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交联聚乙烯绝缘中压电力电缆绝缘偏心度控制

2025-05-21 180 上传者：管理员

摘要：基于以往的运行经验、配电系统电力电缆故障分析以及电场畸变的长期研究，电网用户要求交联聚乙烯绝缘电力电缆绝缘偏心度≤8%甚至更优已成为必然趋势。为此，对采用悬链式交联生产线生产额定电压6～30 kV交联聚乙烯绝缘电力电缆时影响绝缘偏心度的因素进行了分析，并提出了设备技改、材料改善、交联工艺优化、开机阶段标准化作业流程制定等多种控制措施。在实施相关控制措施后，经测试全部电缆产品的绝缘偏心度≤8%且其中83.24%的电缆产品绝缘偏心度≤5%,提高了电缆产品质量，可确保配电系统运行的可靠性。

关键词：
中压电力电缆
交联聚乙烯绝缘
悬链式交联生产线
电网改造
绝缘偏心度
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随着城市规模的扩大,城市供电系统的负荷不断增加,城市电网改造已成为重点工程｡电网改造工程对额定电压30kV及以下交联聚乙烯(XLPE)绝缘中压电力电缆的需求量日益上升､质量要求越来越高｡虽然标准GB/T12706.2—2020[1]规定绝缘厚度最小测量值ti,min应不低于90%绝缘标称厚度(标准规定值)ti,n再减0.1mm,即ti,min≥0.9ti,n0.1mm,同时还需满足(ti,max-ti,min)/ti,max≤0.15(其中ti,max为绝缘厚度最大测量值),即绝缘偏心度e≤15%,但鉴于在前期运行维护过程中发生的电力系统故障和运行安全事故,各电力公司纷纷提高了对电力电缆绝缘偏心度的要求(例如南方电网公司的各省市电力电缆部分招投标文件中已将绝缘偏心度要求提高至e≤8%,不排除后期可能进一步优化到e≤6%)｡为了满足电力公司用户的要求,解决目前各电线电缆制造企业对交联聚乙烯绝缘电力电缆绝缘偏心度控制与改善的难题,本文对额定电压30kV及以下交联聚乙烯绝缘中压电力电缆的悬链式(CCV)交联生产线绝缘的偏心度控制进行了分析与研究｡

1、绝缘偏心度影响因素

经过对额定电压6~30kV交联聚乙烯绝缘电力电缆的生产过程､加工方式及现场工况的多次跟踪､讨论､分析,制订了绝缘偏心波动可能原因的鱼骨图,由此可得影响绝缘偏心度的因素主要包括设备自身因素､材料因素､交联工艺因素､人员因素｡

1.1设备自身因素

目前,悬链式交联生产线是电线电缆企业生产额定电压6~30kV交联聚乙烯绝缘电力电缆的主流设备,相关设备生产企业国内主要有吉林白城､青岛兴乐､安庆普瑞斯等公司,国外主要有麦拉菲尔､普睿司曼等公司｡悬链式交联生产线主要由放线装置､储线器､上牵引装置､机头､单螺杆塑料挤塑机､上封闭器､硫化管､水气平衡装置､冷却管､下封闭器､搓线器､下牵引装置､收线装置､电气控制系统等组成,其中机头为绝缘偏心度控制的核心装置如图1所示｡设备自身因素主要包括机头同心度差､高速运行下挤塑机打滑引起外径波动､生产过程中悬垂波动等｡

图1交联机头装置图

1.2材料因素

材料因素主要包括材料熔体指数､材料塑化程度､导体屏蔽强度｡材料熔体指数的影响是因化学交联绝缘料在未交联之前为一种线型高分子材料,根据其分子量的大小及分布情况,在熔融温度下在交联管中交联时引起黏流体变形,这种变形将影响绝缘偏心｡材料塑化程度(熔融状态)将影响绝缘偏心｡如果材料在充分熔融的前提下以工艺速度加工,则在加工过程中材料的熔融压力波动较小,绝缘不会产生较大偏心;反之,如果材料熔融不充分､熔融状态差,则在加工过程中材料易发生熔融或结晶,而导致材料流动后发生改变,绝缘产生较大偏心｡导体屏蔽强度的影响是因采用三层共挤的加工方式,如果导体屏蔽料老化前强度较小,则在绝缘挤出过程中的压力差会造成导体屏蔽层不规则嵌入导体,造成绝缘偏心波动｡

1.3交联工艺因素

交联工艺因素主要包括交联工艺温度和模具选型设计｡交联工艺温度的影响是在生产过程中交联线芯的绝缘材料分子结构在硫化管中实现从线型结构向网状结构的变化,在分子结构变化过程中交联工艺温度引起黏流体的变形,受重力作用变形可能会影响绝缘偏心｡三层共挤机头(如图1所示)分别需要模芯1､模芯2､绝缘模芯柱(机头自带模具,通常自带模具一大一小共两只,根据不同的电压等级选择不同直径模具)､模套,因交联机头内部流道复杂,模具装配角度､间隙对材料流动过程中的压力变化影响较大,易造成绝缘偏心波动｡

1.4人员因素

人员因素主要包括开机操作习惯和调偏心方式｡不同交联线机长的导体屏蔽层(内屏)､绝缘层､绝缘屏蔽层(外屏)跑胶方式和调偏心方式,易造成内屏､绝缘､外屏挤出压力变化大,导致绝缘偏心波动｡

1.5小结

目前我国电线电缆规模企业基本选择进口设备,而中小型电线电缆企业则多选择国产设备,但无论是进口设备还是国产设备,所选择的悬链式交联生产线应尽可能具有较高的设备精度､较稳定的电气控制系统｡同时,在设备固化的基础上进一步从材料､工艺､人员能力上进行改善,从而将绝缘偏心度控制在e≤8%,甚至更优｡

2、绝缘偏心度控制措施

2.1设备技改

在悬链式交联生产线设备已经选型情况下可以对设备进行技改,例如:在硫化管和冷却管中间增设预冷段管道,在搓线器作用下交联线芯在硫化管中缓慢旋转以改善处于熔融状态黏流体的下垂,同时挤包好的交联单线经预冷段处理以使绝缘层外表面迅速定形改善偏心｡

2.2材料改善

采用悬链式交联工艺时,宜选择熔体指数较低[0.8~1.0g/(10min)]的化学交联料,确保绝缘料在加工过程中的变形指数较小,同时在保证其加工性能的前提下还可提高绝缘层老化前后抗张强度､断裂伸长率､耐候性等｡

通过对内屏､绝缘､外屏的工艺温度试验研究发现,绝缘料温是影响绝缘偏心度的关键因素｡在三层共挤开机低速生产过程中,绝缘料温的高低直接影响材料的塑化和流动性能｡绝缘料温偏低则易塑化不良而影响材料的流动和正常挤出;料温过高则易引起材料预交联,且由于重力原因易造成绝缘层下垂｡通过长期的摸索研究发现,在正常生产转速下将内/外屏料温控制在112~117℃､绝缘料温控制在123~128℃,此时材料熔融状态最优,故建议三层共挤挤塑机各区加工温度设置如表1所示｡

表1三层共挤挤塑机各区加工温度设置及材料熔融状态

采用悬链式交联工艺时,宜选择强度较大的内屏料(如老化前强度≥12.0MPa的PYJD-10kV导体屏蔽料)以尽可能避免内屏内嵌于导体,同时具备一定抗压强度的内屏还可在绝缘层压力下保持其表面光滑平整｡

2.3交联工艺优化

根据硫化管中绝缘线芯的温度分布,绝缘线芯表面温度最高,如绝缘线芯冷却不充分可能会造成出下封闭器后再在导轮上出现二次变形而造成绝缘偏心波动｡在设计交联工序硫化管温度时可通过NCC计算软件对硫化管温度和线速进行测算,通常将绝缘线芯表面温度控制在(200±10)℃时绝缘线芯能达到最好效果,既能确保绝缘线芯的热延伸性能,又能确保其表面已经冷却段充分冷却,可减少黏流体变形,防止绝缘线芯出下封闭器后二次变形,有效控制绝缘偏心｡

悬链式交联生产线采用内屏､绝缘､外屏三层共挤工艺,故需选用组合式挤压模具(如图2所示),以保证内屏､绝缘､外屏挤出紧密和表面光洁｡为确保交联机头在装配组合式挤压模具后机头内流道压力均衡,生产过程中绝缘波动较小,组合式挤压模具角度和尺寸的合理设计尤为重要｡交联机模具角度宜遵循γ≥β≥α且γ､β､α之间相差不超过1°(通常情况下γ≤33°､α≥30°)｡交联机模具内径设计时要保证厚度合格,同时兼顾便于偏心调整,各模具之间压力均衡挤出流畅,防止压力变化引起交联单线外径波动,宜遵循ds1=d1+0.6mm(d1为导体标称外径)､ds2=d1+2t1×1.5(t1为内屏标称厚度)､ds3=d1+2t1+2ti,n+2t2+0.3mm(t2为外屏标称厚度)｡通过上述模具角度和尺寸的设计可以有效保证组合式挤压模具在生产过程中压力均衡､出料均匀,在交联单线挤出过程中外径波动小,绝缘偏心度稳定｡

图2组合式挤压模具示意图

2.4人员能力提升

由于目前没有强制性或推荐性的国家标准规定交联机组开机跑胶作业流程,各交联线机长的操作习惯不同易造成绝缘偏心波动大,部分机长为缩短开机时间习惯性将内屏､绝缘､外屏同时跑胶,此跑胶方式会因三种材料熔融压力､挤出厚度不同而在跑胶过程中造成机头压力失衡,导致绝缘偏心波动｡为改善上述绝缘偏心波动,应制定跑胶阶段的标准化作业流程,即先跑内屏胶,待内屏胶体出机头后再跑绝缘胶,最后跑外屏胶,如此分层逐一跑胶可保证挤出过程中压力均匀,有效改善绝缘偏心｡

各交联线机长的调偏心模式和排胶过程的操作习惯不同,也易造成绝缘偏心波动｡为改善此异常,建议在调偏心过程中同样按内屏､绝缘､外屏的挤出顺序进行调偏,即先调内屏偏心,在内屏偏心调整好后稳定3~5min观察测偏仪上偏心情况,待测偏仪上偏心稳定后再调绝缘偏心(重复上述动作),最后调外屏偏心｡在用工艺文件固化调偏顺序的基础上,进一步对调偏心用17#内六角扳手进行改进｡传统内六角扳手在调偏过程中需要安装加力杆,但因加力杆长短､支点的差异容易造成调偏时力矩过大,而导致机头调偏螺丝顶端出现不可逆损伤｡借鉴进口设备的调偏经验,将传统17#内六角扳手换成扭力扳手,并根据不同电缆的电压等级设置调偏扭力上限值,如额定电压8.7kV电缆的上限值为220N·m,额定电压30kV电缆的上限值为320N·m｡

3、结束语

本文分析了采用悬链式交联生产线生产的额定电压30kV及以下交联聚乙烯绝缘中压电力电缆的交联聚乙烯绝缘偏心度的影响因素及其控制措施｡通过对设备技改､材料改善､交联工艺优化､开机阶段标准化作业流程制定以及相关生产工艺的严格控制,最终将额定电压30kV及以下交联聚乙烯绝缘中压电力电缆的绝缘偏心度全部控制在e≤8%,且其中83.24%的电缆产品e≤5%｡由此可见,通过适宜的工艺措施,悬链式交联生产线可以较好地满足绝缘偏心度的要求,在节约成本的前提下还能满足南方电网公司等客户的特殊需求｡本文介绍的交联聚乙烯绝缘中压电力电缆偏心度控制措施的实施,可进一步推动电缆高质量发展,为配电系统可靠运行提供有力的保障｡

参考文献:

[1]中国电器工业协会.额定电压1kV(Um=1.2kV)到35kV(Um=40.5kV)挤包绝缘电力电缆及附件第2部分:额定电压6kV(Um=7.2kV)到30kV(Um=36kV)电缆:GB/T12706.2—2020[S].北京:中国标准出版社,2020.

文章来源:后石,程伟.交联聚乙烯绝缘中压电力电缆绝缘偏心度控制[J].光纤与电缆及其应用技术,2025,(03):21-24.