世界首条±660kV直流输电工程1000mm2导线生产过程的质量控制

2011-08-15董晶磊

电线电缆 2011年6期

董晶磊

(河北电力中兴线缆有限责任公司，河北沧州061000)

0 引言

宁东—山东±660 kV直流输电示范工程是世界上首个±660 kV电压等级的直流输电工程，是我国实施西电东送的重要输电通道项目，将黄河上游水电和宁东火电打捆直送山东。该工程于2010年11月28日，极I系统正式向山东输电。它的正式运行标志着中国在远距离、大规模输电技术上取得了又一重大突破，也将为西北能源密集地区的资源优势转化为经济优势提供了契机。

该工程首次将1 000 mm2大截面导线应用到试验示范工程中，对导线的质量提出了非常严格的要求，特别对导线外表光洁度、线股均匀性、绞线拉断力、应力-应变曲线、蠕变曲线、线膨胀系数、载流量、紧密度、疲劳性能、弹性模量、直流电阻、电晕、无线电干扰、滑轮通过等提出了近乎苛刻的要求。我国只有为数不多的几家线缆专业制造厂家，具备生产如此高质量大截面导线的实力，且在质量控制方面遇到了诸多难题:如何保证在导线全过程中保持外观的光洁度;如何保证导线72根铝线线股电气、机械特性的均匀性;如何保证导线整体性能达到工程要求等。为此，我们从原材料的控制、铝材熔炼过程中Si、Fe和其它微量元素控制，利用稀土、铝硼微量元素优化处理技术，提高铝材导电率;通过模具材质、几何尺寸改良，提升拉制线股表面质量;绞合过程中采用预扭装置、逐根选择机械参数相近单线配对使用、每盘单线放线张力调校均匀、导线各层节径比合理搭配等措施，保证导线紧密度要求;通过设备各穿线嘴、导轮、牵引轮面等环节改良，提高导线表面光洁度;通过收线盘具选择、防磨擦措施实施、吊索具精心设计和使用等，提高收线、搬运过程中导线表面质量。以上综合措施的实施，有效提高了导线品质，达到并超过了工程要求。

1 铝材质量

1.1 铝液中元素含量的控制

铝液中 Si、Fe 元素含量及 Ti、V、Mn、Cr等微量元素的含量，对铝杆的电阻率影响很大，所以我们严格控制铝液成分，使上述元素含量控制在0.12% ＜Fe＜0.18%;Si≤0.06%;Cu≤0.005%;ΣTi+V+Mn+Cr≤0.008%。对Si含量较高的铝液，采取稀土优化处理;对 Ti、V、Mn、Cr含量较高的铝液，采取熔炼过程中添加硼铝合金加以优化处理，从而使连铸连轧生产出的铝杆，达到极低电阻率的要求。

1.2 铝液的精炼和除渣

利用惰性气体的除气原理，选用高效无毒精炼剂，参与铝液的精炼，在铝液中形成微小气泡的高纯氮气，除掉铝液中的有害气体;利用粉状除渣剂，参与铝液的静置，除去氧化夹渣;利用浇铸前浇包中的过滤板进一步降低铝液中的夹渣。

1.3 铝杆表面质量的控制

轧机孔径的尺寸、配合、光滑度，直接影响铝杆外观及内在质量，调整、控制不当，极易形成铝杆的表面缺陷，如耳子、起皮和错圆等，并将对铝线拉制带来诸多不利影响，出现斑疤、起皮、麻点等缺陷。所以我们在生产前认真检查和调整轧机各道的孔径，保持轧辊表面光洁，同时生产过程中随时检查铝杆的表面质量，随时进行轧机、轧辊维护，有力保证了铝杆质量。

1.4 整圈铝杆强度值及其均匀性控制

铝杆强度的均匀性直接影响铝单线强度的均匀性，铝铸条进轧温度的不连续恒定、铝杆成圈温度内外不均是铝杆强度不均匀的主要原因。为此，我们将控制铝铸条进轧温度作为关键点，从控制铝液温度、铸条冷却、轧制速度、成圈内外温度控制等方面着手:(1)增装自动电加热装置，控制保温炉铝液温度误差在±5℃;(2)利用流量计反馈，保持浇铸液位波动小于±1 cm，精准控制浇铸速度;(3)增装大容量冷却水箱，在原压力泵增压基础上，进行冷却水流量控制，使H型黄铜结晶轮四面得到充足、不间断均匀冷却，使铸条四面结晶效果相同，强度一致;(4)安装PLC联动，联合控制浇铸机、连轧机速度，确保轧制速度平稳恒定;(5)改变成圈自然冷却方式，在出线管处加装喷淋冷却装置，对铝杆进行强制冷却，同时加装鼓风机，对成圈铝杆进行圈内外强迫风冷，使得圈内外的铝杆冷却速度一致，温度一致，从而做到圈内外铝杆强度一致、均匀。通过上述措施的实施，使得整圈铝杆强度值及其均匀性得到良好控制。

2 拉线过程

在上述控制铝杆的强度及其均匀性、电阻率的基础上，我们从控制拉线速度、配模配比、润滑效果、拉丝油温度入手，控制好铝单线强度及其均匀性、电阻率、伸率。

2.1 拉线速度、配模、铝杆参数选择

在相同的工艺条件下，拉线速度越快，产生的热量越多，因高温退火使单线强度降低;配模道次越多，拉制单线强度越高。为此我们控制拉线速度，保持在17 m/s，选择铝杆强度范围为108～116 MPa，铝杆直径为12.0 mm，配模10道次，并合理确定每道次压缩比。

2.2 拉线润滑油、机油、循环水温度控制

拉线机润滑油、机油、循环水温度的高低，直接影响拉线机设备运行状态、铝单线机械性能和外观质量。温度过高，单线温度过高且无法冷却，将因退火效应，使铝线机械性能难以满足技术标准要求，且易出现塞模、定径区粉末滞留，造成单线表面不光洁、划伤、椭圆等不良现象。因此，为保证大批量连续生产，我们增装了大型冷却水池，加大拉丝机储油箱，强制水冷，冷却效能大幅提升，保证了良好的铝单线机械性能和外观质量。

2.3 单线表面质量的控制

原生产工艺中，中间过模均采用钨钢模，定径模采用聚晶模。但钨钢模硬度不高、易磨损、易沾铝，导致拉制线径不稳定，单线表面有一层油膜，光洁度不高，铝线表面有微小的划痕。为此我们将中间过模及定径模全部采用聚晶模，使铝单线定径准确、恒定，表面光洁度高。同时在周转线盘内侧和筒体加贴橡皮衬垫，单线存放区域铺设橡皮垫，线盘运输全部采用轨道车搬运，有效保证了单线质量。

3 绞制过程

1 000 mm2大截面导线对绞线表面光洁度、圆整度、均匀性、紧密度等要求非常高，我们采取以下措施加以控制。

3.1 钢芯绞制装置控制

采购电加热法镀锌的钢丝，绞制前检查镀锌钢线不得有接头和堆锌;放线盘张力调节均匀，防止蛇形;钨钢穿线模光滑无毛刺;机头增装预扭装置，收线模后加装调直装置，依据钢线机械性能、线股绞合情况，调整上下、左右调直导轮位置及力度，使绞后线股切断后，能手持轻松复原。

3.2 铝单线配盘

对每盘铝线做强度试验，按试验值将合格且强度偏差不大于5 MPa的铝线进行编组配盘，集中上线，以保证铝单线绞后强度偏差不大于20 MPa。

3.3 导线均匀性和紧密度的控制

导线均匀性、绞合紧密度，直接影响导线的电晕和电磁干扰性能，而控制的关键在于绞线机的张力控制是否均匀及各层节距比搭配是否合理。我们使用710框式绞线机，气动控制张力，线盘制动力从铝线满盘到空盘，分段自动平滑调节，保证了导线绞合的均匀。各层节距比经反复试验，确定了最佳方案，使导线绞合紧密。同时，为防止导线剪断后散股，机头加装立柱式单线预扭装置，均衡预扭单线，使单线张力一致，解决了成品导线松股、蛇形等问题。

3.4 导线表面光洁度的控制

导线的外表光滑度、圆整性，直接影响导线电晕性能。在绞制过程中，我们对所有铝线经过的位置，尤其是穿线孔、过线框、过线轮、并线模处，采用尼龙材料，避免擦伤;牵引轮表面用毛毡包裹;由于1 000 mm2大截面导线单盘总重达10 t，采用可拆卸式瓦楞钢盘承装，为避免收线导线与线盘间发生磨擦，在钢线盘内侧及筒体上粘3 mm厚双面胶，筒体上另裹发泡塑料膜或牛皮纸，钢盘两侧外圆裹剖开的5 mm厚塑料管;收线时，导线匝间用牛皮纸隔垫。这些措施的实施，有效提高导线表面光洁度，使其拥有较强的抗电晕性。