轨道交通XLPE绝缘电力电缆制造工艺特点.pdf

2 0 1 0年第 3期 No ． 3 2 Ol 0 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e ＆ Ca bl e 2 0 1 0年 6月 J u n ． ， 2 0 1 0 轨道交通 X L P E绝缘 电力 电缆制造工艺特点 匡松 文 ， 唐 世 国 ( 衡 阳恒飞 电缆有 限责任公 司 ， 湖南 衡 阳 4 2 1 0 0 8 ) 摘要 ： 介 绍京津高速铁路 轨道 交通 交联 聚 乙烯( X L P E ) 绝缘 电 力电缆的 结构和制 造 工艺 ， 尤其对制 造过程 中 各道 工序 的工艺要 求作详 细论 述， 对可能产 生的质量 问题进行 简要 分析 ， 并提 出最佳解 决办法。 关键词 ： 轨 道交通 ； 交联聚 乙烯 绝缘 电力电缆 ； 制造工 艺； 特点 中图分类号 ： T M2 4 7 ． 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 6 7 2 ~9 0 1 ( 2 0 1 0 ) 0 3 - 0 0 2 5 - 0 3 Ch ar a c t e r i s t i c s o f t he M a nu f a c t u r i n g Pr o c e s s f or t he XLPE Po we r Ca b l e s fo r Ra i l Tr a n s i t KUANG S o n g ． we n．e t a l ( He n g y a n g He n g F e i C a b l e s Co ． ，L t d ． ，He n g y a n g 4 2 1 0 0 8，C h i n a ) Abs t r a c t ：I n t h i s p a p e r ，t h e c a b l e c o n s t r uc t i o n a nd ma n uf a c t ur i n g pr o c e s s f o r t he XL PE p o we r c a bl e s for t h e r a i l t r a n s i t i n B e i j i n g — T i a n j i n H i g h S p e e d R a i l w a y a r e p r e s e n t e d ，e s p e c i a l l y d e t a i l e d d e s c r i p t i o n i s p r o v i d e d fo r t h e r e — qu i r e me n t s f o r t h e i n di v i d ua l s t e ps i n t h e ma n u f a c t urin g p r o c e s s ．Th e qu a l i t y p r o bl e ms t h a t ma y a r i s e i n t he pr o c e s s we r e a n a l y z e d i n b r i e f a n d t he b e s t s o l u t i o n wa s p r o p o s e d． Ke y wo r ds：r a i l t r a ns i t ；XLPE p o we r c a b l e；ma n u f a c t u r i n g p r o c e s s；c h a r a c t e ris t i c O 引 言 随着我国经济迅速发展 ， 城市现代 化进程 明显 加快 ， 发展 和建 设快 速 的轨 道 交 通 系 统 网络 已经 是 热如 潮涌 。轨 道交通 电缆 是 随着城 市交 通 的发展 而 诞 生 的一 种新 型 特 种 电缆 产 品。2 0 0 8年 在 北 京 举 办第 2 9届 奥运会 ， 为 了较好 地解 决 北京 奥运期 间观 众出行的问题 ， 在北京一天津开行时速 3 5 0 k m ／ h的 动车组 。全 国有 2 9家 单 位 参 加京 津 高 速 铁 路 轨 道 交通 电缆 ( 电缆 型 号 F S - WD Z B - Y J Y 6 3 8 ． 7 ／ 1 0 k V 1 7 0 ) 项 目招 投 标 ， 我 公 司从 中脱 颖 而 出 成 为 两 家 中标单位之一， 其 中中标 4 2 7 k m。本文主要叙述了 我公司制造国内第一根高速铁路轨道交通 电缆 的工 艺 特点 和关键 工序 质量 要求 ， 供 同行参 考 。 图 1 轨道交通用 电缆 的结构 1一铜导体2一导体屏 蔽3一X L P E绝缘4一绝缘屏蔽 5一铜带屏蔽6一绕包阻水带7一铝塑复合带8一聚烯烃内护套 9一铜带铠装l O一高阻燃包带1 1 一低烟无 卤阻燃聚烯烃护套 包— 铝 塑综 合护 层一铜带 铠装 +阻燃 带一外 护套一检验一入库。 1 电缆结构 3各道工序 的工艺特点和质量要求 电缆型 号和规 格为 F S ． WD Z B ． Y J Y 6 3 8 ． 7 ／ 1 0 k V 1 7 0 ， 电缆 结构 见 图 1 。 2产 品生产工艺流程 此电缆生产工艺流程： 拉丝一导线绞合和机 紧压一三 层 共 挤一双 铜 带 屏 蔽 一阻 水 带 绕 收 稿 日期 ： 2 0 0 9 - 1 0 ． 0 8 作者简介 ： 匡松文( 1 9 7 0一) ， 男 ， 工程师． 作者地 址 ： 湖南衡阳市黄白路 1 2 1号[ 4 2 1 0 0 8 ] 3 ． 1 铜 导体 绞合 紧压 工序 导体紧压系数要达 到 0 ． 8 9以上。采用紧乐导 体既 可减 少 电缆 尺寸 ， 节约 原材 料 ， 还 能阻 止水分 沿 导体轴向扩散 ， 防止电缆水树的产生 ， 提高电缆使用 寿命。此外还可方便用户安装使用。 按 G B ／ T 3 9 5 6 --1 9 9 7 《 电缆 的导体》的规定 ， 7 0 mm 铜 导体 2 0℃ 时直 流 电 阻不 大于 0 ． 2 6 8 Q／ k m， 因此设计由 1 9根直径 2 ． 2 ram( 1 9 ／ 2 ． 2 ) 导线绞合的 导体结构 ， 导体须紧压， 紧压后外径为 9 ． 8 m m， 外层 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 0 1 0年第 3期 No ． 3 2 01 0 电 线 电 缆 El e c t r i c Wi r e& Ca b l e 2 01 0年 6月 J u n ． ， 2 0 1 0 紧压模为纳米模 ， 目的是减少铜粉的产生 ， 增加导体 表面 的光洁度 。 3 ． 2交联绝缘 三层 共挤 3 ． 2 ． 1 生产设 备 选 用吉林 白城 电工机械 厂生产 的交联 绝缘 三层 共挤生产线 ， 其 中挤包导体屏蔽配备 ~ b 6 5 ／ 2 5挤出 机； 挤包 X L P E绝缘层配备 ~ b 1 5 0 ／ 2 5挤出机； 挤包绝 缘屏蔽层 配备 d ~ 9 0 ／ 2 5挤 出机； 德 国 S I K O R A公司 X ． R A Y 8 0 0 0型测偏仪 。 3 ． 2 ． 2工序质 量控制要 点 ( 1 )内外屏蔽料选用江阴市海江高分子材料有 限公司( 上海万益高分子材料厂的材料) ， 其中外屏 蔽采用不可剥离 的屏蔽料 ， 材料的剥离力 ≥5 4 N 。 ( 2 )X L P E绝缘 采用 浙 江省 万 马高 分 子材 料 厂 产 品 ， 即 X L P E 1 0 。 ( 3 )导体进机头前采用铜刷除毛刺和铜粉， 以 确保导体屏蔽不被击穿。 ( 4 )半 导 电层 屏 蔽 的厚 度 控 制 在 0 ． 6～0 ． 8 m m， 绝 缘厚度 按 G B ／ T 1 2 7 0 6 ． 2 —2 0 0 2规定 ， 绝 缘厚 度的平均值不能小于标称值 4 ． 5 m m， 考虑到聚烯烃 绝缘材料的热收缩性能， 生产现场绝缘厚度值为 4 ． 51 ． 0 4= 4 ． 6 8 mm才能 满足标 准要求 。 ( 5 )绝缘偏心度按照用户要求不大于 1 0 ％ ， 因 此除了配置在线测偏仪外 ， 还对模具的同心度、 装配 位置等作出严格的规定 ； 对 国内不同厂家的绝缘材 料 的流 动性作 了详 细对 比分 析 ， 选择 低 熔 垂 的绝 缘 料， 以使绝缘偏心度控制在 5 ％以内。 ( 6 )N 纯 度 。X L P E绝 缘 电缆在交 联绝 缘 三层 共挤生产过程中， 如加热管中氮气纯度不够 ， 混入了 一 部分空气， 则绝缘会焦化变色， 严重时会使绝缘表 面硬化甚 至龟裂 ， 产生 氧 化老 化 。我 公 司采用 2 m 液态氮气供应， 以确保 N 浓度在 9 9 ． 5 ％ 以上。生 产过程 中每 隔 2 h排一 次 废 氮 ， 以确 保 交联 副产 物 定时排 放 ， 从 而确保 绝缘表 面外观 质量 。 ( 7 )应 在空气 净化 室 内加 料 。导 体屏 蔽 料 、 绝 缘料、 绝缘屏蔽料一般均采用真空吸入料斗。为此 要求上料间内空气必须过滤 ， 并维持一定正压力 ， 通 常要求空气清洁程度在百万级以下 ， 即每立方米空 气 中的杂质粒 子数 应 小于 l 0 。 ， 如 能达 到 1 0万级 或 万级更好 ； 上料间的空气正压力要求达到 l 2 ． 5 N ／ m ’ ，这样才能保证加料间的清洁度。 ( 8 )主机温度控制精度。绝缘料的加工温度为 9 7 1 1 5 o 【 = ， 可在 1 8℃左右范 围内变化 ， 所 以加工 范围是较宽的。但考虑到绝缘料在主机内停留及某 些不正常生产等综合因素 ， 不致使绝缘料在主机 内 ． 2 6 ． 产生先期硫化 ， 对主机温度控制精度仍取为 3℃。 ( 9 )导体线芯换 盘连接另一盘导体时， 采用铜 管 液压接 头 。因交联 生产线 贮线 器最 大贮线长 度达 1 2 0 m， 而交 联 线 生产 速 度 约 为 9 m／ mi n ， 再 加 上 接 头前数分钟 已对 另一盘线端头作 了处置 ， 因此， 在 1 0 m i n内可 完成导体 的连 接 。 3 ． 3 金属 屏蔽 金属屏 蔽是保 证 电缆质 量 的一 项关键 工艺 。由 于京津高铁对电缆安 全性要求很 高， 电缆采用消弧 线圈接地系统 ， 接地故障电流较大 ， 因此要求采用二 层厚 度 0 ． 1 m m宽度 4 0 m m 的铜带 间 隙绕 包 。但本 产品的绝缘线芯外径为 2 2 ． 1 mm， 若采用 4 0 mm宽 的铜带， 则绕包易发皱 ， 且不易包好 。因此在铜带绕 包时， 调整绕包角度和绕包张力显得尤其重要 ， 否则 易造成铜带擦伤绝缘线芯或铜 带包 带不平 整。另 外 ， 为 了克 服缆芯 上下 左右摆 动 ， 必 须在包 带前 后加 置定 位模作 支撑 ， 模 具 的孔 径 为 绝缘 线 芯 的外 径 + ( 1～1 ． 5)mm。 3 ． 4铝带 纵包聚 乙烯 粘接护 层 电缆采用铝． 塑粘结 防水层时 ， 铝- 塑粘结 防水 层由纵包的涂塑复合铝带及挤包聚乙烯( P E ) 护套 所组成， 护套与涂塑铝带应粘结牢 固。复合铝带厚 度 为 0 ． 2 5 m m， 其 中裸 铝带 厚 度 0 ． 1 5 m m。铝 带纵 包重叠宽度在 6 mm以上 ， P E护套厚度控制在 1 ． 2 m m 0 3 ． 5 铜带铠装及绕包高阻燃带 铠装所用的铜带必须是韧炼充分的软铜带 ， 两 边不允许有卷边或裂 口等缺陷。绕包时 ， 张力控制 要适 当， 避免绕包过紧， 因电缆通电时绝缘发热而有 所膨胀， 甚至造成铜带绷断。铜带重叠率要控制在 带宽的 1 8 ％ ～ 2 0 ％。因铠装铜带具有一定的硬度 ， 而且表面光滑 ， 因此可有效防止老鼠啃咬。 绕包一层铜带后 ， 还加绕二层高阻燃带。高阻 燃带重叠绕包 ， 重叠率在 1 5 ％ ～2 0 ％。绕包高阻燃 带一方面起着保护作用 ， 即使护套挤制过程 中免受 机械的擦伤， 另一方面起着隔火阻燃的作用。 3 ． 6电缆 外护 套 电缆外护套选用低烟无卤阻燃聚烯烃材料 。由 于其 中 添 加 了 大 量 无 机 阻 燃 剂 A 1 ( O H) ，和 Mg ( O H) ， 因此 ， 加工过程 中粘度较大， 摩擦生热严 重 ， 料流 动性较 差 ， 较 普通 P V C和 P E料 挤 出要 难得 多 。 因此 ， 选用 低压 缩 比的螺杆 ( 压缩 比小 于 1 ． 5 ) ， 同时挤出机各段加工温度控制在 1 3 0—1 5 5 c I = ， 温度 的高低以其断面无气孔 为准。螺杆转速控制在 2 5 r ／ mi n以内。由于料的流动性较差 ， 因此模具 拉伸 2 0 1 0年第 3期 No． 3 2 01 0 电 线 电 缆 El e c t r i c Wi r e＆ Ca bl e 2 0 1 0年 6月 J u n ． ， 2 0 1 0 比不宜过大 ， 控制在 1 ． 7以下。经过严格 的材料选 择及 挤 出工 艺材 料试 验 ， 最 后选 择 上 海 凯 波 低 烟无 卤护套料。实践证 明采用这种材料 ， 挤出的外观、 机 械性 能 及物 理性 能较好 。 4检测 结果 将 F S — WD Z B — Y J Y 6 3 8 ． 7 ／ 1 0 k V 1 7 0电缆委托 上海 电缆研究所做 了全性能检测 ， 试验结果见表 1 。 表 1产品性能 的检测结 果 项 目名称 标准值 测试结果 2 0℃导体直流 电阻／ ( n／ k m) ≤0 ． 2 6 8 0 ． 2 6 3 绝缘偏心度／ ％ ≤l 0 4 ． 7 局部放电量( 1 ． 7 3 U o ) ／ p C ≤l 0 1 ． 9 耐压试验( 3 ． 5 V o ／ 5 ra i n ) 不击穿 不击 穿 电缆成束燃烧试验 ( B类 ) ≤2 ． 5 0 ． 8 3 炭化部分所达 的高度／ m 电缆燃烧 烟密度试验 ≥6 0 7 3 最小透光率／ ％ 护套燃烧释 出气体 的测定 内护套 的 p H值 ≥4 ． 3 5 ． 0 内护套 的电导率／ ( ~ S ／ mm) ≤1 O 1 ． 3 外护套 的 p H值 ≥4 ． 3 5 ． 0 外护套 的电导率／ ( ~ S ／ m m) ≤1 0 1 ． 0 去除 内外 电缆径 向阻水试验 护 套 ，绝 绝 缘表 面 ( 电缆两端露出水面 ， 常温 ， 浸水 7 2 h ) 缘表 面应 干燥 无水 分 干燥 试验 结果 符合 招标 书 的技术 要求 。 5 结束语 轨道交通 电缆是随着城市交通的发展而产生的 一 种 新 型特种 电线 电缆产 品类 别 。轨道 交通 电缆有 直 流和 交流 两种 ： 直 流 牵 引 用 轨道 交 通 电缆 一般 为 单 芯 1 5 0 0 V、 7 5 0 V及 3 0 0 V， 有 铠 装 型 和 非 铠 装 型 ； 交流 型 的轨道 交通 电 缆 的 电压 等 级 为 3 ． 6 ／ 6 k V ～ 2 6 ／ 3 5 k V， 一般为单芯和三芯两种。轨道交通 电 缆通 过合 理 的结构 设计 和 原材料 的选 用 ， 具有低 烟 、 无 卤 、 阻燃 、 防水 、 防 昆 虫 噬 咬及 防紫 外 线 等 多种 功 能， 满足人流密集 、 设施重要场合对电缆清洁、 环保 、 阻燃 等特 殊要 求 。 轨道交通是一种现代化的城市公共安全客运系 统 ， 其 基本 功 能是 为城 市 人 口提 供 大 众化 的 出行 服 务。 目前 ， 国内已有 十几个城市 同时在建设轨道交 通 ， 其中， 北京 、 上海 、 广州和天津在继续扩建 ， 南京 、 长春 、 深圳 、 重庆、 成都 、 杭州、 武汉和大连等正在新 建 。据 资 料显 示 ， 未来 几 年 内 ， 我 国将 有 2 0多个 城 市计 划 修 建 地 铁 与 轻 轨 ， 总 里 程 达 5 0 0 0 k m； 到 2 0 2 0年 ， 我 国 的 城 市 轨 道 交 通 线 路 总 长 将 达 到 2 0 0 0 0 k m左右 。这 对 电线 电缆 行业 来 说 既是机 遇 ， 又 是挑 战 。 参 考 文 献 ： [ 1 ] 蒋佩南． 交联 电缆论文集 [ M] ． 上海 ： 上海电缆研究所 ， 2 0 0 6 ． [ 2 ] 柏凌 ， 蔡如明． 中高压交联聚乙烯绝缘 电缆 导体生产工艺 和 质量控制 [ c] ／ ／ 中国电工技术学会 电线 电缆专委会 、 中国电机 工程学会电力 电缆分专委会论文集 ， 2 0 0 2 ． ( 上接第 2 4页) 5 结 论 经 过上 述分 析和 试验 验证 证 明 ， 现行 1 1 0 k V及 以上高压 X L P E绝缘电力 电缆中的阻水结构会引起 一 定量 的典 型局 部放 电 。这种 放 电并不 是绝缘 线 芯 的质量 所 引起 的 。通 过 工艺 过 程 控 制 ， 可 以消 除 或 减 小这 种放 电 ， 但 制造 厂应 注 意 以下 几个 方 面 ： ( 1 )各 种规格 、 不 同电 压等 级 的 电缆 在 制 定 生 产 作业 指导 书时 ， 均 要 按 照合 同技 术 要 求 计算 电缆 径 向膨胀量 ， 确定金属套与绝缘线芯之间的阻水带 的间隙， 通过调整铝护套的轧纹深度 ， 严格控制和绝 缘线芯之间的间隙 ， 就能解决这种放电； ( 2 )调整阻水带绕包时的张力 紧而且均匀 ， 使 电缆运行时均匀膨胀 ， 带子与金属套接触一致 ； ( 3 )改变阻水带的体积 电阻率 ， 与材料厂家合 作 研究 阻水 粉 的 电性 能 ， 也会 改变 这种 现象 。 近年来 该种 产 品 的广泛应 用 已经使 生产 与制造 技 术 日益 完 善 ， 国 家 已经 将 2 2 0 k V产 品 认 可 国产 化 ， 也是对 X L P E电缆产品技术国产化的认可， 加强 过 程控 制注 意每 一个 细节 是超 高压 电缆 产品 的质量 要求 ， 是每一个电缆工作者的重要职责 ， 相信随着广 大技术人员的共 同努力 ， 更高电压等级 电缆产 品的 国产化指 日可待。 参考文献 [ 1 ] 刘 书全． 阻 水 型 2 2 0 k V交 联 电缆 的研 制 [ J ] ． 高 电压 技术 。 2 0 0 0 ( 6 ) ： 5 1 - 5 2 ． [ 2 ] 刘子玉 ， 王惠明． 电力电缆结构设计原理 [ M] ． 西安 ： 西安交通 大学出版社 ， 1 9 9 5 ． [ 3 ] 邱 昌容 ， 曹晓珑． 电气绝缘绝缘测试技 术[ M] ． 北京 ： 机械工 业 出版社 ， 2 0 0 8 ． 2 7