯(lián)，絕緣中水分含量約100～200ppM，只是蒸汽交聯(lián)的十分之一，絕緣品質(zhì)大為提高。80年代在國(guó)外掀起的水樹枝熱潮，沒有在中國(guó)出現(xiàn)。由于干法交聯(lián)的管壁溫度高達(dá)400℃左右，比蒸汽交聯(lián)時(shí)的管壁溫度高出近一倍，絕緣在高溫下交聯(lián)，由于與導(dǎo)體溫差過大容易產(chǎn)生熱應(yīng)力，最初表現(xiàn)在產(chǎn)品的老化前后抗張強(qiáng)度變化率不易合格。電纜新安裝后往往在竣工試驗(yàn)時(shí)就擊穿了。有時(shí)運(yùn)行后僅幾個(gè)小時(shí)電纜本身或電纜附件會(huì)很快地?fù)舸�。�?guó)外一些專家學(xué)者對(duì)絕緣熱機(jī)械應(yīng)力問題提出了一些新見解[8][9]；XLPE絕緣是一種膨脹系數(shù)極高的石油制品，其線脹系數(shù)高達(dá)330×10-6 1/℃，是銅導(dǎo)體的20倍，如交聯(lián)溫度很高，又未經(jīng)充分予冷卻，絕緣中就會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，電纜絕緣稍受彎曲，造成應(yīng)力開裂，在直流竣工試驗(yàn)中，吸收了大量空間電荷，造成絕緣介質(zhì)中電場(chǎng)嚴(yán)重畸變，電纜會(huì)在很低的電壓下?lián)舸�。NOKIA公司和Sieverts公司對(duì)交聯(lián)工藝進(jìn)行了較多的研究試驗(yàn)，規(guī)定了在生產(chǎn)過程中的溫度分布以及溫度和時(shí)間的關(guān)系，編制了一套交聯(lián)生產(chǎn)過程中交聯(lián)工藝計(jì)算機(jī)軟件。上海電纜研究所會(huì)同上海、沈陽(yáng)兩大電纜廠消化吸收了瑞典Sieverts公司的引進(jìn)技術(shù)，向國(guó)內(nèi)20多家企業(yè)推廣了上述軟件，國(guó)內(nèi)還有更多的電纜企業(yè)，直接向NOKIA引進(jìn)上述軟件，但引進(jìn)的軟件要比國(guó)產(chǎn)軟件價(jià)格高10倍以上，軟件的內(nèi)容并無(wú)多大差別。按正確工藝生產(chǎn)，近年來(lái)中低壓交聯(lián)電纜擊穿放炮事故已少得多了。在高壓110kV交聯(lián)電纜生產(chǎn)中，除應(yīng)采用計(jì)算機(jī)工藝軟件外，有好幾家都采用NOKIA公司的應(yīng)力消除裝置，又稱Rlelxation松馳裝置，用于消除厚絕緣電纜熱應(yīng)力。其原理是在電纜冷卻后，再將電纜重新加熱到105℃左右，即達(dá)到聚合物結(jié)晶熔化溫度，也可以說(shuō)是將絕緣重新退火，消除熱應(yīng)力。
在交聯(lián)工藝技術(shù)進(jìn)步中，還改進(jìn)了交聯(lián)管的電熱方式，采用管壁短路加熱的熱效應(yīng)好，逐步取代加熱電纜的加熱。在氮?dú)庀到y(tǒng)中，基本淘汰了氮?dú)獠⒐┑绞健Ｎ覈?guó)最早采用小型壓縮機(jī)組制氮，后采用5A分子篩制氮裝置，對(duì)接近大工業(yè)制氮廠的企業(yè)還可采用液氮系統(tǒng)，近年來(lái)美國(guó)在中國(guó)的凱德公司推出的采用過瀘膜制氮系統(tǒng)更為先進(jìn)，已在電纜行業(yè)中大量推廣，有著更好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。
4. 交聯(lián)電纜其它工序的技術(shù)進(jìn)步
為了制造1km及以上的三芯大截面電纜，成纜機(jī)的放線盤采用2.2m代替1.6m。有些企業(yè)還進(jìn)口了收線盤為3～3.5m的盤絞機(jī)，如加拿大的CEECO，奧地利的Mali和法國(guó)的pourtier等公司的產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)的德陽(yáng)東方和合肥電工廠等均可生產(chǎn)盤絞機(jī)。電纜的圓整度已可達(dá)90％，采用扇形成型和聚丙稀撕裂膜組合填充，成纜中心也填充密實(shí)，防止水分滲入。按用戶要求還可采用阻水電纜結(jié)構(gòu)，IEC 60502-97對(duì)中壓電纜已公布了阻水試驗(yàn)方法。電纜外護(hù)套的擠包厚度很均勻，色澤光亮，并帶有計(jì)米標(biāo)志，印字清晰，對(duì)高壓電纜外護(hù)套上還要求帶有半導(dǎo)電石墨涂層。目前國(guó)產(chǎn)電纜在劇烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中已可和進(jìn)口電纜媲美。
5. 交聯(lián)電纜生產(chǎn)中的重大新技術(shù)
在國(guó)內(nèi)，對(duì)1～220kV交聯(lián)電纜生產(chǎn)中，已有一些企業(yè)或個(gè)別單位應(yīng)用了下列在國(guó)外還不多的一些新技術(shù)：
⑴ 在1～10kVmonosil一步法硅烷交聯(lián)生產(chǎn)中，采用固化硅烷新技術(shù)，并研制了無(wú)鹵耐火電纜（采用無(wú)氟云母帶）；
⑵ 在高壓交聯(lián)電纜擠出生產(chǎn)線中，在絕緣機(jī)頭處加裝了一套絕緣料雜質(zhì)計(jì)數(shù)系統(tǒng)，可將進(jìn)入電纜絕緣內(nèi)的雜質(zhì)大小和個(gè)數(shù)以及距電纜端頭的位置和距離全部紀(jì)錄下來(lái)，并作為交貨電纜的檔案資料提供給用戶（該項(xiàng)技術(shù)已由西德SIKORA公司提供）。
⑶ 為防止絕緣偏芯、德國(guó)TROESTER公司提供了上下牽引同步旋轉(zhuǎn)的交聯(lián)生產(chǎn)線。以補(bǔ)償因重力產(chǎn)生的偏芯，并防止絕緣扭傷；
⑷ NOKIA公司已向國(guó)內(nèi)提供了可以生產(chǎn)220～500kV交聯(lián)電纜的CCV懸鏈生產(chǎn)線。并保持很小的絕緣偏芯度；
⑸ 全國(guó)已有9條VCV立塔線生產(chǎn)的110kV交聯(lián)電纜通過產(chǎn)品技術(shù)鑒定，其中已有4條線加了Relexation松馳裝置，用以消除厚絕緣熱應(yīng)力；
⑹ 交聯(lián)度和熱延伸的在線顯示裝置 交聯(lián)電纜經(jīng)過交聯(lián)管時(shí)，可隨時(shí)自動(dòng)顯示交聯(lián)度或熱延伸，不必進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)；
⑺ 在交聯(lián)管內(nèi)進(jìn)行導(dǎo)體予熱，予熱溫度可達(dá)160℃左右，交聯(lián)熱源可分別從導(dǎo)體和絕緣表面雙向傳入，降低了絕緣表面溫度，提高了傳熱效率，并大大地降低了絕緣的熱應(yīng)力；
⑻ 北歐化工與日本UCC公司已可提供生產(chǎn)500kV電纜的超凈絕緣料。
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