CN105206336A - 一种大截面钢芯铝绞线及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大截面钢芯铝绞线，所述钢芯部分为三层，由中心层、内层和外层构成，内层逆时针绞合在中心层外缘，外层顺时针绞合在内层外缘；所述铝线部分为四层，由最内层、邻内层、邻外层和最外层构成，最内层逆时针绞合在外层外缘，邻内层顺时针绞合在最内层外缘，邻外层逆时针绞合在邻内层外缘，最外层顺时针绞合在邻外层外缘。本发明中，绞合后的钢芯铝绞线均匀紧密，表面光洁，排线整齐，不松散，导电性能好、载流量大、耐腐蚀性强、使用寿命长，拉断力能够达到336千牛，充分满足500千伏、750千伏、1000千伏等超、特高压输电线路或国家重点输电线路中对导线的性能要求。
Description
技术领域
本发明属于钢芯铝绞线结构领域，尤其是一种大截面钢芯铝绞线及其制造方法。
背景技术
架空绝缘电缆因其结构简单、安全可靠以及经济耐用等优点在输电线路中被广泛使用，其结构由钢芯铝绞线、导体屏蔽层和绝缘层构成，导体屏蔽层包覆在钢芯铝绞线外缘，绝缘层包覆在导体屏蔽层的外缘，其中的钢芯铝绞线是由多层铝线绞合在镀锌钢线外的加强型导线。
近年来，国家电网超、特高压输电线路的快速发展促进了国家输变电技术的提高，新型输电技术得到推广应用，如为满足大功率输送电能的需要而采用的大截面钢芯铝绞线，即超过经济电流密度所控制的常规的最小截面导线(例如220kV，300mm2；500kV，4×300mm2)而采用的较大截面的导线(如500kV，4×500mm2，4×630mm2、4×800mm2)，这样可以成倍提高线路的输送能力，能有效降低输电线损、节约导线用量、减少电力工程投资、降低运营成本，但现有的最大截面的钢芯铝绞线还可以进一步提高其性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供结构合理、强度高且承载力高的一种大截面钢芯铝绞线。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种大截面钢芯铝绞线，由中心处的钢芯部分和铝线部分构成，其特征在于：所述钢芯部分为三层，由中心层、内层和外层构成，内层逆时针绞合在中心层外缘，外层顺时针绞合在内层外缘，中心层、内层和外层的镀锌钢丝数量为1、6和12；
所述铝线部分为四层，由最内层、邻内层、邻外层和最外层构成，最内层逆时针绞合在外层外缘，邻内层顺时针绞合在最内层外缘，邻外层逆时针绞合在邻内层外缘，最外层顺时针绞合在邻外层外缘，最内层、邻内层、邻外层和最外层的铝线的数量为12、18、24和30。
而且，所述钢芯部分的每根镀锌钢丝的直径为2.69～2.71毫米且三层绞合后的截面积为135平方毫米，所述铝线部分的每根铝线的直径为4.50～4.53毫米且铝线部分和钢芯部分复合后的截面积为1400平方毫米。
而且，所述镀锌钢丝的直径均值为2.70毫米，镀锌层的重量均值为259克/平方米，抗拉强度均值为1486兆帕，1％伸长应力均值为1220兆帕，扭转次数为22～24次，伸长率均值为5.4％。
而且，所述铝线的直径均值为4.52毫米，抗拉强度均值为176兆帕，强度偏差小于20兆帕，电阻率为27.86。
本发明另一个目的是提供一种大截面钢芯铝绞线的制造方法，其特征在于：包括制备镀锌钢绞线、制备铝线和钢芯铝绞线绞合；
所述制备镀锌钢绞线的原料为65#Φ6.5毫米的盘条；
所述制备铝线的原料为A8Φ9.50毫米的铝杆，拉拔的总压缩率为77.56％，平均压缩率为19.22％，第1道次拉拔由9.50至9.10，第2道次拉拔由9.10至7.97，第3道次拉拔由7.97至6.97，第4道次拉拔由6.97至6.10，第5道次拉拔由6.10至5.33，第6道次拉拔由5.33至4.66，第7道次拉拔由4.66至4.50，拉拔速度为10米/秒，铝线制成后放置24小时；
所述钢芯铝绞线绞合采用84盘框式绞线机；
钢芯部分：内层的外径为8.1毫米，节距为158±5毫米，节径比为19.51，绞合方向为逆时针；外层的外径为13.5毫米，节距为246±5毫米，节径比为18.22，绞合方向为顺时针；
铝线部分：最内层的外径为22.5毫米，节距为342±5毫米，节径比为15.20，绞合方向为逆时针；邻内层的外径为31.5毫米，节距为437±5毫米，节径比为13.87，绞合方向为顺时针；邻外层的外径为40.5毫米，节距为495±5毫米，节径比为12.22，绞合方向为逆时针；最外层的外径为49.5毫米，节距为562±5毫米，节径比为11.35，绞合方向为顺时针。
本发明的优点和积极效果是：
本发明中，钢芯部分为依次包覆在一起的三层，每层镀锌钢丝的数量为1、6和12，铝线部分为依次包覆在一起的四层，每层铝线的数量为12、18、24和30，制成的钢芯铝绞线的截面积为1400平方毫米，比现有技术增加了12％，钢芯部分的截面积为135平方毫米，比现有技术增加了35％，绞合后的钢芯铝绞线均匀紧密，表面光洁，排线整齐，不松散，导电性能好、载流量大、耐腐蚀性强、使用寿命长，拉断力能够达到336千牛，充分满足500千伏、750千伏、1000千伏等超、特高压输电线路或国家重点输电线路中对导线的性能要求。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种大截面钢芯铝绞线，如图1所示，由中心处的钢芯部分和铝线部分构成，本发明的创新点在于：所述钢芯部分为三层，由中心层7、内层6和外层5构成，内层逆时针绞合在中心层外缘，外层顺时针绞合在内层外缘，中心层、内层和外层的镀锌钢丝数量为1、6和12；
所述铝线部分为四层，由最内层4、邻内层3、邻外层2和最外层1构成，最内层逆时针绞合在外层外缘，邻内层顺时针绞合在最内层外缘，邻外层逆时针绞合在邻内层外缘，最外层顺时针绞合在邻外层外缘，最内层、邻内层、邻外层和最外层的铝线的数量为12、18、24和30。
本实施例中，所述钢芯部分的每根镀锌钢丝的直径为2.69～2.71毫米且三层绞合后的截面积为135平方毫米，所述铝线部分的每根铝线的直径为4.50～4.53毫米且铝线部分和钢芯部分复合后的截面积为1400平方毫米。
制得的成品性能见表1：
表1：性能分析
本发明另一个目的是提供一种大截面钢芯铝绞线的制造方法，其特征在于：包括制备镀锌钢绞线、制备铝线和钢芯铝绞线绞合；
所述制备镀锌钢绞线的原料为65#Φ6.5毫米的盘条；控制镀锌钢丝直径为2.70(+0.03，-0.03)毫米，锌层最小重量为230克/平方毫米，且标准差控制在10克/平方毫米范围内，抗拉强度≥1400兆帕，1％伸长应力≥1200兆帕，扭转次数≥16次，伸长率达到≥3.0％。
通过优化镀锌工艺，控制抹拭电流、氮气流量和温度，获得的镀锌钢丝锌层牢固、均匀，表面平整光洁，所述镀锌钢丝的直径均值为2.70毫米，镀锌层的重量均值为314克/平方米，抗拉强度均值为1731.7兆帕，1％伸长应力均值为1441兆帕，扭转次数为29次，伸长率均值为5.2％，各项性能确保了大截面导线的承载力和抗腐蚀性能。
所述制备铝线的原料为A8Φ9.50毫米的铝杆，铝线在拉拔过程中受到强烈的塑性变形，材料内部的微观结构发生明显变化，影响导线的力学性能和导电能力。拉拔过程既要保证拉拔顺利进行，使铝丝合理减径，又要保证产品具有良好的综合性能，因此确定拉拔工艺的总压缩率和部分压缩率成为拉拔工艺的关键。实践证明，铝杆铝含量≥99.6％时，总压缩率选在70％～95％，平均压缩率选在19％～25％范围，可使铝丝获得较高的抗拉强度和导电性。拉拔道次的设置见表2：
表2：拉拔道次
拉拔采用LHD450/13型高速铝拉丝机，成品模具有恒速旋转功能，可使拉伸应力降低几十倍，使拉制的铝单线具有圆整性好的工艺效果；采用优质矿物油为基质的润滑油，对铝线起到润滑、冷却、清洗等作用，提高铝线的外观质量；在保证润滑充分和良好的冷却效果的条件下，依据出线温度(控制低于80℃以下)，确定合理的拉拔速度为10m/s。
控制好铝单线的抗拉强度及均匀性有利于钢芯铝绞线的生产，在符合标准要求的前提下，强度较小的铝线塑性较好，绞制中不易断线，同时铝线强度均匀则可保证钢芯铝绞线的外观圆整，并可避免测试直流电阻时出现偏大的假象。
拉拔后的铝线直径均值为4.52毫米，抗拉强度均值为184兆帕，电阻率为27.86。铝线在生产下线以后，静止放置足够24小时上机绞合，确保每盘铝线的温度一致，避免铝线存在着残余应力，形成蛇形弯，影响成品导线的光洁度。每盘铝线的强度偏差控制在20MPa之内，进行配盘生产，避免铝线因强度不均匀而引起的外观不圆整，易断线等情况出现。
钢芯铝绞线生产时，要求外层铝线不得有焊接，以确保导线的表面光洁和强度，内层焊接要严格控制接头数，因此要求定尺拉丝，并考虑铝线每层绞合的节径比不同，应计算出准确的定尺长度，避免因长度不足造成的人为焊接。为保证焊接强度，不能使用热熔焊，内层铝线要采用冷压焊接，经过实际检测，铝线接头强度达到167MPa，满足GB/T1179-2008《圆线同心绞架空导线》规定的焊接接头强度大于130MPa的指标要求，保证了导线的整体强度。
生产设备采用84盘四段框式绞线机，84根铝线与镀锌钢绞线一次绞制而成，该设备具有世界先进水平，配有良好的预扭装置和铝单线张力调整装置，采用整体上下线盘，气动张力控制，并有自动张力调节机构可保持张力的稳定，使其在满盘和浅盘时张力不发生变化，采用地轴联动，保证绞线节距的精确，稳定，全新的全数字直流调速系统控制直流电机的启动和运行速度，电控系统技术先进，运行可靠。
钢芯部分：
内层的外径为8.1毫米，节距为158±5毫米，节径比为19.51，绞合方向为逆时针，压模尺寸为7.00毫米，预扭距离为142毫米，压下高度为34毫米，长度系数为1.0058，长度为220米/轴，打轴长度为222米；
外层的外径为13.5毫米，节距为246±5毫米，节径比为18.22，绞合方向为顺时针，压模尺寸为12毫米，预扭距离为221毫米，压下高度为54毫米，长度系数为1.0095，长度为220米/轴，打轴长度为223米。
铝线部分：
为确保四层包覆绞合后尺寸精度达到标准规定，不松散，平直度好，应合理的设计导线的节距。导线的节距长度为每层单线形成一个完整螺旋的轴向长度，绞线中单线的节距与该层的外径之比称为节径比。为保证绞线的质量，应确保每层节径比符合标准的要求。
为了减少绞制后铝单线的内应力，确保导线在施工过程中不易松散，框绞机设备上设计了预扭装置，使铝单线在进入并线模前形成S形走向，给以预扭变形，使绞合后的铝单线紧密不易松散，消除施工中绞线切断后的散股现象。
根据铝单线的直径大小合理地调节成品出线时的预成形装置，导线在该装置内作纵向和横向呈峰形曲线的变化，从而最大程度的消除铝线绞合后的内应力，使绞合后的导线平直、紧密，充分满足用户的使用要求。
在绞制时使用并线模，使用上下对称的硬质木模，调整每层合适的压模尺寸，保证铝绞线的紧密度，防止铝单线的跳股。
最内层的外径为22.5毫米，节距为342±5毫米，节径比为15.20，绞合方向为逆时针，压模尺寸为22毫米，预扭距离为325毫米，压下距离为18毫米，绞龙转速为119.4，长度系数为1.0137，长度为220米/轴，打轴长度为224米；
邻内层的外径为31.5毫米，节距为437±5毫米，节径比为13.87，绞合方向为顺时针，压模尺寸为31毫米，预扭距离为415毫米，压下距离为27毫米，绞龙转速为93.4，长度系数为1.0188，长度为220米/轴，打轴长度为226米；
邻外层的外径为40.5毫米，节距为495±5毫米，节径比为12.22，绞合方向为逆时针，压模尺寸为40毫米，预扭距离为470毫米，压下距离为36毫米，绞龙转速为82.4，长度系数为1.0261，长度为220米/轴，打轴长度为227米；
最外层的外径为49.5毫米，节距为562±5毫米，节径比为11.35，绞合方向为顺时针，压模尺寸为49毫米，预扭距离为534毫米，压下距离为45毫米，绞龙转速为72.7，长度系数为1.0316，长度为220米/轴，打轴长度为228米。
经过检测：钢芯铝绞线的线膨胀系数为α＝21.3×10-6(1/℃)；弹性模量为65.3GPa；平整度的平均值为0.2毫米；无张力和30％RTS张力下的绞线周长变化率均值为0.18％；3.00×107次连续振动疲劳试验的悬垂线夹处的导线无任何开裂断股现象；15％、25％和40％RTS的张力下的10年的蠕变量分别为322毫米/公里、520毫米/公里和904毫米/公里。
本发明中，钢芯部分为依次包覆在一起的三层，每层镀锌钢丝的数量为1、6和12，铝线部分为依次包覆在一起的四层，每层铝线的数量为12、18、24和30，制成的钢芯铝绞线的截面积为1400平方毫米，比现有技术增加了12％，钢芯部分的截面积为135平方毫米，比现有技术增加了35％，绞合后的钢芯铝绞线均匀紧密，表面光洁，排线整齐，不松散，导电性能好、载流量大、耐腐蚀性强、使用寿命长，拉断力能够达到336千牛，充分满足500千伏、750千伏、1000千伏等超、特高压输电线路或国家重点输电线路中对导线的性能要求。
Claims (5)
1.一种大截面钢芯铝绞线，由中心处的钢芯部分和铝线部分构成，其特征在于：所述钢芯部分为三层，由中心层、内层和外层构成，内层逆时针绞合在中心层外缘，外层顺时针绞合在内层外缘，中心层、内层和外层的镀锌钢丝数量为1、6和12；
所述铝线部分为四层，由最内层、邻内层、邻外层和最外层构成，最内层逆时针绞合在外层外缘，邻内层顺时针绞合在最内层外缘，邻外层逆时针绞合在邻内层外缘，最外层顺时针绞合在邻外层外缘，最内层、邻内层、邻外层和最外层的铝线的数量为12、18、24和30。
2.根据权利要求2所述的一种大截面钢芯铝绞线，其特征在于：所述钢芯部分的每根镀锌钢丝的直径为2.69～2.71毫米且三层绞合后的截面积为135平方毫米，所述铝线部分的每根铝线的直径为4.50～4.53毫米且铝线部分和钢芯部分复合后的截面积为1400平方毫米。
3.根据权利要求3所述的一种大截面钢芯铝绞线，其特征在于：所述镀锌钢丝的直径均值为2.70毫米，镀锌层的重量均值为314克/平方米，抗拉强度均值为1731.7兆帕，1％伸长应力均值为1441兆帕，扭转次数为29次，伸长率均值为5.2％。
4.根据权利要求3所述的一种大截面钢芯铝绞线，其特征在于：所述铝线的直径均值为4.52毫米，抗拉强度均值为184兆帕，强度偏差小于20兆帕，电阻率为27.86。
5.根据权利要求4所述的一种大截面钢芯铝绞线的制造方法，其特征在于：包括制备镀锌钢绞线、制备铝线和钢芯铝绞线绞合；
所述制备镀锌钢绞线的原料为65#Φ6.5毫米的盘条；
所述制备铝线的原料为A8Φ9.50毫米的铝杆，拉拔的总压缩率为77.56％，平均压缩率为19.22％，第1道次拉拔由9.50至9.10，第2道次拉拔由9.10至7.97，第3道次拉拔由7.97至6.97，第4道次拉拔由6.97至6.10，第5道次拉拔由6.10至5.33，第6道次拉拔由5.33至4.66，第7道次拉拔由4.66至4.50，拉拔速度为10米/秒，铝线制成后放置24小时；
所述钢芯铝绞线绞合采用84盘框式绞线机；
钢芯部分：内层的外径为8.1毫米，节距为158±5毫米，节径比为19.51，绞合方向为逆时针；外层的外径为13.5毫米，节距为246±5毫米，节径比为18.22，绞合方向为顺时针；
铝线部分：最内层的外径为22.5毫米，节距为342±5毫米，节径比为15.20，绞合方向为逆时针；邻内层的外径为31.5毫米，节距为437±5毫米，节径比为13.87，绞合方向为顺时针；邻外层的外径为40.5毫米，节距为495±5毫米，节径比为12.22，绞合方向为逆时针；最外层的外径为49.5毫米，节距为562±5毫米，节径比为11.35，绞合方向为顺时针。
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