大截面鋼芯鋁絞線的研制

李金鎖（天津冶金集團中興盛達鋼業(yè)有限公司，天津301616）

大截面鋼芯鋁絞線的研制

李金鎖
（天津冶金集團中興盛達鋼業(yè)有限公司，天津301616）

[摘要]介紹了超高壓、特高壓輸電線路用“JL/G1A- 1400/135- 84/19”大截面鋼芯鋁絞線生產工藝流程，主要原材料選擇A8型號的鋁桿，利用七道次拉拔，總壓縮率達到了77.56%，鋼芯用鍍鋅鋼絲上鋅量達到了262 g/m2，扭轉次數22~24，抗拉強度達到1 486 MPa，絞線的截面積達到了1 400 mm2。經檢測，研制出的鋼芯鋁絞線各項力學性能、結構尺寸、電阻率等指標均達到了研制目標要求。

[關鍵詞]大截面；鋼芯鋁絞線；架空導線；輸電線路；特高壓

1　引言

在電力事業(yè)飛速發(fā)展的今天，建設500 kV及以上超、特高電壓等級的輸電網和線路，成為了我國“十二五”及更長一段時期電力傳輸線路建設的重點工程。發(fā)展超、特高壓輸電線路是實現大煤電、大水電、大核電、大型可再生能源集約化開發(fā)和電力高效送出的基礎保障，是優(yōu)化電力結構、提高效率、促進電力工業(yè)節(jié)能減排的重要舉措。

本文介紹了為國家電網超、特高壓輸電線路所開發(fā)研制的“JL/G1A-1400/135-84/19”大截面鋼芯鋁絞線，并重點圍繞大截面導線結構的設計以及從原材料到成品的整個制造過程進行論述。

2　研制背景

近年來，國家電網超、特高壓輸電線路的快速發(fā)展促進了國家輸變電技術的提高，新型輸電技術得到推廣應用。為滿足大功率輸送電能的需要，采用了大截面導線輸電技術。大截面導線輸電技術是指超過經濟電流密度所控制的常規(guī)的最小截面導線（例如220 kV，300 mm2；500 kV，4×300 mm2），而采用較大截面的導線（如500 kV，4×500 mm2，4× 630 mm2、4×800 mm2），以成倍提高線路的輸送能力。輸電線路中適當增大導線截面積，具有有效降低輸電線損，節(jié)約導線用量，減少電力工程投資、降低運營成本等優(yōu)點，其將會逐步成為輸電導線的主流優(yōu)質線種，市場開發(fā)前景巨大。

在此行業(yè)背景下，我公司率先開發(fā)研制了“JL/ G1A-1400/135-84/19”大截面鋼芯鋁絞線，并以產品性能達到并超過國家標準GB/T1179—2008《圓線同心絞架空導線》作為研制目標。

3　研制過程

3.1研制依據

以國家標準GB/T1179—2008《圓線同心絞架空導線》作為導線、以GB/T17048—2009《架空絞線

用硬鋁線》作為鋁單線、以GB/T3428—2002《架空絞線用鍍鋅鋼線》作為鍍鋅鋼線的研制依據，憑借長期生產輸電導線產品積累的成熟技術和經驗，分別制定嚴于相應標準要求的研制目標。

3.2大截面鋼芯鋁絞線結構和尺寸的設計

本文研制的“JL/G1A-1400/135-（84/4.50+19/ 2.70）”大截面鋼芯鋁絞線，鋼芯部分為1×19結構鍍鋅鋼絞線（由19根覬2.70 mm鍍鋅鋼線捻制而成）；外層采用12+18+24+30（共84根覬4.50 mm鋁單線）四層包覆，見圖1。

設計鋼芯鋁絞線標稱截面積為1 400/135，鋁面積為1 400 mm2，與國家標準GB/T1179-2008《圓線同心絞架空導線》中同類產品最大鋁面積1 250 mm2相比，截面積增加12%；鋼面積為135 mm2，與標準中同類產品最大鋼面積100 mm2相比，截面積增加35%；達到國內先進水平。

圖1　 JL/GIA- 1400/135- 84/19大截面鋼芯鋁絞線結構示意圖

3.3工藝流程（見圖2）

圖2　工藝流程圖

3.4原材料鋁桿的選擇

在原材料鋁桿的選擇上，一是考慮1 400/135鋼芯鋁絞線直徑大，導線的承載力高，設計主要采用大直徑的鋁單線，A8較常用A6鋁桿的抗拉強度要高出20 MPa，因此優(yōu)先選擇A8型號的鋁桿；二是依據實際經驗，鋁桿鋁含量≥99.6%時，總壓縮率選在70%～95%，平均壓縮率選在19%~25%范圍內，可使鋁線獲得較高的抗拉強度和導電性，因此確定選用覬9.50 mm鋁桿；三是考慮鋁桿進行拉拔后，鋁單線的抗拉強度偏差要求控制在20 MPa之內，以確保成品鋼芯鋁絞線具有良好的均勻一致性，因此確定鋁桿的初始強度要符合≥125 MPa的相近強度級別；四是鋁桿斷后伸長率≥6%，電阻率≤28.01 Ω，確保經過拉拔后的鋁單線的性能滿足GB/T17048—2009《架空絞線用硬鋁線》的相應要求。

3.5鋁單線拉拔工藝的研制

選用A8覬9.50 mm鋁桿拉制覬4.50 mm鋁單線，其半成品性能滿足國家標準GB/T17048-2009《架空絞線用硬鋁線》指標的要求。

3.5.1設計拉拔工藝

鋁線拉拔是鋼芯鋁絞線生產的關鍵工序，拉拔過程既要使鋁線合理減徑，又要保證產品具有良好的綜合性能。設計采用七道次拉拔，拉拔工藝見表1。

表1　 JL/G1A- 1400/135- 84/19用鋁線拉拔工藝

3.5.2細化控制拉拔工藝過程

選用A8覬9.50mm抗拉強度≥125 MPa的相近強度級別的鋁桿，以確保成品鋼芯鋁絞線具有良好的均勻一致性。

使用LHD450/13型高速鋁拉絲機，采用聚晶鉆石拉絲模，成品模具有恒速旋轉功能，可使拉伸應力降低幾十倍，使拉制的鋁單線具有圓整性好的工藝效果。

采用含水量低，鋁屑容易沉淀、抗腐蝕性、潤滑性、流動性和抗氧化性良好的高速鋁拉絲潤滑油，在拉拔過程中起到潤滑、冷卻、清洗等作用；控制潤滑油的循環(huán)冷卻系統(tǒng),及時清理，確保鋁線拉拔后的外觀質量。

在保證潤滑充分和良好的冷卻效果的條件下，依據出線溫度（控制低于80℃以下），確定合理的拉拔速度為10 m/s。

通過以上工藝過程的控制，使獲得的鋁單線具有以下性能優(yōu)勢，其性能見表2。

表2　 JL/G1A- 1400/135- 84/19用鋁單線檢驗數據

拉拔后鋁單線的實際直徑控制在4.50~4.53 mm，嚴于國家標準公差為+1%d的控制范圍，偏下線的直徑控制，使導線各層之間的鋁線排列間隙較小，可使導線絞層相對緊密。

拉拔后鋁單線的實際抗拉強度均值為176 MPa，超過國家標準≥160 MPa指標要求，抗拉強度范圍在170～190 MPa，滿足強度偏差控制在20 MPa之內的工藝要求?？刂坪娩X單線的抗拉強度及均勻性有利于保證鋼芯鋁絞線的質量，在符合標準要求的前提下，合理控制鋁單線的強度，避免鋁單線因強度過大，在絞合過程中產生的內應力大，造成絞制過程中出現斷線。同時鋁單線強度均勻也可保證鋼芯鋁絞線的外觀圓整，避免測試直流電阻時出現偏大的假象。

3.5.3鋁單線靜置

鋁單線在生產下線以后，必須靜止放置足夠

24 h上機絞合，確保每盤鋁單線的溫度一致，避免由于絞制時鋁單線的熱脹冷縮而產生內應力，形成蛇形，影響成品鋼芯鋁絞線的光潔度。

3.5.4定尺拉絲

鋼芯鋁絞線生產時，要求外層鋁線不得有焊接，以確保導線的表面光潔和強度，內層焊接要嚴格控制接頭數，因此要求定尺拉絲，并考慮鋁單線每層絞合的節(jié)徑比不同，應計算出準確的定尺長度，避免因長度不足造成的人為焊接。

為保證焊接強度，不能使用熱熔焊，內層鋁線要采用冷壓焊接，經過實際檢測，鋁單線接頭強度達到167 MPa，滿足GB/T1179—2008《圓線同心絞架空導線》規(guī)定的焊接接頭強度大于130 MPa的指標要求，保證了導線的整體強度。

3.6鍍鋅鋼絞線的研制

鋼芯鋁絞線中有鋼和鋁雙金屬存在，鋁表面有致密的氧化膜，一般情況下不易腐蝕，若鋁與鋼直接接觸，鋼會先于鋁腐蝕。鋼絲表面鍍鋅后，鋅先于鋼腐蝕，使鋼不受腐蝕。因此，鍍鋅鋼絲的鋅層質量對鋼芯鋁絞線的防腐性能是極其重要的，鋼芯鋁絞線的使用壽命也取決于鍍鋅鋼絞線的使用壽命。

“JL/G1A-1400/135-84/4.50+19/2.70”大截面鋼芯鋁絞線，鋼芯部分的鍍鋅鋼絞線為1×19結構，由19根鍍鋅鋼絲經過捻制而成。

生產中選用65#覬6.5 mm盤條經拉拔和鍍鋅處理后獲得2.70 mm鍍鋅鋼絲，控制鍍鋅鋼絲直徑為（2.70±0.03）mm，嚴于（2.70±0.04）mm的標準要求。鋅層重量滿足GB/T3428-2002《架空絞線用鍍鋅鋼線》中鋅層最小重量為230 g/m2的控制要求，且標準差控制在10 g/m2范圍內。設計鍍鋅鋼絲抗拉強度≥1 400 MPa，超過標準值≥1 310 MPa要求；鍍鋅鋼絲1%伸長應力≥1 200 MPa，超過標準值≥1 140 MPa要求；扭轉次數滿足標準值≥16次，伸長率達到≥3.0%的研制目標要求。

通過優(yōu)化鍍鋅工藝，控制抹拭電流、氮氣流量和溫度，獲得的鍍鋅鋼絲鋅層牢固、均勻，表面平整光潔，鋼絲直徑均值為2.69 mm，鋅層重量均值為259 g/m2，實際抗拉強度均值達到1 486 MPa，1%伸長應力均值達到1 220 MPa，扭轉次數為22~24次，伸長率均值為5.4%，各項性能均達到并超過研制目標的要求，確保了大截面導線的承載力和抗腐蝕性能。

按照GB/T1179—2008《圓線同心絞架空導線》標準規(guī)定，在捻制過程中，鍍鋅鋼絲均不應有任何接頭，生產中計算定尺長度，滿足鋼絞線無電接頭捻制。鋼絞線內鋼絲(含中心鋼絲)選擇同一直徑偏差組距、同一強度組距、同一鋅層級別的鍍鋅鋼絲，確保捻制后鋼絞線具有均勻一致性。

3.7絞合工藝的研制

3.7.1鋁單線靜置配盤

“JL/G1A-1400/135-84/4.50+19/2.70”大截面鋼芯鋁絞線，選用靜置24 h的鋁單線，并按照強度進行配盤，控制強度偏差范圍在20 MPa之內，確保鋁單線強度均勻，避免84根鋁單線絞合時出現斷裂。

3.7.2生產設備的選用

生產設備采用84盤四段框式絞線機，84根鋁線與鍍鋅鋼絞線一次絞制而成。該設備具有世界先進水平，配有良好的預扭裝置和鋁單線張力調整裝置，采用整體上下線盤，氣動張力控制，并有自動張力調節(jié)機構可保持張力的穩(wěn)定，使其在滿盤和淺盤時張力不發(fā)生變化。采用地軸聯(lián)動，保證絞線節(jié)距的精確、穩(wěn)定。全新的全數字直流調速系統(tǒng)控制直流電機的啟動和運行速度，電控系統(tǒng)技術先進，運行可靠。

3.7.3導線節(jié)距的設計

為確保四層包覆絞合后尺寸精度達到標準規(guī)定，不松散，平直度好，需要合理地設計導線的節(jié)距。依據84盤四段框式絞線機的設備規(guī)范，確定每段絞籠轉速。同心絞合，確保任何層的節(jié)徑比不大于緊鄰內層的節(jié)徑比，相鄰層的絞向相反，最外層絞向為“右”向。設計1 400/135鋼芯鋁絞線的絞合工藝，經過絞合試制，絞線排線整齊，絞合節(jié)距均勻緊密，表面光潔，取得了良好的效果，工藝參數見表3。

表3　 1 400/135鋼芯鋁絞線的絞合工藝參數

3.7.4導線的預成形和壓?？刂?/p>

框絞機設備上設計了預扭裝置，給以鋁單線預扭變形，使絞合后的鋁單線緊密不易松散，消除施工中絞線切斷后的散股現象。在絞制時使用并線模，調整每層合適的壓模尺寸，保證鋁絞線的緊密度，防止鋁單線的跳股。通過反復調試研制，確定了導線預扭和壓模的工藝參數，見表4。

4　成品性能

研制的“大截面鋼芯鋁絞線”經檢、試驗，絞合后導線均勻緊密，表面光潔，排線整齊，不松散。采用電磁抹拭技術，獲得的鍍鋅層厚度均勻、牢固、光滑，大大提高了鋅層厚度的可控性和產品的耐腐蝕性能；鋁單線抗拉強度達到176 MPa，強度偏差控制在20 MPa以內，導線拉斷力能夠達到336 kN，充分滿足超、特高壓輸電線路或國家重點輸電線路中對導線的性能要求。

成品導線各項力學性能均達到并超過GB/ T1179—2008《圓線同心絞架空導線》國家標準的要求，試驗數據見表4。

表4　 JL/G1A- 400/135- 84/19鋼芯鋁絞線檢驗數據

5　結論

大截面導線在制造工藝方面較普通導線更為嚴格。研制過程中，對鋁單線抗拉強度及不均勻度的控制和對絞制過程中預扭程度的調整，都是大截

面導線制造過程中的關鍵技術。通過科學、嚴謹地設計工藝方案，依靠先進的生產裝備，實現了大截面鋼芯鋁絞線的各項研制目標。

研制的“JL/G1A-1400/135-84/19”鋼芯鋁絞線，最大截面為1400 mm2，與國家標準GB/T1179—2008《圓線同心絞架空導線》中同類產品最大導線面積1 250 mm2相比，導線截面積增加12%，達到國內領先水平。

今后，隨著國家標準GB/T1179中更多導線型號的不斷補充以及與大截面導線配套裝備的不斷完善，大截面導線將會成為國家輸電線路導線中的主流線種，更大截面的導線品種也將會逐步被開發(fā)研制成功。

參考文獻

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Research and Development of Steel Cored Aluminum Strand with Large Section

LI Jin-suo
(Tianjin Metallurgy Group Zhongxing Shengda Steel Industry Co., Ltd., Tianjin 301616, China)

AbstractThe paper introduces the production process flow of JL/G1A -1400/135 -84/19 steel cored aluminum strand used for ultrahigh voltage power transmission line. Main material: A8 aluminum rod; drawing passes: 7; total reduction rate: 77.56%; zinc on galvanized steel wire for steel core: up to 262 g/m2; turning number: 22~24; tensile strength: 1 486 MPa; strand section: 1 400 mm2. Inspection showed that all indices of the developed steel cored aluminum strand such as mechanical properties, structure size and resistivity fulfill the goal of research and development.

Key wordslarge section; steel cored aluminum strand; overhead conductor; power transmission line; ultrahigh voltage

作者簡介：李金鎖（1958—），男，碩士，高級工程師，主要從事金屬壓力加工方面的研究工作。

收稿日期：2014- 12- 10修回日期：2014- 12- 25

doi：10.3969/j.issn.1006-110X.2015.02.006