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大界麵特高壓鋼芯鋁絞線質量控製

來源:http://www.iefcn.com 發布時間:2017/7/3 8:10:38

隨著國民經濟的高速發展,我國的用電負荷急劇攀升。大截麵特高壓導線技術的采用可提高線路輸送功率,有效降低線路損耗、無線電幹擾和可聽噪聲等,並可降低工程投資成本和運行成本,是實現電網節能降耗和促進環境保護的重要技術舉措,具有顯著的技術經濟效益和廣闊的應用前景。近年來,_電網公司的750 kV 蘭州東一白銀輸電線路工程、1000 kV 晉東南一南陽一荊門特高壓交流試驗示範工程、向家壩一上海士800 kV 特高壓直流輸電工程等正在建設,即將開始建設的還有錦屏一蘇南土800 kV 特高壓直流輸電線路900 mm2 大截麵導線線路工程、寧東一山東± 660 kV 直流輸電線路1000 mm2大截麵導線線路工程。為了滿足_電網建設,就必須提供大量的_大截麵特高壓鋼芯鋁絞線。本文論述了從原材料、半成品、成品、包裝、貯存和交付全過程控製,以保證鋼芯鋁絞線外觀質量和內在質量符合技術規範要求。

原材料的控製鋁錠

鋁錠是生產大截麵特高壓鋼芯鋁絞線的主要原材料,化學成分符合GB/T 1196-2008 重熔用鋁錠和GB 12768-1991 重熔用電工鋁錠標準,選用的鋁錠純度要高,一般Al含量在99. 7% 以上,Si含量不大於0.08%Fe 含量不大於0. 20%Cu 含量不大於0.005%,其它金屬總含量不大於0.0159毛。通常,選用大型鋁廠的氧化鋁來源穩定,生產的鋁錠質量穩定,化學成分變化範圍小,後道工序控製方便,AG8国际亚游产品質量相對穩定。

鍍鋅鋼絞線

鍍鋅鋼絞線主要由鍍鋅鋼絲經過絞製而成。鍍鋅鋼絲應選用寶鋼等大型鋼廠的盤鋼,盤鋼牌號與所生產的鋼絲抗拉強和伸長率及設備拉製的硬化率匹配。大型鋼廠盤鋼質量穩定,盤重大,斷頭率低。為了減少鋼絲夾雜斷股,鋼廠應對盤鋼線材進行磁粉試驗並提供報告。鋼芯鋁絞線中有鋼和鋁雙金屬存在,鋁電極電位-1.66v,鑄電極電位-0.763 v,鋼電極電位-0.44 v。鋁表麵有致密的氧化膜,一般情況下不易腐蝕,若鋁與鋼直接接觸,鋼會先於鋁腐蝕。鋼絲表麵鍍鋅後,鋅先於鋼腐蝕,使鋼不受腐蝕。因此,鍍鋅鋼絲的鍍鋅層質量對鋼芯鋁絞線防腐蝕性能是極其重要的,鋼芯鋁絞線的使用壽命取決於鍍鋅鋼絞線的壽命。

鍍鋅鋼線的鋅層重量較大,一般使用熱鍍鋅比較合適。電加熱方法熔化鋅錠時,熔化的鋅缸表麵覆蓋隔離物,以減少鋅熔化液的氧化,在鍍鋅鋼絲出缸後其表麵再用小火焰補充加熱,這樣鍍層表麵光滑均勻,減少鑄瘤的產生。鋼絞線絞製過程中,應保證結構尺寸符合要求,不得有跳股、鬆股、斷股和蛇形現象,鋼絞線上收線盤前,應經過水平方向和垂直方向的搓柔裝置,均勻鋼絲的內應力,減少鬆股和蛇形現象。

以向家壩一上海±800kV特高壓直流輸電工程ACSR-720/50鋼芯鋁絞線為例,介紹生產用的鍍鋅鋼絞線的機械性能和鍍鋅層應符合的技術要求。表1ACSR-720/50鍍鋅鋼絞線檢測項目,抽樣比例為每盤檢測。

檢驗項目

質量要求

檢測結果

直徑/mm

3.02±0.05

3.04

抗拉強度/MPa

1410

1584

1%伸長時的應力值/MPa

1240

1297

伸長率/%

3.0

3.5

扭轉次數/(次/360°)

14

27

節徑比

18~22

19.7

鋅層重量/g/m2

245

283

計算截麵積/mm2

7.163

7.254

單位長度質量/kg/km

55.728

56.124

卷繞試驗

1倍鋼絲直徑的芯軸上卷繞8圈,鍍鋅鋼線應不斷

合格

鋅層連續性

鍍層光潔,厚度均勻,並與良好的商品相一致

合格

鍍鋅層附著性

4倍鋼絲直徑的芯軸上緊密卷繞8圈,鍍鋅層應牢固地附著在鋼線上而不開裂,或用手指摩擦鋅層不會產生脫落的起皮。

合格

鍍鋅鋼絲強度差值要求/MPa

同一單線抗拉強度不均勻值不得超過200MPa

57

鋁杆質量控製

爐前鋁液成分控製

根據鋁錠的化學成分,配入其他相應的合金,嚴格控製爐內鋁液的化學成分,使鋁液成分達到規定的成分要求。鋁液中如果FeSi含量增加,鋁杆的電阻率將增加,抗拉強度提高,延伸率下降。如果FeSi含量降低,抗拉強度將下降,延伸率提高,因此要嚴格控製其含量。通常,鋁液化學成分Si不大於0.08%Fe(w)/Si(w) = 1. 52.0。如果遇到Si大於0.08% ,需要稀土化處理。稀土化處理不能降低Si的含量,但能減少Si的有害作用,因Si原子在鋁中有很大的脆性,使鋁杆產生開裂傾向。在鑄造前要對鋁液進行精煉,通過高純氮氣將粉末精煉劑吹入鋁液內,盡可能使精煉劑均勻分布到鋁液中,以利於除氣除渣,精煉後要保溫靜置4060 min 。必要時加入適量的細化劑,以保證鑄坯組織致密,提高鑄坯的內部組織質量。

爐溫控製

在鑄造過程中,嚴格控製鑄造溫度、鑄造速度、冷卻條件三要素,鋁液出爐溫度一般控製在730740℃,澆鑄溫度700710 ℃,鑄鏈坯料溫度入軋前控製在480520 ℃,出軋後溫度控製在260300℃,軋機的乳化液進口溫度控製在45℃以下,澆鑄速度0. 18 ~ 0. 22 m/s,冷卻水壓力控製在0.2~ 0.3 MPa,冷卻水溫度不高於40℃。

鑄鋁控製

鋁液澆注前增加過濾裝置,即在過德包中安放兩道陶瓷過濾板,一道水平放置,一道堅直安放。使用較長的流槽,盡可能減少鋁液的轉注次數。在流槽與中間包的銜接處采用導管導流,這樣可以使鋁液平穩地進入結晶輪,減少鋁液的紊流與揣流,保持流槽與中間包內鋁液表麵的氧化膜不破裂,減少鋁液的再次吸氣、氧化,避免氧化膜進入鑄腔形成新的夾渣。澆注係統采用新型整體結構,耐火材料須堅固耐用,以消除耐火材料對鋁液的二次汙染。

連軋控製

連續熱軋製的金屬具有較高的塑性,抗變形能力較低,因此可以用較少的能量得到較大的變形。在軋製中連軋機的軋製速度、軋製溫度、工藝潤滑是保證鋁杆質量的三大要素。軋製時要根據鑄坯情況,及時合理調整軋製參數,以保證鋁杆質量。軋製溫度過高會使坯料內部低熔點組織物熔化而造成軋件過熱,出現高溫脆裂和軋輯粘鋁,鋁杆表麵有疤痕;軋製溫度過低,坯料變形難,易造成堵杆。根據實際情況,鑄鏈坯料溫度入軋前控製在480520℃為宜。軋製速度直接影響鋁杆的生產效率和機械性能。在鋁杆的化學成分與生產冷卻條件不變的情況下,軋製速度高時熱效應大,會出現熱脆現象、鋁杆抗拉強度降低及軋件易拉斷;軋製速度低時鋁杆抗拉強度提高,但軋製效果不佳。一般人軋速度控製在0. 18 ~ 0. 22 mis,終軋速度控製在6m/s左右。

鋁杆成圈

鋁杆成圈後通常是自然冷卻,存放的地點應遠離熱源,防止人為的散熱不均。在冷卻過程中外圈比內圈冷卻快,在夏季,環境溫度高,內圈冷卻更慢,在出軋溫度下,鋁杆會受到退火效應,產生強度的下降,導致一捆鋁杆內圈和外圈抗拉強度相差較大。大截麵特高壓鋼芯鋁絞線鋁絲的強度偏差要求不得大於20MPa,同一根鋁絲上各處的強度偏差不大於15 MPa,冷卻後半成品鋁杆強度偏差控製在10MPa以內,確保成品鋼芯鋁絞線強度有較好的一致性和統調性。為了解決這-問題,夏季宜采用鼓風機強迫冷卻,縮小每捆鋁杆內外層的強度偏差。

拉絲過程控製

設備和模具選用

使用13模高速滑動式拉絲機拉製鋁線。選用的鋁杆抗拉強度要大於鋁杆的拉伸應力,應有較高的拉絲安全係數。滑動式連續拉絲機相對前滑動係數大於1,能自動調節張力保持不斷線。鋁線在鼓輪上一般繞34圈,滿足上下道合適的反拉力。根據設備和進線出線規格合理配模。由成品絲徑和鋁杆直徑計算總延伸係數,計算拉伸道次後再計算每道的速比。由總速比再計算出總的相對前滑係數,根據總相對前滑係數計算平均前滑係數,再對各道前滑係數進行合理分配的確認,然後計算出各道的延伸係數,再計算各道絲徑及確認模具的孔徑。

拉絲液選用

潤滑劑在拉絲中的作用是潤滑、冷卻和清洗。滑動式連續高速鋁拉絲機,由於鋁線拉製過程中的滑動,發熱量大,潤滑劑的作用顯得特別重要。采用_礦物油為基質的潤滑油適合高速鋁拉機生產大截麵特高壓鋼芯鋁絞線用鋁線。礦物質潤滑油濃度要適中,能很好起潤滑模具和鼓輪的作用,金屬鋁屑又能沉澱。礦物質潤滑油循環冷卻效果好,一般控製油溫在40℃左右,流動性良好的潤滑油冷卻較果好,過濾網和礦物油更換周期延長。礦物質潤滑油中不含有機物質,附著在鋁線的上油膜不會在高溫高濕的環境下發黴變色,提高導線的外觀質量。

拉絲強度控製

大截麵特高壓鋼芯鋁絞線鋁線的強度偏差要求不得大於20 MPa,同一根鋁線上各處的強度偏差不大於15MPa,冷卻後對每捆半成品鋁杆檢測,強度偏差控製在10MPa以內。鋁杆直徑的選擇很重要,φ9.5 mm的鋁杆拉製φ3. 99 mm 及以上的鋁線時,由於拉製模具道數少,鋁線硬化率低,達不到鋁線抗拉強度要求,即使提高鋁杆的強度,鋁線的抗拉強度合格率也很低。使用φ12mm 的鋁杆能夠解決鋁線抗拉強度提高的問題,因為增加鋁線拉絲道數,提高了鋁線的加工硬化率,也提高拉線機的生產效率,使鋁杆的強度控製容易,拉製的鋁線抗拉強度、伸長率、卷繞和電阻率合格率均很高。

拉絲長度控製

鋼芯鋁絞線的外層不得有焊接,內層也不得有人為原因的焊接,並且要嚴格控製內層焊接的個數。要確保沒有人為焊接,就必須定長拉絲。由於外層、鄰外層、鄰內層、內層的絞合節徑比不同,鋁線絞入率也不一樣,因此,每一層的拉絲長度是不一樣的,外層_長,其餘各層逐步縮短。通常要確保成品鋼芯鋁絞線生產結束後,盤具鋁線剩餘20 m左右。因此,每層鋁線單獨拉製並用不同顏色的流轉卡標識,便於現場管理和下道工序區分。拉製長度一般是按鼓輪圈數計算,因絲徑的粗、細也有誤差,故計量長度與實際長度要進行驗證及校正,以確保成品長度正公差及無人為的焊接。定長拉絲能夠確保鋼芯鋁絞線成品長度符合要求。

鋁單線定置管理

拉製後的鋁單線必須靜止停放24 h,以保證每盤鋁線的溫度一致。如果鋁單線溫度不一致,則由於絞製後鋁單線的熱脹冷縮作用,鋁線會產生內應力並形成蛇形,影響成品鋼芯鋁絞線的光潔度;同時,因鋁單線受力後延伸不均勻,將影響整根鋼芯鋁絞線的受力性能。其次,線盤要做好現場管理,盤具應放置有軌道上或T 字形放置,防止盤具與盤具之間滾動擦傷。嚴禁用帶油汙的手推線盤或用腳滾動線盤。

鋁單線檢測項目

1000 kV晉東南一南陽一荊門特高壓交流試驗示範工程JL/GlA-500/35-45/7為例,介紹所用的鋁單線的機械性能和電性能,以確保成品鋼芯鋁絞線性能合格。表2為鋁單線檢測項目,抽樣比例為每盤檢測。

2 JL/GlA-500/35-45/7 鋁單線栓測項目

檢驗項目

質量要求

檢測結果

線徑/mm

3.75±0.04

3.77

截麵積/mm2

11.045

11.157

單重/g/m

29.855

30.124

20℃導體電阻率/(Ω·mm2/m

0.028170

0.02792

抗拉強度/MPa

_小值≥160;不均勻值≤15

_小值171;不均勻值

鋁絲外觀

表麵光滑

光潔

卷繞性能

不斷不裂

通過

冷壓接頭抗拉強度/MPa

130

173

排線情況

整齊,無壓線

整齊,無壓線

卷繞實驗條件:在直徑1d芯軸上卷繞8圈,退6圈,再繞6圈,要求不斷不裂。

絞製過程控製

鋁單線靜止配盤

JL/G3A-900/40-72/7鋼芯鋁絞線為例,鋁單線靜止停放24h,每盤溫度基本一致後,根據每盤鋁單線的強度進行配盤,鋁單線的強度≥68 MPa,鋁單線強度不均勻值≤15 MPa,其它指標全部合格才能配盤上機生產。

絞製前設備檢查

大截麵特高壓鋼芯鋁絞線生產應選用多段式框絞機生產,放線、預扭、張力控製、斷線自動停車、牽引及收線等裝置完好正常。以JL/G3A-900/40-72/7鋼芯鋁絞線生產為例,選用84盤四段式JLKφ630/12+18+24+30型框式絞線機生產,所有輔助設施應完好。檢查線盤電動蝸輪式快速夾緊和手動手輪式夾緊等裝置;檢查各夾緊方式是否均有機械鎖緊保護功能;檢查脈衝斷線停車裝置,要求任意一個線盤斷線或線用完時,整機能及時自動緊停並刹車,防止斷線後不易發現。

穿線和鋁單線線盤張力控製

絞線前必須檢查絞線機上的穿線管,若有鬆動應及時緊固,並及時更換所有磨損的穿線管。穿線管和過線輪上必須清潔,不得有鋁屑殘留。每盤生產結束應對穿線管和過線輪進行清潔,否則油汙和鋁屑積累在穿線管和過線輪上,會擦傷和壓傷鋁單線表麵。檢查框絞機每盤放線張力;檢查機械摩擦控製或氣動張力控製情況,確保張力恒定。使用四段式JLKφ630/12+18+24+30框絞機,每段線盤為12182430盤,以JL/G3A-900/40-72/7 鋼芯鋁絞線生產為例,各層鋁單線根數為9+15+21+27,每段都有3 個空位線盤,對3個空位在分布板上要均勻分配,不得集中在一側,否則會造成絞製時受力不均勻,會產生絞線蛇形。

過錢輪和預成形裝置調節

為了減少絞製後鋁單線的內應力,導線在施工過程中不易鬆散,方便施工,框絞機要使用鋁單線預扭裝置,使鋁單線進入並線模前呈“S”形走向,給以預扭變形,使絞合後的鋁單線緊密不易鬆散,消除了施工中絞線切斷後的散股現象。過線輪和預成形裝置的調節,是根據鋁單線的直徑大小來調節,目的是消除鋁單線絞合後的內應力。但預成形調節時彎曲應力不能過大,否則會降低鋁單線的機械強度,生產過程中產生鋁單線斷線。

絞線壓模和節距控製

框絞機絞製時要使用並線模,一般使用上下對稱的硬質木模。使用前,可以先讓木質模具浸泡在機油中,絞製過程中不易刮傷鋁單線,進線區和定徑區必須用細砂紙打磨光滑,兩者的連接處應光滑過渡,以防刮傷、磨損導線表麵。絞製緊壓時木質模具易磨損,因此壓模上下對稱的孔徑可以設計成橢圓形,增加木模的耐久性。當模具使用磨損嚴重時必須更換,否則並線模孔徑過大,絞製的鋁絞線緊密度不夠;同時,還會造成鋁單線跳股。

根據設備規範正確選取牽引速度,調節每段的絞籠的轉速,每層的絞合節徑比應符合技術規範要求。同心絞合,任何層的節徑比應不大於緊鄰內層的節徑比,相鄰層的絞向相反,_外層絞向應為“右向”。當絞合節距確定後,該批合同的所有鋼芯鋁絞線應使用相同的節徑比,確保鋼芯鋁絞線施工續接後不會出現退扭和旋轉。

牽引輪與收錢張力控製

為了防止鋼芯鋁絞線表麵與鋼質牽引輪擦傷,預先在牽引輪上包丙綸地毯或棉質帆布。調節緊壓裝置合適,收排線架張力合適,太鬆會導致絞線打滑扭曲,太緊會壓傷導線。

冷壓焊接

大截麵特高壓鋼芯鋁絞線外層不得焊接,內層必須符合GB/T 1179-2008困線同心絞架空導線標準要求,內層不能有人為原因的焊接。常規的熱熔電阻焊焊接強度隻能達到70 80MPa,這是由於熱焊接頭附近300 mm範圍內鋁單線有退火現象,強度大幅下降,並有延伸性,導致施工過程中過滑輪時,產生延伸跳股現象,因此,鋼芯鋁絞線不能采用熱熔焊。對於個別焊接點必須采用冷壓焊,而且內層兩接頭之間的距離不小於15m。標準要求冷壓焊接接頭強度≥130MPa,一般冷壓焊接頭強度可達170MPa左右。對冷壓焊接操作工應進行技能培訓和技能評定,符合要求的才能上崗操作冷壓焊。焊接後的接頭處應用細砂紙打磨平整,電阻應符合要求。

排線時墊紙

為了防止每層鋼芯鋁絞線之間,線與線之間的擦傷和壓傷,生產排線時,需要“L”型墊紙,紙質是耐水的電纜紙,普通牛皮紙遇水會粘著在導線上,影響導線施工和外觀。

鋼芯鋁絞線長度_度控製

定長拉絲能夠確保成品鋼芯鋁絞線長度符合要求。須定期對計米器校驗,確保計量器具符合精度要求。一般鋼芯鋁絞線均為定長交貨,長度的偏差為-0%, +0. 5%

鋼芯鋁絞線必須在拉直的情況下采集信號,如果鋼芯鋁絞線在彎曲、有弧度,繞在輪子上計量圈數,這時的計米是不準確的。目前,在野外架空敷設導線時普遍采用液壓牽引機放線,這種張力放線機的計米器計量的隻是放線輪空載時的周長,沒有考慮鋼芯鋁絞線的直徑因素,因此產生了誤差。而且鋼芯鋁絞線截麵越大,直徑也越大,產生的誤差也就更大。施工單位僅憑液壓牽引放線機上的直讀數來判斷鋼芯鋁絞線的實際長度是不妥的,應該調準到實際外徑進行計算,或采用直線計量的方法進行驗證,否則生產企業會承受較大損失。

鋼芯鋁絞線端頭處理

鋼芯鋁絞線內端頭固定很重要,在上盤前先用黑膠布包一層,再用管卡紮緊,在截取導體端頭時,應留6根鋁單線用於固定導體線頭用,端頭伸出側邊孔外約100 mm ,端頭再用二個U型圈固定在側板上。鋼芯鋁絞線外端頭,應先用黑膠布包一層,再用管卡紮緊,端頭留6根鋁單線用於固定導體線頭用,導體線頭固定在側邊板上,固定牢固。

絞製過程檢測項目

JL/G3A-900/40-72/7鋼芯鋁絞線為例,絞製時,調節框絞機牽引和絞籠速度,選用合適的壓模,生產的鋼芯鋁絞線結構尺寸應符合要求。鋼芯鋁絞線檢測項目見表3中導線部分(除單位重量及直流電阻之外),抽樣比例為每盤檢測。

 

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