轨道交通XLPE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421008)

0 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。2008年在北京举办第29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—天津开行时速350 km/h的动车组。全国有29家单位参加京津高速铁路轨道交通电缆(电缆型号FS-WDZB-YJY63 8.7/10 kV 1×70)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427 km。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。

1 电缆结构

电缆型号和规格为FS-WDZB-YJY63 8.7/10 kV 1×70，电缆结构见图1。

2 产品生产工艺流程

图1 轨道交通用电缆的结构

3 各道工序的工艺特点和质量要求

3.1 铜导体绞合紧压工序

导体紧压系数要达到0.89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GB/T 3956—1997《电缆的导体》的规定，70mm2铜导体20℃时直流电阻不大于0.268 Ω/km，因此设计由19根直径2.2mm(19/2.2)导线绞合的导体结构，导体须紧压，紧压后外径为9.8mm，外层紧压模为纳米模，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 65/25挤出机;挤包XLPE绝缘层配备 150/25挤出机;挤包绝缘屏蔽层配备 90/25挤出机;德国SIKORA公司X-RAY8000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≥54 N。

(2)XLPE绝缘采用浙江省万马高分子材料厂产品，即XLPE-10。

(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0.6～0.8mm，绝缘厚度按GB/T 12706.2—2002规定，绝缘厚度的平均值不能小于标称值4.5mm，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4.5×1.04=4.68mm才能满足标准要求。

(5)绝缘偏心度按照用户要求不大于10%，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)N2纯度。XLPE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 m3液态氮气供应，以确保N2浓度在99.5%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106，如能达到10万级或万级更好;上料间的空气正压力要求达到12.5 N/m3，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97～115℃，可在18℃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120 m，而交联线生产速度约为9 m/min，再加上接头前数分钟已对另一盘线端头作了处置，因此，在10 min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0.1mm宽度40mm的铜带间隙绕包。但本产品的绝缘线芯外径为22.1mm，若采用40mm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(PE)护套所组成，护套与涂塑铝带应粘结牢固。复合铝带厚度为0.25mm，其中祼铝带厚度0.15mm。铝带纵包重叠宽度在6mm以上，PE护套厚度控制在1.2mm。

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18%～20%。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15% ～20%。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 Al(OH)3和Mg(OH)2，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PVC和PE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130～155℃，温度的高低以其断面无气孔为准。螺杆转速控制在25 r/min以内。由于料的流动性较差，因此模具拉伸比不宜过大，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FS-WDZB-YJY63 8.7/10 kV 1×70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

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1 500 V、750 V及300 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 kV～26/35 kV，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20多个城市计划修建地铁与轻轨，总里程达5 000 km;到2020年，我国的城市轨道交通线路总长将达到20 000 km左右。这对电线电缆行业来说既是机遇，又是挑战。

［1］蒋佩南.交联电缆论文集［M］.上海:上海电缆研究所，2006.

［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，2002.