趙士林，王品山，張金玉，陳 衛(wèi)

(特變電工股份有限公司新疆線纜廠，新疆 昌吉831100)

0 引言

隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，國內(nèi)(尤其是華東、華北和南方等經(jīng)濟發(fā)達地區(qū))用電負荷急劇攀升。為了提高輸送容量，保證輸電過程可靠性，滿足經(jīng)濟發(fā)展的需要，經(jīng)電力行業(yè)的專家、學者論證，認為必須將大截面導線引入電網(wǎng)建設，由此1 250 mm2系列導線被引入靈州—紹興±800 kV特高壓直流輸電線路工程。本文即以該工程所用的JL1X1/G2A-1250/100鋼芯成型鋁絞線為例，介紹鋼芯成型鋁絞線的制造技術。

1 結構設計

JL1X1/G2A-1250/100-437鋼芯成型鋁絞線產(chǎn)品的研發(fā)系依據(jù)國家標準GB/T 20141—2006《型線同心絞架空導線》、GB/T 1179—2008《圓線同心絞架空導線》和國家電網(wǎng)公司2013年9月正式發(fā)布的《JL1X1/G2A-1250/100-437鋼芯成型鋁絞線技術條件》。該產(chǎn)品在承載鋼芯外采用了四層梯形鋁型線，大大增加了導線的填充系數(shù)，減小了導線外徑，其導線的結構示意圖見圖1。該導線的加強芯為19/2.61結構的鍍鋅鋼絞線，加強芯外是4層60股等效硬鋁線直徑為5.16 mm的梯形鋁型線同心絞制而成。

圖1 JL1X1/G2A-1250/100鋼芯成型鋁絞線結構示意圖

眾所周知，普通導線的鋁單線為圓形，非緊壓絞合后鋁線和鋁線之間的空隙較大，鋁導體填充系數(shù)僅達到75%(實際截面與輪廓截面之比)，普通緊壓鋁導體的填充系數(shù)約為85%。通過將鋁單線設計為梯型鋁型線，經(jīng)過同心絞合后，鋁導體的填充系數(shù)可達到92%～93%，這樣在不改變導線標稱截面的前提下，可有效減小導線的整體直徑。例如JL1/G2A-1250/100鋼芯鋁絞線直徑為47.85 mm，而JL1X1/G2A-1250/100鋼芯成型鋁絞線直徑則為43.67 mm，相同規(guī)格的導線采用鋁型線絞制后導線直徑減小了約9%，和JL/G2A-1000/80鋼芯鋁絞線直徑(42.82 mm)相近。

2 生產(chǎn)工藝

JL1X1/G2A-1250/100-437鋼芯成型鋁絞線的制造主要是通過電工圓鋁桿生產(chǎn)、鋁型線拉制、鋁型線絞制等工序完成的。

2.1 電工圓鋁桿

JL1X1/G2A-1250/100鋼芯成型鋁絞線中鋁型線主要機械性能和電性能指標遠比等效直徑的硬鋁線高，兩者技術參數(shù)對比見表1。

表1 鋁型線和硬鋁線技術參數(shù)對比表

在生產(chǎn)普通導線時，通常電工圓鋁桿的抗拉強度只要達到110～120 MPa，電阻率不大于28.01 nΩ·m，即能滿足導線的機械性能和電性能要求。但是JL1X1/G2A-1250/100鋼芯成型鋁絞線的單線直徑大、強度高、電阻率低，通過試制摸索，桿的抗拉強度只有達到120～130 MPa，伸長率不小于6%，電阻率不大于27.81 nΩ·m，才能滿足要求。為了生產(chǎn)達到要求的電工圓桿，需要在生產(chǎn)中做好爐前分析，掌握好硅、鐵元素含量，控制住熔、鑄、軋等工藝參數(shù)。具體工作如下:

(1)將保溫爐內(nèi)鋁液的Si控制在0.04%～0.09%，F(xiàn)e控制在0.08%～0.16%，F(xiàn)e/Si為1.5～2.0，Ti+V+Mn+Cr≤0.02%，其余雜質(zhì)含量≤0.03%。其中鐵、硅的含量可通過不同成分的鋁錠搭配實現(xiàn)，或在采購鋁錠時明確成分含量，其余元素含量均在鋁錠采購時嚴格按上限規(guī)定。

(2)為改善制桿工藝加工性能，根據(jù)鋁錠成分的分析情況，每爐15～16 t需填加30～50 kg鋁中間稀土;為保證制桿較高或穩(wěn)定的導電率，每爐需添加40～60 kg鋁硼中間合金。

(3)在爐前配料中，當保溫爐鋁液達到容量的80%時，將鋁硼中間合金分批從熔爐爐口處加入，鋁稀土中間合金在保溫爐鋁液達到100%時，一次性加入到保溫爐，經(jīng)人工攪拌2 min后，進行電磁攪拌，正轉(zhuǎn)10 min、反轉(zhuǎn)10 min后，再人工攪拌2 min，使鋁液內(nèi)微量元素和各種添料均勻分布，然后進行精煉除氣、扒渣。

(4)扒渣后的鋁液需靜置25～30 min后，將保溫爐鋁液放出，經(jīng)陶瓷泡沫板過濾，進入鑄、軋工序。

(5)鑄、軋工序主要是注意各段的溫度控制，如澆鑄溫度控制在690～710℃，入軋溫度控制在480～500℃，終軋溫度控制在280～320℃。

2.2 梯形鋁型線

2.2.1 梯形鋁型線模具設計

JL1X1/G2A-1250/100鋼芯成型鋁絞線的單線為梯形鋁型線，主要用梯形模具拉制。在梯形模具的結構設計時，要充分考慮金屬變形的速度均勻性、材料的成本和易取性等因素，因為梯形模具不同于圓形模具，梯形模具在拉制時由于型腔中變形不均勻，其承受負荷遠大于圓形模具的受力;如果設計或選材不當，會造成模具使用過程中易變形、腔體尺寸變化，甚至出現(xiàn)裂紋不能使用。通過生產(chǎn)試制比較，最終認為采用硬質(zhì)合金模具(鎢鋼模)的性價比較高。

梯形模具的孔形截面尺寸是根據(jù)產(chǎn)品的總截面和絞層數(shù)來確定的，設計遵循每層梯形線高度相等的原則，采用了“連續(xù)線性變形”的設計思想，從第一塊模具開始，由圓形逐漸變至梯形狀，盡量做到鋁線變形均勻。通過對JL1X1/G2A-1250/100鋼芯成型鋁絞線外層的梯形鋁型線多次的試制驗證，最終確定了梯形模具的尺寸和各區(qū)的角度，見表2。

表2 梯形模和圓形模結構參數(shù)對比

試制過程中，模具進口區(qū)穿線順利，進口區(qū)和變形區(qū)拋光后拉絲液能順利回旋，定徑區(qū)可長時間保證線材的精確直徑和光潔度，出口區(qū)的角度可保證線材拉出無傷痕，加之模具的選材具有拉力強、耐酸堿、耐腐蝕、不變形等優(yōu)點，模具的使用壽命也較長。

2.2.2 梯形模具公差及配模

模具設計余量，根據(jù)導線總截面和絞制設備張力大小一般設定為6%～8%。以本項目產(chǎn)品JL1X1/G2A-1250/100鋼芯成型鋁絞線為例，內(nèi)層、鄰內(nèi)層、鄰外層和外層模具設計截面分別為22.32 mm2、22.24 mm2、22.18 mm2、22.11 mm2，以每層股數(shù)9、13、17、21計算，其四層股線設計總截面為1 331.37 mm2，按標稱截面1 250 mm2計算，其富余量為6.5%，經(jīng)拉制、絞制工序后可將截面控制在標稱截面公差范圍內(nèi)。

梯形模具承受的負荷遠大于圓形模具，在配模時面積壓縮比(延伸系數(shù))不宜過大，否則容易斷線。如等效圓直徑4.75 mm的梯形線，采用9.5 mm桿進線，需配7塊模子完成拉制(使用9+2鋁大拉機，前8道鼓輪速比為1.238，最后二道鼓輪速比為1.10～1.30)，而圓線只需6塊拉模即可完成拉制(使用11模鋁大拉機，前9道鼓輪速比為1.279，最后一道鼓輪速比為1.18)。配模見表3。

表3 截面積相等的單線配模對比表 (單位:mm)

2.2.3 拉絲油選擇

由于型線的不規(guī)則性，拉絲時產(chǎn)生的阻力并不是軸線方向，在同樣形變下，型單線比圓單線需要的張力大，導致線材與模具之間、線材與塔輪之間的摩擦力和拉伸力都較大，致使線材、模具、塔輪的溫升比拉制圓線時更高，這種溫升會直接影響線材的質(zhì)量，同時使?jié)櫥瑒┑淖饔米儔?，繼而影響產(chǎn)品質(zhì)量甚至不能連續(xù)拉絲。因此，選用良好的拉絲油是控制型線拉絲過程中溫度、保證線材質(zhì)量、提高拉絲速度的關鍵，拉制型線的拉絲油應具有如下性能:

(1)應與模具和導線表面有較強的吸附性能，要求其油溶性好，穩(wěn)定性高;

(2)有一定粘度的基礎油，其粘度要保證在負荷條件下，使金屬線材和模具間形成一個可以流動的油模層，達到減小摩擦力、延長模具使用壽命、提高拉絲速度的目的;

(3)要適應鋁屑的自沉降，同時具有閃點高、耐高溫、氧化穩(wěn)定性佳，無腐蝕性、刺激性的氣味等要求。

2.2.4 梯形線拉絲速度和方向

與等效直徑相等的圓線相比，型單線與模具的接觸面積大，發(fā)熱較嚴重，因此速度不宜過快，一般控制在10 m/s以下。

模具放置時應保持出線方向(大小弧面)形狀一致，為避免工人操作方向錯位或發(fā)生偏離放錯，在鑲嵌模套上設計一個定位面。每塊模具的放置應使小弧面和拉絲鼓輪接觸，這樣有利于拉絲的形變，并且能有效地保證單線大弧面(即導線外表面)平滑和光潔。在走線時也應使小弧面和導輪接觸，避免單線大弧面損傷。收線時各盤單線應保證方向一致，導輪要求底部平整，且采用單盤收線，避免收線過程中單絲翻身。

2.3 鋼芯成型鋁絞線絞制

JL1X1/G2A-1250/100導線由四層梯形鋁型線同心絞制而成，絞制采用了710型84盤框絞機，在試制中，主要解決以下三個問題。

2.3.1 防止梯形線在絞制中翻身

為了避免梯形型線在進入并線模前翻轉(zhuǎn)，絞制前應在導線分線盤處安裝上定位裝置。它是由帶軸承的梯形成型尼龍輪和2個軸承壓輪組成，通過調(diào)整兩個軸承壓輪來保證梯形型線不發(fā)生翻轉(zhuǎn)。

調(diào)整好成型輪與壓輪的位置，做好型線預扭也是保障梯形鋁型線絞制不翻身及順利成型的關鍵。如果不調(diào)整好成型輪和壓輪的位置關系，則會出現(xiàn)張力過大而拉細梯形鋁線的問題。為保證張力適中，在軸承壓輪與梯形尼龍輪壓緊時，每個軸承壓輪、成型輪與通過的梯形鋁線應在一條直線上。梯形鋁線絞合時，成型鋁股線在圍繞導線軸線絞合的同時，自身也繞其軸線扭轉(zhuǎn);為了消除絞合過程中形成的扭應力，保證梯形股線絞合后的服帖性，需要對每股梯形單線進行預變形處理，即在定位裝置和并線模之間應對梯形股線預扭1～2圈，預扭的方向與絞籠旋轉(zhuǎn)方向相反。

2.3.2 確定節(jié)徑比

節(jié)徑比的選擇關系到導線絞合的質(zhì)量。節(jié)徑比選的太小，會出現(xiàn)“背股”、“過扭”等問題，節(jié)徑比太大，會造成導線松股。通過生產(chǎn)試制，確定比較理想的從內(nèi)到外節(jié)徑比范圍:內(nèi)層14～16倍，鄰內(nèi)層13～14倍，鄰內(nèi)層11.5～13倍，外層10.0～11.5倍。絞制工藝參數(shù)見表4。

2.3.3 保證導線外觀質(zhì)量

梯形鋁型線絞制時還要注意保護好絞線外觀，如絞線前檢查絞線機的牽引輪，牽引輪表面如有磨損應做相應的處理，可在牽引輪表面包裹一層剪裁好的毛氈，以防導線在牽引輪上打滑和擦傷。將絞線用并線模的進線區(qū)和定徑區(qū)打磨光滑，進線區(qū)和定徑區(qū)連接處光滑過渡，以防磨損導線表面。絞制時并線模不能壓得太緊或太松，太緊會壓傷鋁線并有拉伸的可能，太松會導致導線絞合松股。開機前需更換所有已磨損的穿線管，通過上述措施即可保證絞制導線的外觀質(zhì)量。

表4 JL1X1/G2A－1250/100鋼芯成型鋁絞線絞制工藝參數(shù)表

3 結束語

本項目研究的JL1X1/G2A-1250/100-437鋼芯成型鋁絞線產(chǎn)品是靈州—紹興±800 kV特高壓直流線路工程用導線之一。該產(chǎn)品的單線采用了梯形型線，可增大導線的填充系數(shù)，減小導線輪廓直徑，消除導線表面明顯的節(jié)距溝，使導線表面光滑、圓整，達到降低導線表面電場強度、增強抗電暈性、減少電暈放電的目的。此外，這種外觀平整、光潔的型線結構導線，還可以大大減少雪、霜和水在導線表面的積聚，提高了導線防冰雪和防凍雨的性能，更加適合超特高壓輸電線路建設的要求，對促進導線工藝技術進步起到了很好的推動作用。

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