匡松文，唐世國(guó)

(衡陽(yáng)恒飛電纜有限責(zé)任公司，湖南衡陽(yáng)421008)

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，城市現(xiàn)代化進(jìn)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(yùn)會(huì)，為了較好地解決北京奧運(yùn)期間觀眾出行的問(wèn)題，在北京—天津開(kāi)行時(shí)速350 km/h的動(dòng)車組。全國(guó)有29家單位參加京津高速鐵路軌道交通電纜(電纜型號(hào)FS-WDZB-YJY63 8.7/10 kV 1×70)項(xiàng)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(guó)內(nèi)第一根高速鐵路軌道交通電纜的工藝特點(diǎn)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(hào)和規(guī)格為FS-WDZB-YJY63 8.7/10 kV 1×70，電纜結(jié)構(gòu)見(jiàn)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(diǎn)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(dá)到0.89以上。采用緊樂(lè)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(kuò)散，防止電纜水樹(shù)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(shí)直流電阻不大于0.268 Ω/km，因此設(shè)計(jì)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(jī)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(jī);擠包XLPE絕緣層配備 150/25擠出機(jī);擠包絕緣屏蔽層配備 90/25擠出機(jī);德國(guó)SIKORA公司X-RAY8000型測(cè)偏儀。

3.2.2 工序質(zhì)量控制要點(diǎn)

(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(wàn)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(wàn)馬高分子材料廠產(chǎn)品，即XLPE-10。

(3)導(dǎo)體進(jìn)機(jī)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(chǎng)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(cè)偏儀外，還對(duì)模具的同心度、裝配位置等作出嚴(yán)格的規(guī)定;對(duì)國(guó)內(nèi)不同廠家的絕緣材料的流動(dòng)性作了詳細(xì)對(duì)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(guò)程中，如加熱管中氮?dú)饧兌炔粔?，混入了一部分空氣，則絕緣會(huì)焦化變色，嚴(yán)重時(shí)會(huì)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?dú)夤?yīng)，以確保N2濃度在99.5%以上。生產(chǎn)過(guò)程中每隔2 h排一次廢氮，以確保交聯(lián)副產(chǎn)物定時(shí)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(guò)濾，并維持一定正壓力，通常要求空氣清潔程度在百萬(wàn)級(jí)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(dá)到10萬(wàn)級(jí)或萬(wàn)級(jí)更好;上料間的空氣正壓力要求達(dá)到12.5 N/m3，這樣才能保證加料間的清潔度。

(8)主機(jī)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(jī)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(jī)內(nèi)產(chǎn)生先期硫化，對(duì)主機(jī)溫度控制精度仍取為±3℃。

(9)導(dǎo)體線芯換盤(pán)連接另一盤(pán)導(dǎo)體時(shí)，采用銅管液壓接頭。因交聯(lián)生產(chǎn)線貯線器最大貯線長(zhǎng)度達(dá)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(duì)另一盤(pán)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(xiàng)關(guān)鍵工藝。由于京津高鐵對(duì)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(shí)，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(dòng)，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(hù)層

電纜采用鋁-塑粘結(jié)防水層時(shí)，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(hù)套所組成，護(hù)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(hù)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(shí)，張力控制要適當(dāng)，避免繞包過(guò)緊，因電纜通電時(shí)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(hù)作用，即使護(hù)套擠制過(guò)程中免受機(jī)械的擦傷，另一方面起著隔火阻燃的作用。

3.6 電纜外護(hù)套

電纜外護(hù)套選用低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴材料。由于其中添加了大量無(wú)機(jī)阻燃劑 Al(OH)3和Mg(OH)2，因此，加工過(guò)程中粘度較大，摩擦生熱嚴(yán)重，料流動(dòng)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(shí)擠出機(jī)各段加工溫度控制在130～155℃，溫度的高低以其斷面無(wú)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(dòng)性較差，因此模具拉伸比不宜過(guò)大，控制在1.7以下。經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的材料選擇及擠出工藝材料試驗(yàn)，最后選擇上海凱波低煙無(wú)鹵護(hù)套料。實(shí)踐證明采用這種材料，擠出的外觀、機(jī)械性能及物理性能較好。

4 檢測(cè)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(cè)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 產(chǎn)品性能的檢測(cè)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果符合招標(biāo)書(shū)的技術(shù)要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

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(jí)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(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和原材料的選用，具有低煙、無(wú)鹵、阻燃、防水、防昆蟲(chóng)噬咬及防紫外線等多種功能，滿足人流密集、設(shè)施重要場(chǎng)合對(duì)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(yùn)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(guó)內(nèi)已有十幾個(gè)城市同時(shí)在建設(shè)軌道交通，其中，北京、上海、廣州和天津在繼續(xù)擴(kuò)建，南京、長(zhǎng)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(lái)幾年內(nèi)，我國(guó)將有20多個(gè)城市計(jì)劃修建地鐵與輕軌，總里程達(dá)5 000 km;到2020年，我國(guó)的城市軌道交通線路總長(zhǎng)將達(dá)到20 000 km左右。這對(duì)電線電纜行業(yè)來(lái)說(shuō)既是機(jī)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(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)電線電纜專委會(huì)、中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)電力電纜分專委會(huì)論文集，2002.