世界首條±660kV直流輸電工程1000mm2導(dǎo)線生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制

董晶磊

(河北電力中興線纜有限責(zé)任公司，河北滄州061000)

0 引言

寧東—山東±660 kV直流輸電示范工程是世界上首個±660 kV電壓等級的直流輸電工程，是我國實(shí)施西電東送的重要輸電通道項(xiàng)目，將黃河上游水電和寧東火電打捆直送山東。該工程于2010年11月28日，極I系統(tǒng)正式向山東輸電。它的正式運(yùn)行標(biāo)志著中國在遠(yuǎn)距離、大規(guī)模輸電技術(shù)上取得了又一重大突破，也將為西北能源密集地區(qū)的資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢提供了契機(jī)。

該工程首次將1 000 mm2大截面導(dǎo)線應(yīng)用到試驗(yàn)示范工程中，對導(dǎo)線的質(zhì)量提出了非常嚴(yán)格的要求，特別對導(dǎo)線外表光潔度、線股均勻性、絞線拉斷力、應(yīng)力-應(yīng)變曲線、蠕變曲線、線膨脹系數(shù)、載流量、緊密度、疲勞性能、彈性模量、直流電阻、電暈、無線電干擾、滑輪通過等提出了近乎苛刻的要求。我國只有為數(shù)不多的幾家線纜專業(yè)制造廠家，具備生產(chǎn)如此高質(zhì)量大截面導(dǎo)線的實(shí)力，且在質(zhì)量控制方面遇到了諸多難題:如何保證在導(dǎo)線全過程中保持外觀的光潔度;如何保證導(dǎo)線72根鋁線線股電氣、機(jī)械特性的均勻性;如何保證導(dǎo)線整體性能達(dá)到工程要求等。為此，我們從原材料的控制、鋁材熔煉過程中Si、Fe和其它微量元素控制，利用稀土、鋁硼微量元素優(yōu)化處理技術(shù)，提高鋁材導(dǎo)電率;通過模具材質(zhì)、幾何尺寸改良，提升拉制線股表面質(zhì)量;絞合過程中采用預(yù)扭裝置、逐根選擇機(jī)械參數(shù)相近單線配對使用、每盤單線放線張力調(diào)校均勻、導(dǎo)線各層節(jié)徑比合理搭配等措施，保證導(dǎo)線緊密度要求;通過設(shè)備各穿線嘴、導(dǎo)輪、牽引輪面等環(huán)節(jié)改良，提高導(dǎo)線表面光潔度;通過收線盤具選擇、防磨擦措施實(shí)施、吊索具精心設(shè)計(jì)和使用等，提高收線、搬運(yùn)過程中導(dǎo)線表面質(zhì)量。以上綜合措施的實(shí)施，有效提高了導(dǎo)線品質(zhì)，達(dá)到并超過了工程要求。

1 鋁材質(zhì)量

1.1 鋁液中元素含量的控制

鋁液中 Si、Fe 元素含量及 Ti、V、Mn、Cr等微量元素的含量，對鋁桿的電阻率影響很大，所以我們嚴(yán)格控制鋁液成分，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%。對Si含量較高的鋁液，采取稀土優(yōu)化處理;對 Ti、V、Mn、Cr含量較高的鋁液，采取熔煉過程中添加硼鋁合金加以優(yōu)化處理，從而使連鑄連軋生產(chǎn)出的鋁桿，達(dá)到極低電阻率的要求。

1.2 鋁液的精煉和除渣

利用惰性氣體的除氣原理，選用高效無毒精煉劑，參與鋁液的精煉，在鋁液中形成微小氣泡的高純氮?dú)猓翡X液中的有害氣體;利用粉狀除渣劑，參與鋁液的靜置，除去氧化夾渣;利用澆鑄前澆包中的過濾板進(jìn)一步降低鋁液中的夾渣。

1.3 鋁桿表面質(zhì)量的控制

軋機(jī)孔徑的尺寸、配合、光滑度，直接影響鋁桿外觀及內(nèi)在質(zhì)量，調(diào)整、控制不當(dāng)，極易形成鋁桿的表面缺陷，如耳子、起皮和錯圓等，并將對鋁線拉制帶來諸多不利影響，出現(xiàn)斑疤、起皮、麻點(diǎn)等缺陷。所以我們在生產(chǎn)前認(rèn)真檢查和調(diào)整軋機(jī)各道的孔徑，保持軋輥表面光潔，同時生產(chǎn)過程中隨時檢查鋁桿的表面質(zhì)量，隨時進(jìn)行軋機(jī)、軋輥維護(hù)，有力保證了鋁桿質(zhì)量。

1.4 整圈鋁桿強(qiáng)度值及其均勻性控制

鋁桿強(qiáng)度的均勻性直接影響鋁單線強(qiáng)度的均勻性，鋁鑄條進(jìn)軋溫度的不連續(xù)恒定、鋁桿成圈溫度內(nèi)外不均是鋁桿強(qiáng)度不均勻的主要原因。為此，我們將控制鋁鑄條進(jìn)軋溫度作為關(guān)鍵點(diǎn)，從控制鋁液溫度、鑄條冷卻、軋制速度、成圈內(nèi)外溫度控制等方面著手:(1)增裝自動電加熱裝置，控制保溫爐鋁液溫度誤差在±5℃;(2)利用流量計(jì)反饋，保持澆鑄液位波動小于±1 cm，精準(zhǔn)控制澆鑄速度;(3)增裝大容量冷卻水箱，在原壓力泵增壓基礎(chǔ)上，進(jìn)行冷卻水流量控制，使H型黃銅結(jié)晶輪四面得到充足、不間斷均勻冷卻，使鑄條四面結(jié)晶效果相同，強(qiáng)度一致;(4)安裝PLC聯(lián)動，聯(lián)合控制澆鑄機(jī)、連軋機(jī)速度，確保軋制速度平穩(wěn)恒定;(5)改變成圈自然冷卻方式，在出線管處加裝噴淋冷卻裝置，對鋁桿進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，同時加裝鼓風(fēng)機(jī)，對成圈鋁桿進(jìn)行圈內(nèi)外強(qiáng)迫風(fēng)冷，使得圈內(nèi)外的鋁桿冷卻速度一致，溫度一致，從而做到圈內(nèi)外鋁桿強(qiáng)度一致、均勻。通過上述措施的實(shí)施，使得整圈鋁桿強(qiáng)度值及其均勻性得到良好控制。

2 拉線過程

在上述控制鋁桿的強(qiáng)度及其均勻性、電阻率的基礎(chǔ)上，我們從控制拉線速度、配模配比、潤滑效果、拉絲油溫度入手，控制好鋁單線強(qiáng)度及其均勻性、電阻率、伸率。

2.1 拉線速度、配模、鋁桿參數(shù)選擇

在相同的工藝條件下，拉線速度越快，產(chǎn)生的熱量越多，因高溫退火使單線強(qiáng)度降低;配模道次越多，拉制單線強(qiáng)度越高。為此我們控制拉線速度，保持在17 m/s，選擇鋁桿強(qiáng)度范圍為108～116 MPa，鋁桿直徑為12.0 mm，配模10道次，并合理確定每道次壓縮比。

2.2 拉線潤滑油、機(jī)油、循環(huán)水溫度控制

拉線機(jī)潤滑油、機(jī)油、循環(huán)水溫度的高低，直接影響拉線機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、鋁單線機(jī)械性能和外觀質(zhì)量。溫度過高，單線溫度過高且無法冷卻，將因退火效應(yīng)，使鋁線機(jī)械性能難以滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，且易出現(xiàn)塞模、定徑區(qū)粉末滯留，造成單線表面不光潔、劃傷、橢圓等不良現(xiàn)象。因此，為保證大批量連續(xù)生產(chǎn)，我們增裝了大型冷卻水池，加大拉絲機(jī)儲油箱，強(qiáng)制水冷，冷卻效能大幅提升，保證了良好的鋁單線機(jī)械性能和外觀質(zhì)量。

2.3 單線表面質(zhì)量的控制

原生產(chǎn)工藝中，中間過模均采用鎢鋼模，定徑模采用聚晶模。但鎢鋼模硬度不高、易磨損、易沾鋁，導(dǎo)致拉制線徑不穩(wěn)定，單線表面有一層油膜，光潔度不高，鋁線表面有微小的劃痕。為此我們將中間過模及定徑模全部采用聚晶模，使鋁單線定徑準(zhǔn)確、恒定，表面光潔度高。同時在周轉(zhuǎn)線盤內(nèi)側(cè)和筒體加貼橡皮襯墊，單線存放區(qū)域鋪設(shè)橡皮墊，線盤運(yùn)輸全部采用軌道車搬運(yùn)，有效保證了單線質(zhì)量。

3 絞制過程

1 000 mm2大截面導(dǎo)線對絞線表面光潔度、圓整度、均勻性、緊密度等要求非常高，我們采取以下措施加以控制。

3.1 鋼芯絞制裝置控制

采購電加熱法鍍鋅的鋼絲，絞制前檢查鍍鋅鋼線不得有接頭和堆鋅;放線盤張力調(diào)節(jié)均勻，防止蛇形;鎢鋼穿線模光滑無毛刺;機(jī)頭增裝預(yù)扭裝置，收線模后加裝調(diào)直裝置，依據(jù)鋼線機(jī)械性能、線股絞合情況，調(diào)整上下、左右調(diào)直導(dǎo)輪位置及力度，使絞后線股切斷后，能手持輕松復(fù)原。

3.2 鋁單線配盤

對每盤鋁線做強(qiáng)度試驗(yàn)，按試驗(yàn)值將合格且強(qiáng)度偏差不大于5 MPa的鋁線進(jìn)行編組配盤，集中上線，以保證鋁單線絞后強(qiáng)度偏差不大于20 MPa。

3.3 導(dǎo)線均勻性和緊密度的控制

導(dǎo)線均勻性、絞合緊密度，直接影響導(dǎo)線的電暈和電磁干擾性能，而控制的關(guān)鍵在于絞線機(jī)的張力控制是否均勻及各層節(jié)距比搭配是否合理。我們使用710框式絞線機(jī)，氣動控制張力，線盤制動力從鋁線滿盤到空盤，分段自動平滑調(diào)節(jié)，保證了導(dǎo)線絞合的均勻。各層節(jié)距比經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，確定了最佳方案，使導(dǎo)線絞合緊密。同時，為防止導(dǎo)線剪斷后散股，機(jī)頭加裝立柱式單線預(yù)扭裝置，均衡預(yù)扭單線，使單線張力一致，解決了成品導(dǎo)線松股、蛇形等問題。

3.4 導(dǎo)線表面光潔度的控制

導(dǎo)線的外表光滑度、圓整性，直接影響導(dǎo)線電暈性能。在絞制過程中，我們對所有鋁線經(jīng)過的位置，尤其是穿線孔、過線框、過線輪、并線模處，采用尼龍材料，避免擦傷;牽引輪表面用毛氈包裹;由于1 000 mm2大截面導(dǎo)線單盤總重達(dá)10 t，采用可拆卸式瓦楞鋼盤承裝，為避免收線導(dǎo)線與線盤間發(fā)生磨擦，在鋼線盤內(nèi)側(cè)及筒體上粘3 mm厚雙面膠，筒體上另裹發(fā)泡塑料膜或牛皮紙，鋼盤兩側(cè)外圓裹剖開的5 mm厚塑料管;收線時，導(dǎo)線匝間用牛皮紙隔墊。這些措施的實(shí)施，有效提高導(dǎo)線表面光潔度，使其擁有較強(qiáng)的抗電暈性。

3.5 壓?？刂?/h3>

壓模做到每盤更換，絞合中發(fā)現(xiàn)有過多磨損，立即更換，保證產(chǎn)品定徑準(zhǔn)確，外表光潔。

4 下線、搬運(yùn)及包裝環(huán)節(jié)

4.1 特制吊索具

為防止在線盤下線及搬運(yùn)環(huán)節(jié)，吊索具對線盤施以軸向力，使線盤產(chǎn)生應(yīng)力變形，從而給導(dǎo)線帶來擠壓等不利影響，我們精心設(shè)計(jì)了專用吊索具，使線盤兩側(cè)鋼絲繩垂直地面平行起吊，不對線盤邊圈產(chǎn)生應(yīng)力影響。

4.2 搬運(yùn)和倉儲

使用專用吊索具將整盤導(dǎo)線吊裝到專用軌道車上，運(yùn)輸至半封閉大棚下保存。

4.3 外包裝嚴(yán)格防護(hù)

在導(dǎo)線外圈裹一層鈣塑板和一層木簾包裝，有效防止導(dǎo)線受潮和發(fā)生磕碰傷。

5 結(jié)束語

通過上述各環(huán)節(jié)措施的控制實(shí)施，有力保障了1 000 mm2大截面導(dǎo)線的產(chǎn)品品質(zhì)，使其通過了國家權(quán)威機(jī)構(gòu)的嚴(yán)格檢測和電網(wǎng)帶電運(yùn)行的考驗(yàn)。

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