【正文】 第一篇：電力電纜制造工藝基本工藝流程電力電纜的制造包括許多工序，一般可分為四個主要方面：導(dǎo)體制造，包括1）拉絲 拉細單線到所需的直徑；2）絞合 把多根單線絞合到一起，有時需要再包帶；3）組合 在HV和EHV電纜制造中，把非圓形的股塊絞合成準圓形的結(jié)構(gòu)； 絕緣線芯制造，包括1）三層擠出：電纜絕緣線芯在這個過程中形成，包括內(nèi)半導(dǎo)電屏蔽層、絕緣層和外半導(dǎo)電屏蔽層；2）交聯(lián)：可在擠出后直接進行（過氧化物交聯(lián)），或者在擠出后采用單獨設(shè)備進行（濕法交聯(lián)）；3）除氣：通過離線加熱把過氧化物副產(chǎn)物去除，這通常是HV或EHV電纜的基本工序，但也是經(jīng)常用于中壓海底電纜；電纜護層制造，包括1）絕緣線芯包帶：在此過程中，把緩沖層、保護層和阻水層繞包到擠包的絕緣線芯上；2）中性線絞包：把銅線、銅帶或扁銅帶包繞在電纜上；3）金屬護層：施加金屬的防潮和保護層；4）護套：采用聚合物護套起到機械保護（對金屬箔的保護特別重要）和防腐蝕作用；5）裝鎧：采用高強度金屬構(gòu)件（鋼）來保護電纜，特別是海底電纜； 質(zhì)量控制，包括1）原材料的操作處理；2）例行試驗；3）抽樣試驗； 導(dǎo)體制造有些電纜制造采用直接用于屏蔽和絕緣加工的制成導(dǎo)體，或用銅桿或鋁桿，并將其拉絲到合適的直徑，然后絞合（扭結(jié)成一體）成電纜導(dǎo)體。那些拉絲絞合制造導(dǎo)體的電纜制造必須遵循基本但重要的工藝，以確保導(dǎo)體獲得合適的物理性能和電氣性能。由于拉絲工藝使金屬產(chǎn)生加工硬化，因此拉絲后的線材通常必須加熱以獲得適當?shù)奈锢硇阅?，這個工藝叫退火。退火可以通過感應(yīng)加熱過程實現(xiàn)。在這個過程中，通過感應(yīng)到絞線上的電流來產(chǎn)生熱量，并提高導(dǎo)體的溫度到正確的退火溫度。此外也可以把絞線放置到爐箱中實現(xiàn)退火。退火能同時影響絞線的物理和電氣性能，因此在退火過程中必須謹慎操作和監(jiān)控。必須進行定期的測試來確保絞線的特性符合規(guī)范的要求。絞合導(dǎo)體是通過扭絞多根單線完成的，有多種類型的扭絞（或絞合）型式。盡管絞合工藝相對容易完成，但必須仔細操作，以確保在絞合的過程中單線沒有損傷以及絞合系數(shù)（單位長度上絞繞的次數(shù)）正確。導(dǎo)體中的水分十分不受歡迎，因為水分會導(dǎo)致絕緣中生長水樹從而使電纜過早擊穿，也可導(dǎo)致電纜接頭過早擊穿。在制造、安裝或運行過程中可能使水進入導(dǎo)體，應(yīng)考慮使用阻水結(jié)構(gòu)的導(dǎo)體。絕緣線芯制造擠出絕緣電纜的生產(chǎn)線是一種高度精密的制造過程，運轉(zhuǎn)時必須嚴格控制，以確保最終的產(chǎn)品能夠可靠地運行多年。它包括許多前后密切銜接的了工藝。如果生產(chǎn)線上的任一部分有故障，就會導(dǎo)致生產(chǎn)出質(zhì)量差的電纜，并可能會產(chǎn)生出很多米的廢電纜。在導(dǎo)體屏蔽料、絕緣料和絕緣屏蔽料擠出到電纜導(dǎo)體上后，必須進行交聯(lián)。交聯(lián)（也稱為硫化）是一個化學(xué)反應(yīng)，它能提高這些標準的熱性能和機械性能，尤其是提高高溫下的強度和穩(wěn)定性。絕緣線芯制造工藝起始于絕緣和半導(dǎo)電材料的顆粒在擠出機內(nèi)熔融的時候。熔融是在加壓的情況下進行的，壓力把電纜料向十字機頭輸送，并在十字機頭內(nèi)形成電纜的各個層。在螺桿末端和十字機頭的頂部，應(yīng)放置用于過濾的濾網(wǎng)或過濾板。在擠出型電纜制造的早期，放置這些濾網(wǎng)或篩子是為了除去材料中的小顆粒，或者是熔融進程中產(chǎn)生的雜質(zhì)。雖然如今仍在應(yīng)用濾網(wǎng)，但由于現(xiàn)今材料較好的凈化特性，減小了材料對該類型濾網(wǎng)的需求。實際上，如果濾網(wǎng)太細的話，其本身就能以焦燒或預(yù)交聯(lián)的方式而產(chǎn)生雜質(zhì)。然而，適當尺寸（100－200μm孔徑）的過濾網(wǎng)用來幫助穩(wěn)定擠出機內(nèi)熔融的均勻度以及防止在材料處理過程中從外界混入大尺寸雜質(zhì)是很有益的。在擠出型電纜制造的早期，采用二次擠出工藝來生產(chǎn)電纜絕緣線芯。先同時擠出導(dǎo)體屏蔽和絕緣，然后交聯(lián)并繞到線盤上。經(jīng)過一段時間后，再擠出導(dǎo)體屏蔽和絕緣，這種工藝會在絕緣和絕緣屏蔽之間形成不規(guī)則并可能遭受污染的界面。在這個工藝中，絕緣屏蔽可能是不交聯(lián)的，因此電纜只有有限的熱學(xué)性能?，F(xiàn)在，有兩種制造工藝用來在一道工序中完成所有三層的擠出。第一種方法是1＋2三層擠出工藝，它是先擠出導(dǎo)體屏蔽，經(jīng)過較短的距離（通常是2m到5m）后，再在導(dǎo)體屏蔽上同時擠出絕緣和絕緣屏蔽。第二種方法是三層共擠工藝，它是將導(dǎo)體屏蔽、絕緣和絕緣屏蔽同時擠出。在這兩種方法中，絕緣屏蔽都是交聯(lián)的，因此電纜的高溫性能有很大改善。1＋2三層擠出在其首次被推行時是一個重要的發(fā)展。因為它能產(chǎn)生一個較為潔凈、均勻的絕緣和絕緣屏蔽界面。但是在這個工藝中，導(dǎo)體屏蔽從導(dǎo)體屏蔽擠出機到絕緣和絕緣屏蔽擠出機時，是暴露在空氣中的。如果不采取嚴格的措施保護導(dǎo)體屏蔽，那么導(dǎo)體屏蔽可能產(chǎn)生缺陷，降低電纜的壽命。正是基于這個原因，三層共擠工藝被認為是更好的工藝，因為在這個工藝中導(dǎo)體屏蔽在絕緣擠出前不會暴露在空氣中。三層共擠工藝能產(chǎn)生十分潔凈、均勻的導(dǎo)體屏蔽和絕緣界面。在實驗室對兩種不同工藝生產(chǎn)的電纜進行了加速壽命試驗。試驗結(jié)果表明，用1＋2工藝生產(chǎn)的電纜比三層共擠工藝有更高老化速率。在這個特定的試驗中，電纜樣品放置在水箱中，感應(yīng)到導(dǎo)體上的電流以提高導(dǎo)體溫度，在導(dǎo)體和絕緣屏蔽上施加較高的交流電壓。電纜在這些條件下老化規(guī)定的時間。到了規(guī)定的時間，把電纜取出并進行交流擊穿試驗。應(yīng)用1＋2或者三層共擠工藝生產(chǎn)出三層電纜絕緣后，沒有交聯(lián)的絕緣線芯直接進入硫化管。在這里有完全不同的硫化工藝。在過氧化物硫化過程中，電纜進入到一個高溫高壓的管道中。這個管道很長，以便有足夠的時間來完成交聯(lián)過程。盡管氮氣是較好的媒質(zhì)，因為熱蒸汽硫化會在絕緣中產(chǎn)生水分和大量的微孔，但管道內(nèi)可以采用蒸汽或者熱氮氣加壓。另一個重要的易被忽略的步驟是應(yīng)充分冷卻交聯(lián)好的絕緣線芯，確保外部絕緣和導(dǎo)體的溫度降低到可以離開硫化管的溫度。當電纜線芯引出硫化管時，絕緣線芯應(yīng)是按照正確的制造規(guī)范和標準已進行了充分的交聯(lián)和冷卻。采用濕法交聯(lián)工藝，擠出機后面的管道的長度需要保證熱塑性絕緣線芯充分冷卻，以免導(dǎo)體上的絕緣偏芯（下垂）。實際的交聯(lián)或硫化過程是在擠出后離線進行的。在所有擠出工藝中，經(jīng)常采用X射線或超聲波技術(shù)來檢查電纜同心度和進行缺陷定位，如內(nèi)導(dǎo)電（導(dǎo)體屏蔽）缺陷。在其他層后續(xù)加工前找出重大缺陷很重要。 擠出－過氧化物硫化過氧化物硫化電纜的3種基本的電纜絕緣線芯擠出和硫化過程：CCV－懸鏈式連續(xù)硫化VCV－立式連續(xù)硫化MDCV－Mitsubishi Dainichi連續(xù)硫化，也叫長承模連續(xù)硫化 懸鏈式連續(xù)硫化（CCV）CCV技術(shù)中，硫化布置成了懸鏈狀，當它懸吊在兩點之間時，象一概弦線。導(dǎo)體在饋送方式與VCV相同，都是從放線架進入到儲線器。這樣可以保證在連續(xù)擠出工藝不停止的情況下，當舊的線盤用完能夠換一個新的導(dǎo)體線盤到放線架上。儲線器也為兩個導(dǎo)體的焊接提供了時間。通過嚴格地控制電纜張力來保持電纜處在硫化管的中心位置。使用先進的自動控制系統(tǒng)，做到這點已經(jīng)變得較為容易。還注意確保不讓已經(jīng)融化但未交聯(lián)的塑料聚合物在重力的作用下從導(dǎo)體上滴落或垂落，這個效應(yīng)一般叫做“下垂”。下垂效應(yīng)隨著絕緣厚度與導(dǎo)體尺寸的比率嗇而趨于增強。一些工藝，包括使用特殊的低融流指數(shù)聚合物、旋轉(zhuǎn)電纜、絕緣表面急冷等，可以有效地減少絕緣的下垂效應(yīng)。對于大截面電纜（重電纜），還存在另一個問題。就是施加一個很大的拉力（必須保證電纜在管中心）以及張力的控制變得困難。這實際上限制了導(dǎo)體截面要小于1400~1600mm2。CCV線上可以生產(chǎn)絕緣厚度最大為25mm的電纜。懸鏈線的管子長度是可變的，但總長度均在160m左右。管內(nèi)的硫化媒質(zhì)是加壓蒸汽或高溫高壓的氮氣。冷卻可由水或者冷卻的氮氣來完成。CCV線主要用來生產(chǎn)MV和HV電纜。立式連續(xù)硫化（VCV）VCV技術(shù)中，硫化管是垂直導(dǎo)向的。通過控制電纜的張力維持電纜在管的中心位置。導(dǎo)體的饋送方式與CCV相似。將導(dǎo)體牽引到機塔頂端，該塔高度可達100m，位于一個巨大的牽引輪的正上方，然后導(dǎo)體經(jīng)由預(yù)熱器進入到三層擠出機頭。通過高溫氮氣加熱電纜來完成硫化。氣體加壓是保證過氧化物的分解物不產(chǎn)生充氣的微孔。VCV技術(shù)中交聯(lián)管道是垂直布置的，從而確保了導(dǎo)體和絕緣線芯的同心度。在生產(chǎn)大截面（＞1600mm2）導(dǎo)體電纜時，VCV技術(shù)非常有效，因為在保持張力方面，不會面臨和CCV技術(shù)那樣的困難。VCV線可以用來生產(chǎn)絕緣厚度最大約35mm的電纜。與CCV技術(shù)相比，VCV技術(shù)不會遭受由于重力的影響而使聚合物產(chǎn)生低垂或從導(dǎo)體滴落的結(jié)果。然而，由于昂貴的立式建設(shè)成本，VCV線要短于CCV線。VCV線一般為80~100m，而CCV線一般為140~200m。由于同樣的電纜需要相同的硫化時間，CCV線生產(chǎn)速度較快。VCV線通常只用于HV和EHV電纜。同CCV生產(chǎn)線一樣，VCV線的硫化媒質(zhì)也使用高溫高壓的氮氣。但是生產(chǎn)HV電纜時，由于蒸汽硫化會導(dǎo)致絕緣中產(chǎn)生水分和大量的微孔，所以氮氣是首選的媒質(zhì)。長承模連續(xù)硫化（MDCV）在MDCV工藝中，硫化管是在擠出機后水平布置的。與CCV和VCV線不同的是，硫化管中不需要使用氮氣來加熱和硫化電纜。MDCV工藝要求模具的外徑等于電纜外徑，因此電纜可以充滿管道和模具。把聚合物加熱到熔融態(tài)以及以及進行交聯(lián)時，產(chǎn)生的熱膨脹造成的壓力阻止了微孔的生成。與CCV工藝相比，由于電纜被模具全部封套，MDCV工藝沒有下垂的問題。但是，在聚合物熔融而沒有交聯(lián)時，保證導(dǎo)體中心位置非常重要。中心位置的保持，可以通過對一短段電纜施加很大的張力，使電纜處于真正的水平位置而達到。這也降低了對長冷卻管的需求。也可以使用特殊的高粘度聚合物。這些特殊的方法通常用于1000mm2以上的導(dǎo)體。MDCV僅用于生產(chǎn)HV和EHV電纜。 擠出－濕法交聯(lián)工藝在濕法交聯(lián)工藝中，采用同CCV生產(chǎn)線上把經(jīng)過硫化的過氧化物混合物擠出到導(dǎo)體上的相似方法，把絕緣線芯的混合物擠出到導(dǎo)體上，但不用隨后通過高溫高壓的硫化物。與之相反，擠出后立即用水冷卻電纜。把電纜卷繞到線盤上后，放入到較高溫度（約70~75℃）和溫度的房間或者水浴中來完成交聯(lián)。濕法交聯(lián)只有在不存在以及有合適的催化劑的條件下才能發(fā)生，因此它完全沒有過氧化物交聯(lián)工藝的熱激發(fā)的預(yù)硫化等情況出現(xiàn)。過氧化物交聯(lián)工藝中，擠出停車和過于精細的濾網(wǎng)都會導(dǎo)致焦燒。特別是用硅烷作為交聯(lián)劑的聚合物。在電力電纜制造中，濕法交聯(lián)的擠出機更適合使用濾網(wǎng)（100~200μm孔徑）,而且適應(yīng)于停車時沒有過氧化物那種材料焦燒的危險。 硫化－概述在過氧化物硫化工藝中，通過在鋼質(zhì)的硫化管內(nèi)施加循環(huán)的高溫、高壓、通常是干燥的氮氣來產(chǎn)生熱和壓力。氮氣的溫度量級為300℃到450℃，壓力是10kg/cm2。高溫導(dǎo)致了過氧化物反應(yīng)形成交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在60m之后，表面溫度迅速降低到接近室溫，但是導(dǎo)體溫度的下降十分緩慢。高壓促使交聯(lián)過程中釋放的氣體保留在熔融態(tài)聚合物中，從而避免了產(chǎn)生微孔。這些微孔能產(chǎn)生局部放電以及使電纜絕緣性能快速下降。在絕緣完全固化離開CV硫化管前，都必須保持壓力。濕法交聯(lián)和過氧化物交聯(lián)工藝各有利弊。過氧化物交聯(lián)需要高且長的廠房來安置交聯(lián)線，還需要配備氣體加熱和壓力設(shè)備。使用濕法交聯(lián)生產(chǎn)電纜制造成本相對較低，因為廠房成本和能耗較低。對于生產(chǎn)多種不同規(guī)格短段電纜廠來說，濕法交聯(lián)工藝生產(chǎn)線相對較短的長度是一個特別的優(yōu)點，因為在從一種規(guī)格到另一種規(guī)格的轉(zhuǎn)變過程中，所產(chǎn)生的廢料最少。過氧化物交聯(lián)工藝使用的半導(dǎo)電材料不能用于濕法交聯(lián)工藝，因為存在過氧化物交聯(lián)劑。用于濕法交聯(lián)的半導(dǎo)電料必須小心制造，導(dǎo)電碳黑須仔細選擇，以確保良好的加工和交聯(lián)。對于濕法交聯(lián)的電纜，可剝離和粘結(jié)型絕緣屏蔽都是可行的。濕法交聯(lián)工藝與過氧化物交聯(lián)工藝相比的另一個可能缺點，是瞬時生產(chǎn)量低。因為在高溫度房間內(nèi)，所需停留的時間將導(dǎo)致工藝中嗇很多工作，降低整個制造過程的速度。但是，它能夠避免焦燒以及在生產(chǎn)中快速改變電纜規(guī)格等諸多優(yōu)點會彌補上述不足。電纜絕緣厚度的增加會大大增加交聯(lián)時間。在給定條件下的交聯(lián)時間是絕緣厚度平方的函數(shù)。濕法交聯(lián)完成之后，電纜絕緣層通常會存在非常少量的水分（10~120ppm）。與CCV生產(chǎn)線上使用高壓蒸汽交聯(lián)中產(chǎn)生的極大量水分（1000到5000ppm）相比，這是有趣的。冷卻在過氧化物