大截面特高壓鋼芯鋁絞線質量控制

顧坤林

(遠東電纜有限公司，江蘇宜興214257)

0 引言

隨著國民經濟的高速發展，我國的用電負荷急劇攀升。大截面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、無線電干擾和可聽噪聲等，并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，國家電網公司的750 kV蘭州東—白銀輸電線路工程、1 000 kV晉東南—南陽—荊門特高壓交流試驗示范工程、向家壩—上海±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—蘇南±800 kV特高壓直流輸電線路900mm2大截面導線線路工程、寧東—山東±660 kV直流輸電線路1 000mm2大截面導線線路工程。為了滿足國家電網建設，就必須提供大量的優質大截面鋼芯鋁絞線。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制，以保證鋼芯鋁絞線外觀質量和內在質量符合技術規范要求。

1 原材料的控制

1.1 鋁錠

鋁錠是生產大截面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含量不大于0.08%，Fe含量不大于0.20%，Cu含量不大于0.005%，其它金屬總含量不大于0.015%。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，化學成分變化范圍小，后道工序控制方便，產品質量相對穩定。

1.2 鍍鋅鋼絞線

鍍鋅鋼絞線主要由鍍鋅鋼絲經過絞制而成。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制的硬化率匹配。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并提供報告。鋼芯鋁絞線中有鋼和鋁雙金屬存在，鋁電極電位－1.66 V，鋅電極電位－0.763 V，鋼電極電位－0.44 V。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于鍍鋅鋼絞線的壽命。

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，熔化的鋅缸表面覆蓋隔離物，以減少鋅熔化液的氧化，在鍍鋅鋼絲出缸后其表面再用小火焰補充加熱，這樣鍍層表面光滑均勻，減少鋅瘤的產生。鋼絞線絞制過程中，應保證結構尺寸符合要求，不得有跳股、松股、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，減少松股和蛇形現象。

以向家壩—上海±800 kV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1為ACSR-720/50鍍鋅鋼絞線檢測項目，抽樣比例為每盤檢測。

表1 ACSR-720/50用鍍鋅鋼絞線檢測項目

2 鋁桿質量控制

2.1 爐前鋁液成分控制

根據鋁錠的化學成分，配入其他相應的合金，嚴格控制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Fe、Si含量增加，鋁桿的電阻率將增加，抗拉強度提高，延伸率下降。如果Fe、Si含量降低，抗拉強度將下降，延伸率提高，因此要嚴格控制其含量。通常，鋁液化學成分Si不大于0.08%，Fe(w)/Si(w)=1.5～2.0。如果遇到Si大于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，使鋁桿產生開裂傾向。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，以利于除氣除渣，精煉后要保溫靜置40～60 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。

2.2 爐溫控制

在鑄造過程中，嚴格控制鑄造溫度、鑄造速度、冷卻條件三要素，鋁液出爐溫度一般控制在730～740℃，澆鑄溫度700～710℃，鑄錠坯料溫度入軋前控制在480～520℃，出軋后溫度控制在260～300℃，軋機的乳化液進口溫度控制在45℃以下，澆鑄速度0.18～0.22 m/s，冷卻水壓力控制在0.2～0.3 MPa，冷卻水溫度不高于40℃。

2.3 鑄鋁控制

鋁液澆注前增加過濾裝置，即在過濾包中安放兩道陶瓷過濾板，一道水平放置，一道豎直安放。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，減少鋁液的紊流與湍流，保持流槽與中間包內鋁液表面的氧化膜不破裂，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。澆注系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污染。

2.4 連軋控制

連續熱軋制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。在軋制中連軋機的軋制速度、軋制溫度、工藝潤滑是保證鋁桿質量的三大要素。軋制時要根據鑄坯情況，及時合理調整軋制參數，以保證鋁桿質量。軋制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，出現高溫脆裂和軋輥粘鋁，鋁桿表面有疤痕;軋制溫度過低，坯料變形難，易造成堵桿。根據實際情況，鑄錠坯料溫度入軋前控制在480～520℃為宜。軋制速度直接影響鋁桿的生產效率和機械性能。在鋁桿的化學成分與生產冷卻條件不變的情況下，軋制速度高時熱效應大，會出現熱脆現象、鋁桿抗拉強度降低及軋件易拉斷;軋制速度低時鋁桿抗拉強度提高，但軋制效果不佳。一般入軋速度控制在0.18～0.22 m/s，終軋速度控制在6 m/s左右。

2.5 鋁桿成圈

鋁桿成圈后通常是自然冷卻，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，鋁桿會受到退火效應，產生強度的下降，導致一捆鋁桿內圈和外圈抗拉強度相差較大。大截面特高壓鋼芯鋁絞線鋁絲的強度偏差要求不得大于20 MPa，同一根鋁絲上各處的強度偏差不大于15 MPa，冷卻后半成品鋁桿強度偏差控制在10 MPa以內，確保成品鋼芯鋁絞線強度有較好的一致性和統調性。為了解決這一問題，夏季宜采用鼓風機強迫冷卻，縮小每捆鋁桿內外層的強度偏差。

3 拉絲過程控制

3.1 設備和模具選用

使用13模高速滑動式拉絲機拉制鋁線。選用的鋁桿抗拉強度要大于鋁桿的拉伸應力，應有較高的拉絲安全系數。滑動式連續拉絲機相對前滑動系數大于1，能自動調節張力保持不斷線。鋁線在鼓輪上一般繞3～4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。由成品絲徑和鋁桿直徑計算總延伸系數，計算拉伸道次后再計算每道的速比。由總速比再計算出總的相對前滑系數，根據總相對前滑系數計算平均前滑系數，再對各道前滑系數進行合理分配的確認，然后計算出各道的延伸系數，再計算各道絲徑及確認模具的孔徑。

3.2 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，由于鋁線拉制過程中的滑動，發熱量大，潤滑劑的作用顯得特別重要。采用優質礦物油為基質的潤滑油適合高速鋁拉機生產大截面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，金屬鋁屑又能沉淀。礦物質潤滑油循環冷卻較果好，一般控制油溫在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霉變色，提高導線的外觀質量。

3.3 拉絲強度控制

大截面特高壓鋼芯鋁絞線鋁線的強度偏差要求不得大于20 MPa，同一根鋁線上各處的強度偏差不大于15 MPa，冷卻后對每捆半成品鋁桿檢測，強度偏差控制在10 MPa以內。鋁桿直徑的選擇很重要， 9.5mm的鋁桿拉制 3.99mm及以上的鋁線時，由于拉制模具道數少，鋁線硬化率低，達不到鋁線抗拉強度要求，即使提高鋁桿的強度，鋁線的抗拉強度合格率也很低。使用 12mm的鋁桿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，使鋁桿的強度控制容易，拉制的鋁線抗拉強度、伸長率、卷繞和電阻率合格率均很高。

3.4 拉絲長度控制

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，并且要嚴格控制內層焊接的個數。要確保沒有人為焊接，就必須定長拉絲。由于外層、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，外層最長，其余各層逐步縮短。通常要確保成品鋼芯鋁絞線生產結束后，盤具鋁線剩余20 m左右。因此，每層鋁線單獨拉制并用不同顏色的流轉卡標識，便于現場管理和下道工序區分。拉制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。

3.5 鋁單線定置管理

拉制后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，則由于絞制后鋁單線的熱脹冷縮作用，鋁線會產生內應力并形成蛇形，影響成品鋼芯鋁絞線的光潔度;同時，因鋁單線受力后延伸不均勻，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。嚴禁用帶油污的手推線盤或用腳滾動線盤。

3.6 鋁單線檢測項目

以1 000 kV晉東南—南陽—荊門特高壓交流試驗示范工程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。

表2 JL/G1A-500/35-45/7鋁單線檢測項目

4 絞制過程控制

4.1 鋁單線靜止配盤

以JL/G3A-900/40-72/7鋼芯鋁絞線為例，鋁單線靜止停放24 h，每盤溫度基本一致后，根據每盤鋁單線的強度進行配盤，鋁單線的強度≥168 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。

4.2 絞制前設備檢查

大截面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、張力控制、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JLK 630/12+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;檢查脈沖斷線停車裝置，要求任意一個線盤斷線或線用完時，整機能及時自動緊停并剎車，防止斷線后不易發現。

4.3 穿線和鋁單線線盤張力控制

絞線前必須檢查絞線機上的穿線管，若有松動應及時緊固，并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，否則油污和鋁屑積累在穿線管和過線輪上，會擦傷和壓傷鋁單線表面。檢查框絞機每盤放線張力;檢查機械摩擦控制或氣動張力控制情況，確保張力恒定。使用四段式JLK 630/12+18+24+30框絞機，每段線盤為12、18、24、30 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，否則會造成絞制時受力不均勻，會產生絞線蛇形。

4.4 過線輪和預成形裝置調節

為了減少絞制后鋁單線的內應力，導線在施工過程中不易松散，方便施工，框絞機要使用鋁單線預扭裝置，使鋁單線進入并線模前呈“S”形走向，給以預扭變形，使絞合后的鋁單線緊密不易松散，消除了施工中絞線切斷后的散股現象。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后的內應力。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。

4.5 絞線壓模和節距控制

框絞機絞制時要使用并線模，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，絞制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、磨損導線表面。絞制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，否則并線模孔徑過大，絞制的鋁絞線緊密度不夠;同時，還會造成鋁單線跳股。

根據設備規范正確選取牽引速度，調節每段的絞籠的轉速，每層的絞合節徑比應符合技術規范要求。同心絞合，任何層的節徑比應不大于緊鄰內層的節徑比，相鄰層的絞向相反，最外層絞向應為“右向”。當絞合節距確定后，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后不會出現退扭和旋轉。

4.6 牽引輪與收線張力控制

為了防止鋼芯鋁絞線表面與鋼質牽引輪擦傷，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，太松會導致絞線打滑扭曲，太緊會壓傷導線。

4.7 冷壓焊接

大截面特高壓鋼芯鋁絞線外層不得焊接，內層必須符合GB/T 1179—2008圓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只能達到70～80 MPa，這是由于熱焊接頭附近300mm范圍內鋁單線有退火現象，強度大幅下降，并有延伸性，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。對于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于15 m。標準要求冷壓焊接接頭強度≥130 MPa，一般冷壓焊接頭強度可達170 MPa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。焊接后的接頭處應用細砂紙打磨平整，電阻應符合要求。

4.8 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。

4.9 鋼芯鋁絞線長度精確度控制

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只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。而且鋼芯鋁絞線截面越大，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。

表3 JL/G3A-900/40鋼芯鋁絞線檢測項目

4.10 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，再用管卡扎緊，在截取導體端頭時，應留6根鋁單線用于固定導體線頭用，端頭伸出側邊孔外約100mm，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，再用管卡扎緊，端頭留6根鋁單線用于固定導體線頭用，導體線頭固定在側邊板上，固定牢固。

4.11 絞制過程檢測項目

以JL/G3A-900/40-72/7鋼芯鋁絞線為例，絞制時，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。

5 成品檢驗

5.1 成品質量要求

生產的成品鋼芯鋁絞線必須按不少于10%抽樣比例檢測，各項指標符合要求才能入庫，表3為JL/G3A-900/40鋼芯鋁絞線成品檢測項目，同時，還要對成品鋼芯鋁絞線的絞合松散度進行檢查，要求切斷時，各線端應保持在原位或容易用手復位;對成品鋼芯鋁絞線的絞合緊密度進行檢查，要求線盤上放出20 m，在無張力情況下，用木錘敲擊導線無明顯松動聲響。

6 成品包裝存放和運輸

(1)成品包裝。一般的鋼芯鋁絞線使用鐵木結構盤具，對盤具的焊接質量、型鋼和角鋼尺寸要求符合標準要求，木板含水量和制作緊密程度符合要求，支撐加強圈與盤具筒體之間應緊密接觸，防止盤具變形引起內端頭跑線。

大截面鋼芯鋁絞線國家電網公司明確要求使用可拆卸式全鋼瓦楞結構交貨盤，并頒發了技術條件。使用全鐵盤，施工時盤具不易變形，可很好地避免鋼芯鋁絞線內端跑線問題。外層要有防水、防塵、防撞功能，確保鋼芯鋁絞線不漏雨、不發黑、不被污染。

① 在直徑為1 d芯棒上卷繞8圈，退6圈，再繞6圈，要求不斷不裂。

②1倍鋼絲直徑緊密卷繞8圈，鍍鋅鋼線應不斷裂。

③鍍層光潔，厚度均勻，并與良好的商品實際相一致。

④用4倍鋼絲直徑芯軸上緊密卷繞8圈，鍍鋅層應牢固的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。

(2)成品存放。存放區要做好定置管理，地面平整，無積水，防止盤具滾動和進水，防止表面撞傷和擦傷，定期檢查包裝情況，做好現場安全工作。

(3)成品運輸。運輸過程中要做好防撞、防滾動、防擦傷、防水、防污染工作，吊裝符合要求，不得平放運輸，不得從車上直接滾到現場地面。到達目的地與接收單位做好驗收交接工作。

7 結束語

通過對鋁錠和盤鋼等主要原材料選擇，熔鋁爐前鋁液成分和鋁桿連鑄連軋制控制，拉絲直徑和長定控制，絞制過程預成型和張力控制，收線過程防擦傷控制，采用合適的盤具和包裝型式，每道工序進行自檢、互檢和專檢人員檢查，對關鍵工序設立質量控制點，只有這樣進行全過程嚴格質量控制才能生產出優質大截面鋼芯鋁絞線，為國家電網建設提供優質大截面導線。

［1］王春江主編.電線電纜手冊(第一冊)［M］.北京:機械工業出版社，2001.

［2］謝起林，拉絲工藝學［M］.北京:機械工業職業技能鑒定指導中心，2001.

［3］於國良.大截面鋼芯鋁絞線制造和使用過程的質量控制［J］.電線電纜，2002(5):17-22.

［4］GB/T 1179—2008 圓線同心絞架空導線［S］.