軌道交通XLPE絕緣電力電纜制造工藝特點

匡松文，唐世國

(衡陽恒飛電纜有限責(zé)任公司，湖南衡陽421008)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟迅速發(fā)展，城市現(xiàn)代化進程明顯加快，發(fā)展和建設(shè)快速的軌道交通系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)是熱如潮涌。軌道交通電纜是隨著城市交通的發(fā)展而誕生的一種新型特種電纜產(chǎn)品。2008年在北京舉辦第29屆奧運會，為了較好地解決北京奧運期間觀眾出行的問題，在北京—天津開行時速350 km/h的動車組。全國有29家單位參加京津高速鐵路軌道交通電纜(電纜型號FS-WDZB-YJY63 8.7/10 kV 1×70)項目招投標(biāo)，我公司從中脫穎而出成為兩家中標(biāo)單位之一，其中中標(biāo)427 km。本文主要敘述了我公司制造國內(nèi)第一根高速鐵路軌道交通電纜的工藝特點和關(guān)鍵工序質(zhì)量要求，供同行參考。

1 電纜結(jié)構(gòu)

電纜型號和規(guī)格為FS-WDZB-YJY63 8.7/10 kV 1×70，電纜結(jié)構(gòu)見圖1。

2 產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程

圖1 軌道交通用電纜的結(jié)構(gòu)

3 各道工序的工藝特點和質(zhì)量要求

3.1 銅導(dǎo)體絞合緊壓工序

導(dǎo)體緊壓系數(shù)要達到0.89以上。采用緊樂導(dǎo)體既可減少電纜尺寸，節(jié)約原材料，還能阻止水分沿導(dǎo)體軸向擴散，防止電纜水樹的產(chǎn)生，提高電纜使用壽命。此外還可方便用戶安裝使用。

按GB/T 3956—1997《電纜的導(dǎo)體》的規(guī)定，70mm2銅導(dǎo)體20℃時直流電阻不大于0.268 Ω/km，因此設(shè)計由19根直徑2.2mm(19/2.2)導(dǎo)線絞合的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)體須緊壓，緊壓后外徑為9.8mm，外層緊壓模為納米模，目的是減少銅粉的產(chǎn)生，增加導(dǎo)體表面的光潔度。

3.2 交聯(lián)絕緣三層共擠

3.2.1 生產(chǎn)設(shè)備

選用吉林白城電工機械廠生產(chǎn)的交聯(lián)絕緣三層共擠生產(chǎn)線，其中擠包導(dǎo)體屏蔽配備 65/25擠出機;擠包XLPE絕緣層配備 150/25擠出機;擠包絕緣屏蔽層配備 90/25擠出機;德國SIKORA公司X-RAY8000型測偏儀。

3.2.2 工序質(zhì)量控制要點

(1)內(nèi)外屏蔽料選用江陰市海江高分子材料有限公司(上海萬益高分子材料廠的材料)，其中外屏蔽采用不可剝離的屏蔽料，材料的剝離力≥54 N。

(2)XLPE絕緣采用浙江省萬馬高分子材料廠產(chǎn)品，即XLPE-10。

(3)導(dǎo)體進機頭前采用銅刷除毛刺和銅粉，以確保導(dǎo)體屏蔽不被擊穿。

(4)半導(dǎo)電層屏蔽的厚度控制在0.6～0.8mm，絕緣厚度按GB/T 12706.2—2002規(guī)定，絕緣厚度的平均值不能小于標(biāo)稱值4.5mm，考慮到聚烯烴絕緣材料的熱收縮性能，生產(chǎn)現(xiàn)場絕緣厚度值為4.5×1.04=4.68mm才能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

(5)絕緣偏心度按照用戶要求不大于10%，因此除了配置在線測偏儀外，還對模具的同心度、裝配位置等作出嚴(yán)格的規(guī)定;對國內(nèi)不同廠家的絕緣材料的流動性作了詳細(xì)對比分析，選擇低熔垂的絕緣料，以使絕緣偏心度控制在5%以內(nèi)。

(6)N2純度。XLPE絕緣電纜在交聯(lián)絕緣三層共擠生產(chǎn)過程中，如加熱管中氮氣純度不夠，混入了一部分空氣，則絕緣會焦化變色，嚴(yán)重時會使絕緣表面硬化甚至龜裂，產(chǎn)生氧化老化。我公司采用2 m3液態(tài)氮氣供應(yīng)，以確保N2濃度在99.5%以上。生產(chǎn)過程中每隔2 h排一次廢氮，以確保交聯(lián)副產(chǎn)物定時排放，從而確保絕緣表面外觀質(zhì)量。

(7)應(yīng)在空氣凈化室內(nèi)加料。導(dǎo)體屏蔽料、絕緣料、絕緣屏蔽料一般均采用真空吸入料斗。為此要求上料間內(nèi)空氣必須過濾，并維持一定正壓力，通常要求空氣清潔程度在百萬級以下，即每立方米空氣中的雜質(zhì)粒子數(shù)應(yīng)小于106，如能達到10萬級或萬級更好;上料間的空氣正壓力要求達到12.5 N/m3，這樣才能保證加料間的清潔度。

(8)主機溫度控制精度。絕緣料的加工溫度為97～115℃，可在18℃左右范圍內(nèi)變化，所以加工范圍是較寬的。但考慮到絕緣料在主機內(nèi)停留及某些不正常生產(chǎn)等綜合因素，不致使絕緣料在主機內(nèi)產(chǎn)生先期硫化，對主機溫度控制精度仍取為±3℃。

(9)導(dǎo)體線芯換盤連接另一盤導(dǎo)體時，采用銅管液壓接頭。因交聯(lián)生產(chǎn)線貯線器最大貯線長度達120 m，而交聯(lián)線生產(chǎn)速度約為9 m/min，再加上接頭前數(shù)分鐘已對另一盤線端頭作了處置，因此，在10 min內(nèi)可完成導(dǎo)體的連接。

3.3 金屬屏蔽

金屬屏蔽是保證電纜質(zhì)量的一項關(guān)鍵工藝。由于京津高鐵對電纜安全性要求很高，電纜采用消弧線圈接地系統(tǒng)，接地故障電流較大，因此要求采用二層厚度0.1mm寬度40mm的銅帶間隙繞包。但本產(chǎn)品的絕緣線芯外徑為22.1mm，若采用40mm寬的銅帶，則繞包易發(fā)皺，且不易包好。因此在銅帶繞包時，調(diào)整繞包角度和繞包張力顯得尤其重要，否則易造成銅帶擦傷絕緣線芯或銅帶包帶不平整。另外，為了克服纜芯上下左右擺動，必須在包帶前后加置定位模作支撐，模具的孔徑為絕緣線芯的外徑+(1～1.5)mm。

3.4 鋁帶縱包聚乙烯粘接護層

電纜采用鋁-塑粘結(jié)防水層時，鋁-塑粘結(jié)防水層由縱包的涂塑復(fù)合鋁帶及擠包聚乙烯(PE)護套所組成，護套與涂塑鋁帶應(yīng)粘結(jié)牢固。復(fù)合鋁帶厚度為0.25mm，其中祼鋁帶厚度0.15mm。鋁帶縱包重疊寬度在6mm以上，PE護套厚度控制在1.2mm。

3.5 銅帶鎧裝及繞包高阻燃帶

鎧裝所用的銅帶必須是韌煉充分的軟銅帶，兩邊不允許有卷邊或裂口等缺陷。繞包時，張力控制要適當(dāng)，避免繞包過緊，因電纜通電時絕緣發(fā)熱而有所膨脹，甚至造成銅帶繃斷。銅帶重疊率要控制在帶寬的18%～20%。因鎧裝銅帶具有一定的硬度，而且表面光滑，因此可有效防止老鼠啃咬。

繞包一層銅帶后，還加繞二層高阻燃帶。高阻燃帶重疊繞包，重疊率在15% ～20%。繞包高阻燃帶一方面起著保護作用，即使護套擠制過程中免受機械的擦傷，另一方面起著隔火阻燃的作用。

3.6 電纜外護套

電纜外護套選用低煙無鹵阻燃聚烯烴材料。由于其中添加了大量無機阻燃劑 Al(OH)3和Mg(OH)2，因此，加工過程中粘度較大，摩擦生熱嚴(yán)重，料流動性較差，較普通PVC和PE料擠出要難得多。因此，選用低壓縮比的螺桿(壓縮比小于1.5)，同時擠出機各段加工溫度控制在130～155℃，溫度的高低以其斷面無氣孔為準(zhǔn)。螺桿轉(zhuǎn)速控制在25 r/min以內(nèi)。由于料的流動性較差，因此模具拉伸比不宜過大，控制在1.7以下。經(jīng)過嚴(yán)格的材料選擇及擠出工藝材料試驗，最后選擇上海凱波低煙無鹵護套料。實踐證明采用這種材料，擠出的外觀、機械性能及物理性能較好。

4 檢測結(jié)果

將FS-WDZB-YJY63 8.7/10 kV 1×70電纜委托上海電纜研究所做了全性能檢測，試驗結(jié)果見表1。

表1 產(chǎn)品性能的檢測結(jié)果

試驗結(jié)果符合招標(biāo)書的技術(shù)要求。

5 結(jié)束語

軌道交通電纜是隨著城市交通的發(fā)展而產(chǎn)生的一種新型特種電線電纜產(chǎn)品類別。軌道交通電纜有直流和交流兩種:直流牽引用軌道交通電纜一般為單芯1 500 V、750 V及300 V，有鎧裝型和非鎧裝型;交流型的軌道交通電纜的電壓等級為3.6/6 kV～26/35 kV，一般為單芯和三芯兩種。軌道交通電纜通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和原材料的選用，具有低煙、無鹵、阻燃、防水、防昆蟲噬咬及防紫外線等多種功能，滿足人流密集、設(shè)施重要場合對電纜清潔、環(huán)保、阻燃等特殊要求。

軌道交通是一種現(xiàn)代化的城市公共安全客運系統(tǒng)，其基本功能是為城市人口提供大眾化的出行服務(wù)。目前，國內(nèi)已有十幾個城市同時在建設(shè)軌道交通，其中，北京、上海、廣州和天津在繼續(xù)擴建，南京、長春、深圳、重慶、成都、杭州、武漢和大連等正在新建。據(jù)資料顯示，未來幾年內(nèi)，我國將有20多個城市計劃修建地鐵與輕軌，總里程達5 000 km;到2020年，我國的城市軌道交通線路總長將達到20 000 km左右。這對電線電纜行業(yè)來說既是機遇，又是挑戰(zhàn)。

［1］蔣佩南.交聯(lián)電纜論文集［M］.上海:上海電纜研究所，2006.

［2］柏 凌，蔡如明.中高壓交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜導(dǎo)體生產(chǎn)工藝和質(zhì)量控制［C］//中國電工技術(shù)學(xué)會電線電纜專委會、中國電機工程學(xué)會電力電纜分專委會論文集，2002.