李金鎖（天津冶金集團(tuán)中興盛達(dá)鋼業(yè)有限公司，天津301616）

大截面鋼芯鋁絞線的研制

李金鎖
（天津冶金集團(tuán)中興盛達(dá)鋼業(yè)有限公司，天津301616）

[摘要]介紹了超高壓、特高壓輸電線路用“JL/G1A- 1400/135- 84/19”大截面鋼芯鋁絞線生產(chǎn)工藝流程，主要原材料選擇A8型號的鋁桿，利用七道次拉拔，總壓縮率達(dá)到了77.56%，鋼芯用鍍鋅鋼絲上鋅量達(dá)到了262 g/m2，扭轉(zhuǎn)次數(shù)22~24，抗拉強(qiáng)度達(dá)到1 486 MPa，絞線的截面積達(dá)到了1 400 mm2。經(jīng)檢測，研制出的鋼芯鋁絞線各項(xiàng)力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)尺寸、電阻率等指標(biāo)均達(dá)到了研制目標(biāo)要求。

[關(guān)鍵詞]大截面；鋼芯鋁絞線；架空導(dǎo)線；輸電線路；特高壓

1　引言

在電力事業(yè)飛速發(fā)展的今天，建設(shè)500 kV及以上超、特高電壓等級的輸電網(wǎng)和線路，成為了我國“十二五”及更長一段時(shí)期電力傳輸線路建設(shè)的重點(diǎn)工程。發(fā)展超、特高壓輸電線路是實(shí)現(xiàn)大煤電、大水電、大核電、大型可再生能源集約化開發(fā)和電力高效送出的基礎(chǔ)保障，是優(yōu)化電力結(jié)構(gòu)、提高效率、促進(jìn)電力工業(yè)節(jié)能減排的重要舉措。

本文介紹了為國家電網(wǎng)超、特高壓輸電線路所開發(fā)研制的“JL/G1A-1400/135-84/19”大截面鋼芯鋁絞線，并重點(diǎn)圍繞大截面導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及從原材料到成品的整個制造過程進(jìn)行論述。

2　研制背景

近年來，國家電網(wǎng)超、特高壓輸電線路的快速發(fā)展促進(jìn)了國家輸變電技術(shù)的提高，新型輸電技術(shù)得到推廣應(yīng)用。為滿足大功率輸送電能的需要，采用了大截面導(dǎo)線輸電技術(shù)。大截面導(dǎo)線輸電技術(shù)是指超過經(jīng)濟(jì)電流密度所控制的常規(guī)的最小截面導(dǎo)線（例如220 kV，300 mm2；500 kV，4×300 mm2），而采用較大截面的導(dǎo)線（如500 kV，4×500 mm2，4× 630 mm2、4×800 mm2），以成倍提高線路的輸送能力。輸電線路中適當(dāng)增大導(dǎo)線截面積，具有有效降低輸電線損，節(jié)約導(dǎo)線用量，減少電力工程投資、降低運(yùn)營成本等優(yōu)點(diǎn)，其將會逐步成為輸電導(dǎo)線的主流優(yōu)質(zhì)線種，市場開發(fā)前景巨大。

在此行業(yè)背景下，我公司率先開發(fā)研制了“JL/ G1A-1400/135-84/19”大截面鋼芯鋁絞線，并以產(chǎn)品性能達(dá)到并超過國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1179—2008《圓線同心絞架空導(dǎo)線》作為研制目標(biāo)。

3　研制過程

3.1研制依據(jù)

以國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1179—2008《圓線同心絞架空導(dǎo)線》作為導(dǎo)線、以GB/T17048—2009《架空絞線

用硬鋁線》作為鋁單線、以GB/T3428—2002《架空絞線用鍍鋅鋼線》作為鍍鋅鋼線的研制依據(jù)，憑借長期生產(chǎn)輸電導(dǎo)線產(chǎn)品積累的成熟技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，分別制定嚴(yán)于相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求的研制目標(biāo)。

3.2大截面鋼芯鋁絞線結(jié)構(gòu)和尺寸的設(shè)計(jì)

本文研制的“JL/G1A-1400/135-（84/4.50+19/ 2.70）”大截面鋼芯鋁絞線，鋼芯部分為1×19結(jié)構(gòu)鍍鋅鋼絞線（由19根覬2.70 mm鍍鋅鋼線捻制而成）；外層采用12+18+24+30（共84根覬4.50 mm鋁單線）四層包覆，見圖1。

設(shè)計(jì)鋼芯鋁絞線標(biāo)稱截面積為1 400/135，鋁面積為1 400 mm2，與國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1179-2008《圓線同心絞架空導(dǎo)線》中同類產(chǎn)品最大鋁面積1 250 mm2相比，截面積增加12%；鋼面積為135 mm2，與標(biāo)準(zhǔn)中同類產(chǎn)品最大鋼面積100 mm2相比，截面積增加35%；達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。

圖1　 JL/GIA- 1400/135- 84/19大截面鋼芯鋁絞線結(jié)構(gòu)示意圖

3.3工藝流程（見圖2）

圖2　工藝流程圖

3.4原材料鋁桿的選擇

在原材料鋁桿的選擇上，一是考慮1 400/135鋼芯鋁絞線直徑大，導(dǎo)線的承載力高，設(shè)計(jì)主要采用大直徑的鋁單線，A8較常用A6鋁桿的抗拉強(qiáng)度要高出20 MPa，因此優(yōu)先選擇A8型號的鋁桿；二是依據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，鋁桿鋁含量≥99.6%時(shí)，總壓縮率選在70%～95%，平均壓縮率選在19%~25%范圍內(nèi)，可使鋁線獲得較高的抗拉強(qiáng)度和導(dǎo)電性，因此確定選用覬9.50 mm鋁桿；三是考慮鋁桿進(jìn)行拉拔后，鋁單線的抗拉強(qiáng)度偏差要求控制在20 MPa之內(nèi)，以確保成品鋼芯鋁絞線具有良好的均勻一致性，因此確定鋁桿的初始強(qiáng)度要符合≥125 MPa的相近強(qiáng)度級別；四是鋁桿斷后伸長率≥6%，電阻率≤28.01 Ω，確保經(jīng)過拉拔后的鋁單線的性能滿足GB/T17048—2009《架空絞線用硬鋁線》的相應(yīng)要求。

3.5鋁單線拉拔工藝的研制

選用A8覬9.50 mm鋁桿拉制覬4.50 mm鋁單線，其半成品性能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17048-2009《架空絞線用硬鋁線》指標(biāo)的要求。

3.5.1設(shè)計(jì)拉拔工藝

鋁線拉拔是鋼芯鋁絞線生產(chǎn)的關(guān)鍵工序，拉拔過程既要使鋁線合理減徑，又要保證產(chǎn)品具有良好的綜合性能。設(shè)計(jì)采用七道次拉拔，拉拔工藝見表1。

表1　 JL/G1A- 1400/135- 84/19用鋁線拉拔工藝

3.5.2細(xì)化控制拉拔工藝過程

選用A8覬9.50mm抗拉強(qiáng)度≥125 MPa的相近強(qiáng)度級別的鋁桿，以確保成品鋼芯鋁絞線具有良好的均勻一致性。

使用LHD450/13型高速鋁拉絲機(jī)，采用聚晶鉆石拉絲模，成品模具有恒速旋轉(zhuǎn)功能，可使拉伸應(yīng)力降低幾十倍，使拉制的鋁單線具有圓整性好的工藝效果。

采用含水量低，鋁屑容易沉淀、抗腐蝕性、潤滑性、流動性和抗氧化性良好的高速鋁拉絲潤滑油，在拉拔過程中起到潤滑、冷卻、清洗等作用；控制潤滑油的循環(huán)冷卻系統(tǒng),及時(shí)清理，確保鋁線拉拔后的外觀質(zhì)量。

在保證潤滑充分和良好的冷卻效果的條件下，依據(jù)出線溫度（控制低于80℃以下），確定合理的拉拔速度為10 m/s。

通過以上工藝過程的控制，使獲得的鋁單線具有以下性能優(yōu)勢，其性能見表2。

表2　 JL/G1A- 1400/135- 84/19用鋁單線檢驗(yàn)數(shù)據(jù)

拉拔后鋁單線的實(shí)際直徑控制在4.50~4.53 mm，嚴(yán)于國家標(biāo)準(zhǔn)公差為+1%d的控制范圍，偏下線的直徑控制，使導(dǎo)線各層之間的鋁線排列間隙較小，可使導(dǎo)線絞層相對緊密。

拉拔后鋁單線的實(shí)際抗拉強(qiáng)度均值為176 MPa，超過國家標(biāo)準(zhǔn)≥160 MPa指標(biāo)要求，抗拉強(qiáng)度范圍在170～190 MPa，滿足強(qiáng)度偏差控制在20 MPa之內(nèi)的工藝要求?？刂坪娩X單線的抗拉強(qiáng)度及均勻性有利于保證鋼芯鋁絞線的質(zhì)量，在符合標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，合理控制鋁單線的強(qiáng)度，避免鋁單線因強(qiáng)度過大，在絞合過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力大，造成絞制過程中出現(xiàn)斷線。同時(shí)鋁單線強(qiáng)度均勻也可保證鋼芯鋁絞線的外觀圓整，避免測試直流電阻時(shí)出現(xiàn)偏大的假象。

3.5.3鋁單線靜置

鋁單線在生產(chǎn)下線以后，必須靜止放置足夠

24 h上機(jī)絞合，確保每盤鋁單線的溫度一致，避免由于絞制時(shí)鋁單線的熱脹冷縮而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，形成蛇形，影響成品鋼芯鋁絞線的光潔度。

3.5.4定尺拉絲

鋼芯鋁絞線生產(chǎn)時(shí)，要求外層鋁線不得有焊接，以確保導(dǎo)線的表面光潔和強(qiáng)度，內(nèi)層焊接要嚴(yán)格控制接頭數(shù)，因此要求定尺拉絲，并考慮鋁單線每層絞合的節(jié)徑比不同，應(yīng)計(jì)算出準(zhǔn)確的定尺長度，避免因長度不足造成的人為焊接。

為保證焊接強(qiáng)度，不能使用熱熔焊，內(nèi)層鋁線要采用冷壓焊接，經(jīng)過實(shí)際檢測，鋁單線接頭強(qiáng)度達(dá)到167 MPa，滿足GB/T1179—2008《圓線同心絞架空導(dǎo)線》規(guī)定的焊接接頭強(qiáng)度大于130 MPa的指標(biāo)要求，保證了導(dǎo)線的整體強(qiáng)度。

3.6鍍鋅鋼絞線的研制

鋼芯鋁絞線中有鋼和鋁雙金屬存在，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，鍍鋅鋼絲的鋅層質(zhì)量對鋼芯鋁絞線的防腐性能是極其重要的，鋼芯鋁絞線的使用壽命也取決于鍍鋅鋼絞線的使用壽命。

“JL/G1A-1400/135-84/4.50+19/2.70”大截面鋼芯鋁絞線，鋼芯部分的鍍鋅鋼絞線為1×19結(jié)構(gòu)，由19根鍍鋅鋼絲經(jīng)過捻制而成。

生產(chǎn)中選用65#覬6.5 mm盤條經(jīng)拉拔和鍍鋅處理后獲得2.70 mm鍍鋅鋼絲，控制鍍鋅鋼絲直徑為（2.70±0.03）mm，嚴(yán)于（2.70±0.04）mm的標(biāo)準(zhǔn)要求。鋅層重量滿足GB/T3428-2002《架空絞線用鍍鋅鋼線》中鋅層最小重量為230 g/m2的控制要求，且標(biāo)準(zhǔn)差控制在10 g/m2范圍內(nèi)。設(shè)計(jì)鍍鋅鋼絲抗拉強(qiáng)度≥1 400 MPa，超過標(biāo)準(zhǔn)值≥1 310 MPa要求；鍍鋅鋼絲1%伸長應(yīng)力≥1 200 MPa，超過標(biāo)準(zhǔn)值≥1 140 MPa要求；扭轉(zhuǎn)次數(shù)滿足標(biāo)準(zhǔn)值≥16次，伸長率達(dá)到≥3.0%的研制目標(biāo)要求。

通過優(yōu)化鍍鋅工藝，控制抹拭電流、氮?dú)饬髁亢蜏囟?，獲得的鍍鋅鋼絲鋅層牢固、均勻，表面平整光潔，鋼絲直徑均值為2.69 mm，鋅層重量均值為259 g/m2，實(shí)際抗拉強(qiáng)度均值達(dá)到1 486 MPa，1%伸長應(yīng)力均值達(dá)到1 220 MPa，扭轉(zhuǎn)次數(shù)為22~24次，伸長率均值為5.4%，各項(xiàng)性能均達(dá)到并超過研制目標(biāo)的要求，確保了大截面導(dǎo)線的承載力和抗腐蝕性能。

按照GB/T1179—2008《圓線同心絞架空導(dǎo)線》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在捻制過程中，鍍鋅鋼絲均不應(yīng)有任何接頭，生產(chǎn)中計(jì)算定尺長度，滿足鋼絞線無電接頭捻制。鋼絞線內(nèi)鋼絲(含中心鋼絲)選擇同一直徑偏差組距、同一強(qiáng)度組距、同一鋅層級別的鍍鋅鋼絲，確保捻制后鋼絞線具有均勻一致性。

3.7絞合工藝的研制

3.7.1鋁單線靜置配盤

“JL/G1A-1400/135-84/4.50+19/2.70”大截面鋼芯鋁絞線，選用靜置24 h的鋁單線，并按照強(qiáng)度進(jìn)行配盤，控制強(qiáng)度偏差范圍在20 MPa之內(nèi)，確保鋁單線強(qiáng)度均勻，避免84根鋁單線絞合時(shí)出現(xiàn)斷裂。

3.7.2生產(chǎn)設(shè)備的選用

生產(chǎn)設(shè)備采用84盤四段框式絞線機(jī)，84根鋁線與鍍鋅鋼絞線一次絞制而成。該設(shè)備具有世界先進(jìn)水平，配有良好的預(yù)扭裝置和鋁單線張力調(diào)整裝置，采用整體上下線盤，氣動張力控制，并有自動張力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可保持張力的穩(wěn)定，使其在滿盤和淺盤時(shí)張力不發(fā)生變化。采用地軸聯(lián)動，保證絞線節(jié)距的精確、穩(wěn)定。全新的全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)控制直流電機(jī)的啟動和運(yùn)行速度，電控系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)，運(yùn)行可靠。

3.7.3導(dǎo)線節(jié)距的設(shè)計(jì)

為確保四層包覆絞合后尺寸精度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，不松散，平直度好，需要合理地設(shè)計(jì)導(dǎo)線的節(jié)距。依據(jù)84盤四段框式絞線機(jī)的設(shè)備規(guī)范，確定每段絞籠轉(zhuǎn)速。同心絞合，確保任何層的節(jié)徑比不大于緊鄰內(nèi)層的節(jié)徑比，相鄰層的絞向相反，最外層絞向?yàn)椤坝摇毕颉ＴO(shè)計(jì)1 400/135鋼芯鋁絞線的絞合工藝，經(jīng)過絞合試制，絞線排線整齊，絞合節(jié)距均勻緊密，表面光潔，取得了良好的效果，工藝參數(shù)見表3。

表3　 1 400/135鋼芯鋁絞線的絞合工藝參數(shù)

3.7.4導(dǎo)線的預(yù)成形和壓?？刂?/p>

框絞機(jī)設(shè)備上設(shè)計(jì)了預(yù)扭裝置，給以鋁單線預(yù)扭變形，使絞合后的鋁單線緊密不易松散，消除施工中絞線切斷后的散股現(xiàn)象。在絞制時(shí)使用并線模，調(diào)整每層合適的壓模尺寸，保證鋁絞線的緊密度，防止鋁單線的跳股。通過反復(fù)調(diào)試研制，確定了導(dǎo)線預(yù)扭和壓模的工藝參數(shù)，見表4。

4　成品性能

研制的“大截面鋼芯鋁絞線”經(jīng)檢、試驗(yàn)，絞合后導(dǎo)線均勻緊密，表面光潔，排線整齊，不松散。采用電磁抹拭技術(shù)，獲得的鍍鋅層厚度均勻、牢固、光滑，大大提高了鋅層厚度的可控性和產(chǎn)品的耐腐蝕性能；鋁單線抗拉強(qiáng)度達(dá)到176 MPa，強(qiáng)度偏差控制在20 MPa以內(nèi)，導(dǎo)線拉斷力能夠達(dá)到336 kN，充分滿足超、特高壓輸電線路或國家重點(diǎn)輸電線路中對導(dǎo)線的性能要求。

成品導(dǎo)線各項(xiàng)力學(xué)性能均達(dá)到并超過GB/ T1179—2008《圓線同心絞架空導(dǎo)線》國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4。

表4　 JL/G1A- 400/135- 84/19鋼芯鋁絞線檢驗(yàn)數(shù)據(jù)

5　結(jié)論

大截面導(dǎo)線在制造工藝方面較普通導(dǎo)線更為嚴(yán)格。研制過程中，對鋁單線抗拉強(qiáng)度及不均勻度的控制和對絞制過程中預(yù)扭程度的調(diào)整，都是大截

面導(dǎo)線制造過程中的關(guān)鍵技術(shù)。通過科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)卦O(shè)計(jì)工藝方案，依靠先進(jìn)的生產(chǎn)裝備，實(shí)現(xiàn)了大截面鋼芯鋁絞線的各項(xiàng)研制目標(biāo)。

研制的“JL/G1A-1400/135-84/19”鋼芯鋁絞線，最大截面為1400 mm2，與國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1179—2008《圓線同心絞架空導(dǎo)線》中同類產(chǎn)品最大導(dǎo)線面積1 250 mm2相比，導(dǎo)線截面積增加12%，達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

今后，隨著國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1179中更多導(dǎo)線型號的不斷補(bǔ)充以及與大截面導(dǎo)線配套裝備的不斷完善，大截面導(dǎo)線將會成為國家輸電線路導(dǎo)線中的主流線種，更大截面的導(dǎo)線品種也將會逐步被開發(fā)研制成功。

參考文獻(xiàn)

[1]王艷輝.鋼芯鋁絞線鋁單線抗拉強(qiáng)度的選擇及控制[J].電線電纜，2005（5）：25- 26.

[2]尹燕,朱本友,張宗軍.鋼芯鋁絞線常見質(zhì)量問題及原因分析[J].電線電纜，2005（3）：47- 48.

[3]顧坤林.大截面特高壓鋼芯鋁絞線質(zhì)量控制[J].電線電纜，2010 （3）：12- 16.

Research and Development of Steel Cored Aluminum Strand with Large Section

LI Jin-suo
(Tianjin Metallurgy Group Zhongxing Shengda Steel Industry Co., Ltd., Tianjin 301616, China)

AbstractThe paper introduces the production process flow of JL/G1A -1400/135 -84/19 steel cored aluminum strand used for ultrahigh voltage power transmission line. Main material: A8 aluminum rod; drawing passes: 7; total reduction rate: 77.56%; zinc on galvanized steel wire for steel core: up to 262 g/m2; turning number: 22~24; tensile strength: 1 486 MPa; strand section: 1 400 mm2. Inspection showed that all indices of the developed steel cored aluminum strand such as mechanical properties, structure size and resistivity fulfill the goal of research and development.

Key wordslarge section; steel cored aluminum strand; overhead conductor; power transmission line; ultrahigh voltage

作者簡介：李金鎖（1958—），男，碩士，高級工程師，主要從事金屬壓力加工方面的研究工作。

收稿日期：2014- 12- 10修回日期：2014- 12- 25

doi：10.3969/j.issn.1006-110X.2015.02.006