大截面特高压钢芯铝绞线质量控制

顾坤林

(远东电缆有限公司，江苏宜兴214257)

0 引言

随着国民经济的高速发展，我国的用电负荷急剧攀升。大截面特高压导线技术的采用可提高线路输送功率，有效降低线路损耗、无线电干扰和可听噪声等，并可降低工程投资成本和运行成本，是实现电网节能降耗和促进环境保护的重要技术举措，具有显著的技术经济效益和广阔的应用前景。近年来，国家电网公司的750 kV兰州东—白银输电线路工程、1 000 kV晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程、向家坝—上海±800 kV特高压直流输电工程等正在建设，即将开始建设的还有锦屏—苏南±800 kV特高压直流输电线路900mm2大截面导线线路工程、宁东—山东±660 kV直流输电线路1 000mm2大截面导线线路工程。为了满足国家电网建设，就必须提供大量的优质大截面钢芯铝绞线。本文论述了从原材料、半成品、成品、包装、贮存和交付全过程控制，以保证钢芯铝绞线外观质量和内在质量符合技术规范要求。

1 原材料的控制

1.1 铝锭

铝锭是生产大截面特高压钢芯铝绞线的主要原材料，化学成分符合GB/T 1196—2008重熔用铝锭和GB 12768—1991重熔用电工铝锭标准，选用的铝锭纯度要高，一般Al含量在99.7%以上，Si含量不大于0.08%，Fe含量不大于0.20%，Cu含量不大于0.005%，其它金属总含量不大于0.015%。通常，选用大型铝厂的氧化铝来源稳定，生产的铝锭质量稳定，化学成分变化范围小，后道工序控制方便，产品质量相对稳定。

1.2 镀锌钢绞线

镀锌钢绞线主要由镀锌钢丝经过绞制而成。镀锌钢丝应选用宝钢等大型钢厂的盘钢，盘钢牌号与所生产的钢丝抗拉强和伸长率及设备拉制的硬化率匹配。大型钢厂盘钢质量稳定，盘重大，断头率低。为了减少钢丝夹杂断股，钢厂应对盘钢线材进行磁粉试验并提供报告。钢芯铝绞线中有钢和铝双金属存在，铝电极电位－1.66 V，锌电极电位－0.763 V，钢电极电位－0.44 V。铝表面有致密的氧化膜，一般情况下不易腐蚀，若铝与钢直接接触，钢会先于铝腐蚀。钢丝表面镀锌后，锌先于钢腐蚀，使钢不受腐蚀。因此，镀锌钢丝的镀锌层质量对钢芯铝绞线防腐蚀性能是极其重要的，钢芯铝绞线的使用寿命取决于镀锌钢绞线的寿命。

镀锌钢线的锌层重量较大，一般使用热镀锌比较合适。电加热方法熔化锌锭时，熔化的锌缸表面覆盖隔离物，以减少锌熔化液的氧化，在镀锌钢丝出缸后其表面再用小火焰补充加热，这样镀层表面光滑均匀，减少锌瘤的产生。钢绞线绞制过程中，应保证结构尺寸符合要求，不得有跳股、松股、断股和蛇形现象，钢绞线上收线盘前，应经过水平方向和垂直方向的搓柔装置，均匀钢丝的内应力，减少松股和蛇形现象。

以向家坝—上海±800 kV特高压直流输电工程ACSR-720/50钢芯铝绞线为例，介绍生产用的镀锌钢绞线的机械性能和镀锌层应符合的技术要求。表1为ACSR-720/50镀锌钢绞线检测项目，抽样比例为每盘检测。

表1 ACSR-720/50用镀锌钢绞线检测项目

2 铝杆质量控制

2.1 炉前铝液成分控制

根据铝锭的化学成分，配入其他相应的合金，严格控制炉内铝液的化学成分，使铝液成分达到规定的成分要求。铝液中如果Fe、Si含量增加，铝杆的电阻率将增加，抗拉强度提高，延伸率下降。如果Fe、Si含量降低，抗拉强度将下降，延伸率提高，因此要严格控制其含量。通常，铝液化学成分Si不大于0.08%，Fe(w)/Si(w)=1.5～2.0。如果遇到Si大于0.08%，需要稀土化处理。稀土化处理不能降低Si的含量，但能减少Si的有害作用，因Si原子在铝中有很大的脆性，使铝杆产生开裂倾向。在铸造前要对铝液进行精炼，通过高纯氮气将粉末精炼剂吹入铝液内，尽可能使精炼剂均匀分布到铝液中，以利于除气除渣，精炼后要保温静置40～60 min。必要时加入适量的细化剂，以保证铸坯组织致密，提高铸坯的内部组织质量。

2.2 炉温控制

在铸造过程中，严格控制铸造温度、铸造速度、冷却条件三要素，铝液出炉温度一般控制在730～740℃，浇铸温度700～710℃，铸锭坯料温度入轧前控制在480～520℃，出轧后温度控制在260～300℃，轧机的乳化液进口温度控制在45℃以下，浇铸速度0.18～0.22 m/s，冷却水压力控制在0.2～0.3 MPa，冷却水温度不高于40℃。

2.3 铸铝控制

铝液浇注前增加过滤装置，即在过滤包中安放两道陶瓷过滤板，一道水平放置，一道竖直安放。使用较长的流槽，尽可能减少铝液的转注次数。在流槽与中间包的衔接处采用导管导流，这样可以使铝液平稳地进入结晶轮，减少铝液的紊流与湍流，保持流槽与中间包内铝液表面的氧化膜不破裂，减少铝液的再次吸气、氧化，避免氧化膜进入铸腔形成新的夹渣。浇注系统采用新型整体结构，耐火材料须坚固耐用，以消除耐火材料对铝液的二次污染。

2.4 连轧控制

连续热轧制的金属具有较高的塑性，抗变形能力较低，因此可以用较少的能量得到较大的变形。在轧制中连轧机的轧制速度、轧制温度、工艺润滑是保证铝杆质量的三大要素。轧制时要根据铸坯情况，及时合理调整轧制参数，以保证铝杆质量。轧制温度过高会使坯料内部低熔点组织物熔化而造成轧件过热，出现高温脆裂和轧辊粘铝，铝杆表面有疤痕;轧制温度过低，坯料变形难，易造成堵杆。根据实际情况，铸锭坯料温度入轧前控制在480～520℃为宜。轧制速度直接影响铝杆的生产效率和机械性能。在铝杆的化学成分与生产冷却条件不变的情况下，轧制速度高时热效应大，会出现热脆现象、铝杆抗拉强度降低及轧件易拉断;轧制速度低时铝杆抗拉强度提高，但轧制效果不佳。一般入轧速度控制在0.18～0.22 m/s，终轧速度控制在6 m/s左右。

2.5 铝杆成圈

铝杆成圈后通常是自然冷却，存放的地点应远离热源，防止人为的散热不均。在冷却过程中外圈比内圈冷却快，在夏季，环境温度高，内圈冷却更慢，在出轧温度下，铝杆会受到退火效应，产生强度的下降，导致一捆铝杆内圈和外圈抗拉强度相差较大。大截面特高压钢芯铝绞线铝丝的强度偏差要求不得大于20 MPa，同一根铝丝上各处的强度偏差不大于15 MPa，冷却后半成品铝杆强度偏差控制在10 MPa以内，确保成品钢芯铝绞线强度有较好的一致性和统调性。为了解决这一问题，夏季宜采用鼓风机强迫冷却，缩小每捆铝杆内外层的强度偏差。

3 拉丝过程控制

3.1 设备和模具选用

使用13模高速滑动式拉丝机拉制铝线。选用的铝杆抗拉强度要大于铝杆的拉伸应力，应有较高的拉丝安全系数。滑动式连续拉丝机相对前滑动系数大于1，能自动调节张力保持不断线。铝线在鼓轮上一般绕3～4圈，满足上下道合适的反拉力。根据设备和进线出线规格合理配模。由成品丝径和铝杆直径计算总延伸系数，计算拉伸道次后再计算每道的速比。由总速比再计算出总的相对前滑系数，根据总相对前滑系数计算平均前滑系数，再对各道前滑系数进行合理分配的确认，然后计算出各道的延伸系数，再计算各道丝径及确认模具的孔径。

3.2 拉丝液选用

润滑剂在拉丝中的作用是润滑、冷却和清洗。滑动式连续高速铝拉丝机，由于铝线拉制过程中的滑动，发热量大，润滑剂的作用显得特别重要。采用优质矿物油为基质的润滑油适合高速铝拉机生产大截面特高压钢芯铝绞线用铝线。矿物质润滑油浓度要适中，能很好起润滑模具和鼓轮的作用，金属铝屑又能沉淀。矿物质润滑油循环冷却较果好，一般控制油温在40℃左右，流动性良好的润滑油冷却较果好，过滤网和矿物油更换周期延长。矿物质润滑油中不含有机物质，附着在铝线的上油膜不会在高温高湿的环境下发霉变色，提高导线的外观质量。

3.3 拉丝强度控制

大截面特高压钢芯铝绞线铝线的强度偏差要求不得大于20 MPa，同一根铝线上各处的强度偏差不大于15 MPa，冷却后对每捆半成品铝杆检测，强度偏差控制在10 MPa以内。铝杆直径的选择很重要， 9.5mm的铝杆拉制 3.99mm及以上的铝线时，由于拉制模具道数少，铝线硬化率低，达不到铝线抗拉强度要求，即使提高铝杆的强度，铝线的抗拉强度合格率也很低。使用 12mm的铝杆能够解决铝线抗拉强度提高的问题，因为增加铝线拉丝道数，提高了铝线的加工硬化率，也提高拉线机的生产效率，使铝杆的强度控制容易，拉制的铝线抗拉强度、伸长率、卷绕和电阻率合格率均很高。

3.4 拉丝长度控制

钢芯铝绞线的外层不得有焊接，内层也不得有人为原因的焊接，并且要严格控制内层焊接的个数。要确保没有人为焊接，就必须定长拉丝。由于外层、邻外层、邻内层、内层的绞合节径比不同，铝线绞入率也不一样，因此，每一层的拉丝长度是不一样的，外层最长，其余各层逐步缩短。通常要确保成品钢芯铝绞线生产结束后，盘具铝线剩余20 m左右。因此，每层铝线单独拉制并用不同颜色的流转卡标识，便于现场管理和下道工序区分。拉制长度一般是按鼓轮圈数计算，因丝径的粗、细也有误差，故计量长度与实际长度要进行验证及校正，以确保成品长度正公差及无人为的焊接。定长拉丝能够确保钢芯铝绞线成品长度符合要求。

3.5 铝单线定置管理

拉制后的铝单线必须静止停放24 h，以保证每盘铝线的温度一致。如果铝单线温度不一致，则由于绞制后铝单线的热胀冷缩作用，铝线会产生内应力并形成蛇形，影响成品钢芯铝绞线的光洁度;同时，因铝单线受力后延伸不均匀，将影响整根钢芯铝绞线的受力性能。其次，线盘要做好现场管理，盘具应放置有轨道上或T字形放置，防止盘具与盘具之间滚动擦伤。严禁用带油污的手推线盘或用脚滚动线盘。

3.6 铝单线检测项目

以1 000 kV晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程JL/GlA-500/35-45/7为例，介绍所用的铝单线的机械性能和电性能，以确保成品钢芯铝绞线性能合格。表2为铝单线检测项目，抽样比例为每盘检测。

表2 JL/G1A-500/35-45/7铝单线检测项目

4 绞制过程控制

4.1 铝单线静止配盘

以JL/G3A-900/40-72/7钢芯铝绞线为例，铝单线静止停放24 h，每盘温度基本一致后，根据每盘铝单线的强度进行配盘，铝单线的强度≥168 MPa，铝单线强度不均匀值≤15 MPa，其它指标全部合格才能配盘上机生产。

4.2 绞制前设备检查

大截面特高压钢芯铝绞线生产应选用多段式框绞机生产，放线、预扭、张力控制、断线自动停车、牵引及收线等装置完好正常。以JL/G3A-900/40-72/7钢芯铝绞线生产为例，选用84盘四段式JLK 630/12+18+24+30型框式绞线机生产，所有辅助设施应完好。检查线盘电动蜗轮式快速夹紧和手动手轮式夹紧等装置;检查各夹紧方式是否均有机械锁紧保护功能;检查脉冲断线停车装置，要求任意一个线盘断线或线用完时，整机能及时自动紧停并刹车，防止断线后不易发现。

4.3 穿线和铝单线线盘张力控制

绞线前必须检查绞线机上的穿线管，若有松动应及时紧固，并及时更换所有磨损的穿线管。穿线管和过线轮上必须清洁，不得有铝屑残留。每盘生产结束应对穿线管和过线轮进行清洁，否则油污和铝屑积累在穿线管和过线轮上，会擦伤和压伤铝单线表面。检查框绞机每盘放线张力;检查机械摩擦控制或气动张力控制情况，确保张力恒定。使用四段式JLK 630/12+18+24+30框绞机，每段线盘为12、18、24、30 盘，以 JL/G3A-900/40-72/7 钢芯铝绞线生产为例，各层铝单线根数为9+15+21+27，每段都有3个空位线盘，对3个空位在分布板上要均匀分配，不得集中在一侧，否则会造成绞制时受力不均匀，会产生绞线蛇形。

4.4 过线轮和预成形装置调节

为了减少绞制后铝单线的内应力，导线在施工过程中不易松散，方便施工，框绞机要使用铝单线预扭装置，使铝单线进入并线模前呈“S”形走向，给以预扭变形，使绞合后的铝单线紧密不易松散，消除了施工中绞线切断后的散股现象。过线轮和预成形装置的调节，是根据铝单线的直径大小来调节，目的是消除铝单线绞合后的内应力。但预成形调节时弯曲应力不能过大，否则会降低铝单线的机械强度，生产过程中产生铝单线断线。

4.5 绞线压模和节距控制

框绞机绞制时要使用并线模，一般使用上下对称的硬质木模。使用前，可以先让木质模具浸泡在机油中，绞制过程中不易刮伤铝单线，进线区和定径区必须用细砂纸打磨光滑，两者的连接处应光滑过渡，以防刮伤、磨损导线表面。绞制紧压时木质模具易磨损，因此压模上下对称的孔径可以设计成椭圆形，增加木模的耐久性。当模具使用磨损严重时必须更换，否则并线模孔径过大，绞制的铝绞线紧密度不够;同时，还会造成铝单线跳股。

根据设备规范正确选取牵引速度，调节每段的绞笼的转速，每层的绞合节径比应符合技术规范要求。同心绞合，任何层的节径比应不大于紧邻内层的节径比，相邻层的绞向相反，最外层绞向应为“右向”。当绞合节距确定后，该批合同的所有钢芯铝绞线应使用相同的节径比，确保钢芯铝绞线施工续接后不会出现退扭和旋转。

4.6 牵引轮与收线张力控制

为了防止钢芯铝绞线表面与钢质牵引轮擦伤，预先在牵引轮上包丙纶地毯或棉质帆布。调节紧压装置合适，收排线架张力合适，太松会导致绞线打滑扭曲，太紧会压伤导线。

4.7 冷压焊接

大截面特高压钢芯铝绞线外层不得焊接，内层必须符合GB/T 1179—2008圆线同心绞架空导线标准要求，内层不能有人为原因的焊接。常规的热熔电阻焊焊接强度只能达到70～80 MPa，这是由于热焊接头附近300mm范围内铝单线有退火现象，强度大幅下降，并有延伸性，导致施工过程中过滑轮时，产生延伸跳股现象，因此，钢芯铝绞线不能采用热熔焊。对于个别焊接点必须采用冷压焊，而且内层两接头之间的距离不小于15 m。标准要求冷压焊接接头强度≥130 MPa，一般冷压焊接头强度可达170 MPa左右。对冷压焊接操作工应进行技能培训和技能评定，符合要求的才能上岗操作冷压焊。焊接后的接头处应用细砂纸打磨平整，电阻应符合要求。

4.8 排线时垫纸

为了防止每层钢芯铝绞线之间，线与线之间的擦伤和压伤，生产排线时，需要“L”型垫纸，纸质是耐水的电缆纸，普通牛皮纸遇水会粘着在导线上，影响导线施工和外观。

4.9 钢芯铝绞线长度精确度控制

定长拉丝能够确保成品钢芯铝绞线长度符合要求。须定期对计米器校验，确保计量器具符合精度要求。一般钢芯铝绞线均为定长交货，长度的偏差为－0%，+0.5%。

钢芯铝绞线必须在拉直的情况下采集信号，如果钢芯铝绞线在弯曲、有弧度，绕在轮子上计量圈数，这时的计米是不准确的。目前，在野外架空敷设导线时普遍采用液压牵引机放线，这种张力放线机的计米器计量的只是放线轮空载时的周长，没有考虑钢芯铝绞线的直径因素，因此产生了误差。而且钢芯铝绞线截面越大，直径也越大，产生的误差也就更大。施工单位仅凭液压牵引放线机上的直读数来判断钢芯铝绞线的实际长度是不妥的，应该调准到实际外径进行计算，或采用直线计量的方法进行验证，否则生产企业会承受较大损失。

表3 JL/G3A-900/40钢芯铝绞线检测项目

4.10 钢芯铝绞线端头处理

钢芯铝绞线内端头固定很重要，在上盘前先用黑胶布包一层，再用管卡扎紧，在截取导体端头时，应留6根铝单线用于固定导体线头用，端头伸出侧边孔外约100mm，端头再用二个U型圈固定在侧板上。钢芯铝绞线外端头，应先用黑胶布包一层，再用管卡扎紧，端头留6根铝单线用于固定导体线头用，导体线头固定在侧边板上，固定牢固。

4.11 绞制过程检测项目

以JL/G3A-900/40-72/7钢芯铝绞线为例，绞制时，调节框绞机牵引和绞笼速度，选用合适的压模，生产的钢芯铝绞线结构尺寸应符合要求。钢芯铝绞线检测项目见表3中导线部分(除单位重量及直流电阻之外)，抽样比例为每盘检测。

5 成品检验

5.1 成品质量要求

生产的成品钢芯铝绞线必须按不少于10%抽样比例检测，各项指标符合要求才能入库，表3为JL/G3A-900/40钢芯铝绞线成品检测项目，同时，还要对成品钢芯铝绞线的绞合松散度进行检查，要求切断时，各线端应保持在原位或容易用手复位;对成品钢芯铝绞线的绞合紧密度进行检查，要求线盘上放出20 m，在无张力情况下，用木锤敲击导线无明显松动声响。

6 成品包装存放和运输

(1)成品包装。一般的钢芯铝绞线使用铁木结构盘具，对盘具的焊接质量、型钢和角钢尺寸要求符合标准要求，木板含水量和制作紧密程度符合要求，支撑加强圈与盘具筒体之间应紧密接触，防止盘具变形引起内端头跑线。

大截面钢芯铝绞线国家电网公司明确要求使用可拆卸式全钢瓦楞结构交货盘，并颁发了技术条件。使用全铁盘，施工时盘具不易变形，可很好地避免钢芯铝绞线内端跑线问题。外层要有防水、防尘、防撞功能，确保钢芯铝绞线不漏雨、不发黑、不被污染。

① 在直径为1 d芯棒上卷绕8圈，退6圈，再绕6圈，要求不断不裂。

②1倍钢丝直径紧密卷绕8圈，镀锌钢线应不断裂。

③镀层光洁，厚度均匀，并与良好的商品实际相一致。

④用4倍钢丝直径芯轴上紧密卷绕8圈，镀锌层应牢固的附着在钢线上而不开裂，或用手指摩擦锌层不会产生脱落的起皮。

(2)成品存放。存放区要做好定置管理，地面平整，无积水，防止盘具滚动和进水，防止表面撞伤和擦伤，定期检查包装情况，做好现场安全工作。

(3)成品运输。运输过程中要做好防撞、防滚动、防擦伤、防水、防污染工作，吊装符合要求，不得平放运输，不得从车上直接滚到现场地面。到达目的地与接收单位做好验收交接工作。

7 结束语

通过对铝锭和盘钢等主要原材料选择，熔铝炉前铝液成分和铝杆连铸连轧制控制，拉丝直径和长定控制，绞制过程预成型和张力控制，收线过程防擦伤控制，采用合适的盘具和包装型式，每道工序进行自检、互检和专检人员检查，对关键工序设立质量控制点，只有这样进行全过程严格质量控制才能生产出优质大截面钢芯铝绞线，为国家电网建设提供优质大截面导线。

［1］王春江主编.电线电缆手册(第一册)［M］.北京:机械工业出版社，2001.

［2］谢起林，拉丝工艺学［M］.北京:机械工业职业技能鉴定指导中心，2001.

［3］於国良.大截面钢芯铝绞线制造和使用过程的质量控制［J］.电线电缆，2002(5):17-22.

［4］GB/T 1179—2008 圆线同心绞架空导线［S］.