采煤機變頻裝置用電纜的研制

朱峰林，李萬松，李 兵，葉 磊

(安徽凌宇電纜科技有限公司，安徽 無為238371)

0 引言

采煤機具有啟停頻繁、變速復雜等特點，引入變頻系統后能夠對采煤機進行較大范圍的控制和調節，使得采煤機操作相對簡單，控制更加精確，但與之相連接的普通采煤機電纜往往會發生控制失靈的現象。采煤機電纜用于采煤機的動力電源連接和控制信號傳輸，隨著采煤機前后左右來回移動，電纜經受嚴重的拖拉、彎曲和扭轉，以及可能的煤塊或落石的沖擊，工況復雜，因此對電纜的安全性能和功能性要求更高。現行國家標準GB/T 12972—2008和行業標準MT 818—2009均是針對傳統采煤機電纜，沒有涉及到變頻裝置用采煤機電纜。

本文將介紹我公司采煤機變頻裝置用電纜的研制情況，詳述其結構設計、制造工藝及測試性能。

1 性能要求

采煤機電纜是采煤機關鍵配件之一，它要兼顧采煤機的主供電和遠程控制兩大功能。在引入變頻系統后，它除了應符合傳統采煤機電纜性能要求外，還必須滿足變頻系統條件下的使用功能:變頻調速系統的整流和逆變電子組件產生的高次諧波通過電磁輻射、傳導和感應耦合對電纜及周邊元器件產生干擾和破壞作用，對采煤機電纜最突出的表現在于高次諧波疊加造成電纜地線芯產生過電壓或過電流;由于地線芯外無絕緣層，直接通過半導電層與護套層接觸，易導致護套表面的感應電過大，使得井下撿漏繼電器判斷電纜漏電而進行漏電保護，斷電停機;對控制線芯產生信號干擾，造成控制線芯出錯，無法開機或誤動作。因此，采煤機電纜應當具備抑制諧波和抗干擾能力，要求電纜控制線芯屏蔽和總屏蔽在工頻(50 Hz)條件下的理想屏蔽系數應不大于0.8。

2 結構設計

圖1為MCVFP 1.9/3.3kV 3×150+3×70/3+3×6采煤機變頻裝置用電纜結構示意圖。

2.1 導體

動力線芯導體采用鍍錫軟銅導體，性能符合GB/T 3956—2008第6類導體的要求，股線復絞時絞合方向相同，最外層絞合節距倍數控制在10～12，以提高電纜柔軟性和抗彎曲性能。

為了保證電纜整體結構緊湊、對稱，將地線芯導體束絞在控制線芯外，兼做控制線芯屏蔽。

圖1 采煤機變頻裝置用電纜結構設計示意圖

為了提高控制線芯壽命，防止線芯斷裂，導體中心采用高強度滌綸纖維材料加強，六類鍍錫銅絲分層纏繞在該纖維上，纏繞節距倍數控制在3～5，這種方式生產的控制導體類似于彈簧，其特點是抗拉、耐彎曲、柔軟性好、電氣性穩定。

2.2 絕緣

控制線芯絕緣和動力線芯絕緣采用三元乙丙橡皮，機械物理性能符合XJ－30A絕緣要求，抗張強度達到6.5 N/mm以上，三元乙丙橡皮絕緣具有優異的電氣性能和熱老化性能，可以保證導體能夠長期在90℃條件下運行。

2.3 屏蔽層

由于采煤機電纜在使用過程中需要反復彎曲，其屏蔽結構應保證電纜具有足夠的柔軟性，還要不降低屏蔽效果和彎曲性能，所以采用總屏蔽和分屏蔽雙層結構，分屏蔽均勻緊密束絞在控制線芯的絕緣層外，可有效抑制外界對控制線芯的干擾，還可作為短路電流的通道，起到接地保護作用。總屏蔽采用鍍錫銅絲和鋼絲先混合束絞后均勻緊密纏繞在內護套層表面，這不僅能增強電纜的抗拉性能，在外護套損壞時對內層機構起保護作用，還可保持電纜整體的彎曲性能，同時還具有良好的接地保護作用。

2.4 異型硫化半導電橡皮墊芯

在動力線芯間隙增加如圖1所示的異型硫化半導電橡皮墊芯，以增強結構的穩定性，增大抗扭轉力并減小彎曲時絕緣線芯相互之間的擠壓力。

2.5 外護套

為了保證電纜的機械物理性能和阻燃性能，增加與混絞股線的附著力，防止電纜經長時間彎曲后鋼絲與護套分層，外護套宜采用以氯丁橡膠為基料的阻燃橡皮，以保證機械物理性能符合XH-21型護套要求，抗撕裂強度不小于5 N/mm，阻燃性能符合MT 386—2011中的各項燃燒試驗要求。

3 工藝控制

該電纜結構復雜，生產比較繁瑣，因此要特別注重關鍵工序的質量控制，需要注意:避免因混絞股線質量低劣而影響電纜使用壽命;避免因成纜工序控制不好而導致電纜的總屏蔽抑制效果下降;避免擠出護套時混絞股線起燈籠狀或護套擠出后成品收盤或用戶敷設時混絞股線鼓包。

3.1 混絞股線絞合

混絞股線質量要求是應光滑圓整，整根股線當中絕對不允許存在鋼絲斷頭或毛刺，否則鋼絲硬度大、強度高，頻繁彎曲時鋼絲很容易刺穿內護套和絕緣層造成絕緣線芯短路。

在混絞股線時，宜采用正規絞合，絞合設備應具有退扭功能，不宜采用束絲機絞合，絞合用模具定型區長度要長，一般不小于20 mm，這是保證絞線質量和提高絞線速度的關鍵。

3.2 成纜

變頻電纜主要的一個性能就是屏蔽抑制，而電纜偏心現象嚴重，將導致電纜的電磁屏蔽抑制效果下降。成纜工藝是影響3+3結構變頻電纜對稱性的關鍵環節。為了使變頻電纜性能最優，要求技術人員合理設計、操作工人技術嫻熟、生產設備性能穩定。首先，絕緣線芯成纜時絞合節距要比同規格的采煤機電纜更小一些，電纜的導體、絕緣線芯絞合及繞包帶的繞包方向均應同向;其次，成纜時在纜芯中心添加異型硫化半導電橡皮墊芯，增加其結構穩定性，所有線芯的放線張力應保持均一，保證電纜結構穩定和成纜圓整，減小偏心。

3.3 混絞股線纏繞

該道工序是保證護套在加工過程中不起燈籠狀，或成品裝盤和用戶敷設時不發生混絞股線隆起導致護套鼓包的關鍵點。在生產加工過程中需要注意:(1)纏繞時用的牽引線應與待纏繞線芯的外徑相當，這樣在線芯上牽引輪時，可保證前后纏繞的節距一致，防止成品收盤或用戶在敷設時發生混絞股線隆起而導致護套鼓包;(2)混合股線纏繞絞向應與線芯成纜方向一致，否則在護套加工過程中易發生混合股線起燈籠狀現象(一般在30～50 m處顯現)。

4 性能檢測

通過上述產品設計和工藝控制，我公司試制出了一根MCVFP 1.9/3.3kV 3×150+3×70/3+3×2.5電纜，電纜主要性能符合企業標準要求，測試結果見表1。

表1 電纜的主要性能測試結果

5 結束語

因為目前還沒有變頻裝置用電纜的相關國標，所以我們在研制該電纜的過程中，制定了相應企業標準，設計出屏蔽效果良好的電纜結構，配合工藝控制，生產出為用戶所接受的采煤機變頻裝置用電纜。

［1］MT 818—2009煤礦用電纜［S］.

［2］金 鑫.變頻條件下的采煤機電纜設計與分析［J］.中國科技信息，2012(12):157.

［3］李萬松.一種新型采煤機電纜的設計和制造［J］.電線電纜，2010(6):7-9.

［4］郭儉旭.硅橡膠絕緣硅橡膠護套變頻器電力電纜的研制，［J］.電線電纜，2011(4):17-19.

［5］張 暉，王清潔，鄒葉龍，等.特柔軟型鋼絲鎧裝復合電纜設計探討［J］.現代傳輸，2013(5):49-50.