悬链式交联生产线绝缘线芯抖动问题的探讨.doc

2007 年第 5 期No . 5 2007电线电缆Electric Wire & Cable2007 年 10 月Oct. , 2007悬链式交联生产线绝缘线芯抖动问题及其解决方法的探讨钱子明,管新元,马军( 江苏亨通电力电缆有限公司, 江苏 吴江 215234)摘要: 针对悬链式交联聚乙烯绝缘电力电缆生产线在生产运行 过程中, 绝缘线 芯在悬链管 中的位置 产生周期性抖动的现象, 分析其产生抖动的主要原因, 并通过对工 装及设备进行改进, 达到抑制绝缘线芯周期性抖动的目的。关键词: 交联聚乙烯绝缘电力电缆; 悬链式交联生产线; 线芯抖动; 共振中图分类号: TM247. 1文献标识码: A文章编号: 1672 6901( 2007) 05 0030 04The Fluctuation of the Insulated Conductor in a Catenary CV Line and Counter MeasuresQIAN Zi ming, et al( Jiangsu Hengtong Power Cable Co. , Ltd. , Wujiang 215234, China)Abstract: The main factors responsible for the periodic fluctuation of the insulated conductor in the catenary pipe of anXLPE power cable production line were investigated. By improving the performance of the tooling and equipment, thisperiodic fluctuation of the insulated conductor is prohibited.Key words: XLPE power cable; catenary CV line; fluctuation of the insulated conductor; resonance0引言交联电缆生产线都存在同样问题。悬链式交联生产线往往一开始只在个别规格线芯上出现表面阶段性竹节状, 且较为轻微, 随着设备使用年限的增长, 出现竹节的现象越来越频繁, 而且会波及到其它规格和电压等级的绝缘线芯( 主要是影响小规格线芯, 大规格由于其自身重量较重, 不容易产生抖动现象) 。由于这种抖动问题的存在, 使得交联生产线无法达到正常的工艺生产速度, 影响交联生产线的生产效率。为此, 我们通过对生产状态进行长期的观察和试验, 最终总结了一些改进的方法, 能够较好地控制或解决这类现象的发生。目前, 国内用于生产 35 kV 及以下中压交联聚乙烯绝缘电缆( 以下简称交联电缆) 的悬链式交联生产线大约有 300 条左右, 其中很多生产厂家为了提高悬链线的生产效率, 在基建厂房允许的情况下, 都选择购买大长度的 悬链式交联生 产线。以管 路为10 节硫化段与 6 节硫化段的悬链线相比, 在生产同一电压等级和规格的绝缘线芯时, 生产速度可以提高将近一倍, 当然冷却段也随之加长了。一般配置这样的一条悬链线, 其从上牵引到下牵引的长度要达到 200 m 左右。悬链线跨度长, 在生产过程中如控制不当, 绝缘线芯极易在硫化管中产生抖动。如果抖动频率与悬链线长度相匹配, 将可能因谐振而造成振动的叠加, 管内的绝缘线芯将引起共振, 严重时甚至可听到绝缘线芯撞击管壁的声音, 在这种情况下绝缘线芯表面就会出现波纹或竹节。波纹或竹节现象几乎在每一条悬链式生产线上均有发生, 只不过每条悬链线的悬链系数不同, 产生这种现象的线芯规格不同而已。据了解国内有不少收稿日期: 2007 04 03作者简介: 钱子 明( 1979- ) , 男, 江 苏 吴江 人, 助理 工程师.作者地址: 江苏吴江市七都工业区 215234 .1 悬链式交联生产线绝缘线芯抖动时的现象描述图 1 为悬链式交联生产线交联管前示意图, B点为交联生产线上牵引出线口位置, A 点为机头中图1悬链式交联生产线交联管前示意图2007 年第 5 期No. 5 2007电线电缆Electric Wire & Cable2007 年 10 月Oct. , 2007心点位置, 当绝缘线芯 开始出现周期 性抖动时, 在AB 间的导电线芯会产生剧烈的振动, 生产出的绝缘线芯表面出现密集的波纹。根据经验, 振动的频率和挤塑机的振动频率相同, 振幅的大小和线芯规格、线速度、 间的距离、AB机头的倾角、放线张力、水位高低等均有关系。通过调整其中的某些因素, 抖动会有所缓解或消除。同样, 当绝缘线芯的振动开始后, 在下牵引与下封闭之间的绝缘线芯也会出现很剧烈的抖动, 主要是集中在小规格绝缘线芯上; 大规格线芯由于其自身重量的影响, 抖动的幅度不会很大。这种现象是客观存在的, 无法彻底解决, 只能通过一定的方法对其进行抑制。冷却管后, 会与冷却管壁接触摩擦并产生振动。如果是由于悬链线本身结构引起的共振, 一般都集中在个别型号规格上。我们通过对三种不同规格的绝缘芯在同一条 悬链式交联生产线上进 行了生产跟踪, 发现都会出现不同程度的抖动现象, 具体线芯规格如表 1。表 1 出现抖动的绝缘线芯规格型号和规格YJV 8. 7 10 kV 50YJV 6 10 kV 185YJV 8. 7 10 kV 240抖动线速( m min)8. 66. 85. 4线芯单重( kg m)0. 671. 852. 48线芯外径 mm19. 625. 930. 5抖动情况抖动抖动轻微抖动从绝缘线芯出现抖动的机率与频次分析, 可以认为与悬链线的自身结构应该关系不大, 并且悬链线抖动的出现不是集中在某个线芯规格上, 从小规格至大规格都存在抖动问题。排除悬链线自身结构原因的影响之后, 应从生产、控制、操作方面的因素进行检查:( 1) 交联生产时下封闭垫的密封情况。悬链线下封闭是引起交联线芯抖动主要因素之一。从以往的生产情况看, 由于上倾式悬链线冷却管道内的水量不足, 如果下封闭封得不紧, 氮气会从下封闭泄露出来。因此操作人员习惯性把下封闭封得很紧, 封闭胶垫与绝缘线芯之间摩擦会引起线芯剧烈的抖动, 表现为下牵引与下封闭之间的绝缘线芯出现上下剧烈地跳动, 当其抖动频率与硫化管长度相匹配时, 会引起绝缘线芯共振, 并使绝缘线芯表面产生波纹。( 2) 悬链线冷却管冷却水位的影响。从半悬链式交联生产线的结构分析, 由于硫化管内的线芯通过悬垂控制器调节始终处于悬链状态而且不与管壁接触, 但当绝缘线芯进入冷却管后才开始与管壁接触。因此对于上倾式悬链线而言, 冷却循环水的流a) 上倾式悬链生产线2悬链式交联生产线绝缘线芯产生周期性抖动的原因目前国内的悬链式交联生产线都是采用半悬链型, 即硫化管是悬链线, 冷却段都是直线。冷却段的直线部分还有上倾和下倾两种形式( 见图 2) , 上倾式的好处是可以降低厂房高度, 但根据实际生产经验, 由于冷却循环水的工作方式不同, 上倾式悬链线冷却循环水是从下封闭向胖管处流动, 而下倾式悬链线的冷却循环水的进水是从下封闭开始溢满整个冷却管道, 因此, 上倾式悬链线较下倾式悬链线更容易产生抖动现象。量过小, 以及水位过低均会影响绝缘线芯在管道内的状态, 以及增加线芯与管壁的摩擦力; 同时冷却水的使用不仅是对绝缘线芯进行冷却, 它还起着调节绝缘线芯进入冷却段后的触管点位置的作用, 调节触管点位置可以避免因线芯摩擦而产生的共振。( 3) 上、下牵引的走速要保持稳定。在正常情况下, 悬链线是通过悬垂控制器调节下牵引, 来满足悬链线速度的匹配和张力的恒定。在实际生产过程中, 影响上、下牵引走速的因素很多, 如牵引自身的机械振动, 绝缘线芯上的水分带到牵引皮带上引起b) 下倾式悬链生产线图2悬链线冷却段的两种倾斜的方式皮带的打滑, 悬垂控制器故障等都有可能影响下牵引的走速。还有上、下牵引的底座问题。有些厂家在安装时31半悬链上倾式结构在生产时, 绝缘线芯在进入2007 年第 5 期No. 5 2007电线电缆Electric Wire & Cable2007 年 10 月Oct. , 2007使用钢架结构, 钢具有一定的弹性, 容易产生振动问题; 特别是上牵引, 由于上牵引是整个悬链线的一个支点, 其若产生振动会直接影响悬链线的稳定运行。( 4) 导体进线角度选择不当引起的摩擦振动。正常生产时, 上牵引轮的导线出线中心应与机头模芯座中心一致, 使得导线与模芯内壁几乎不接触, 当进线角度有偏差时, 线芯将贴靠模芯内壁, 线芯不能顺利通过模芯, 易造成导电线芯的抖动, 导致绝缘挤包后电缆表面形成间距稳定而稠密的波纹, 且波峰波谷均不大。( 5) 冷却管内冷却水温对线芯抖动的影响。交联冷却管内的水温如果过高将直接影响交联线芯的出线温度, 在压力相同条件下, 绝缘线芯的摩擦系数增加, 线芯容易在下封闭处与封闭垫之间产生摩擦振动。( 6) 悬垂控制器接地不良, 也会引起线芯间歇性抖动。悬垂控制器是悬链式生产线的核心部件,其通过环形变压器的闭环回路形成一个交变电流,并在导体内形成一个磁场, 通过磁场强度来调节线芯在管道内的中点位置。若外界电磁场对其进行干扰, 就会产生中点的变化, 严重时线芯出现大幅地摆动, 特别是在对焊机连接导体的接头时, 对电网的冲击较大, 更容易产生。消除悬垂控制器受干扰的方法:保持悬垂控制器的良好接地; ! 悬垂控制器使用电源应保持稳定, 最好与其他设备分开。根据悬链线出现波动的现象, 可以判断造成牵引走速不稳的原因。绝缘线芯在发生抖动时, 一般都会给中点位置带来波动, 如果波动的频率小而幅度大时, 很可能是悬垂控制器故障, 对下牵引反馈的信号偏差较大引起; 如果波动的频率高且幅度小时,则可能是牵引自身的机械振动、皮带打滑或管路中的绝缘线芯与冷却管壁的摩擦引起, 此抖动多为周期性或阶段性的。因为无论是机械振动、皮带打滑还是管壁的摩擦, 对于悬链线来说都是一个振源, 它的传递与积聚具有一定周期性和阶段性。增加一个抑制抖动的导轮, 以减缓绝缘线芯的振动。( 2) 确保冷却循环水正常的供给。经常检查水循环系统, 保证上水流道的通畅, 由于散热装置中的散热片容易被水垢堵塞, 因此特别要注意冷却循环水散热装置的运转是否正常。水量会影响水位, 进而影响线芯在悬链式交联生产线触管点的位置, 这对于改变悬链线的固有频率, 破坏悬链线的共振点有帮助, 因此必须确保冷却管道内的水量足够大。( 3) 确保上、下牵引的走速平稳。交联生产线的牵引方式有履带牵引和平皮带牵引等两种。履带牵引机因牵引轮直径大, 靠端轴支撑, 设备长期运行后, 因传动轴和轴承的磨损, 容易产生转动不平稳现象。因此, 应对设备进行定期的维护保养。( 4) 控制好导电线芯进线角度。当绝缘线芯出现抖动现象时, 导电线芯在上牵引出线口和机头中心点之间的抖动会很剧烈。因此为了抑制此处的抖动现象, 我们在交联机头前加装了一个进线导轮, 一方面可以缓冲上牵引与机头间的振动问题; 另一方面可以通过此处的导轮更准确地调节导电线芯进入十字机头的进线角度, 避免导体与模芯接触, 防止导电线芯不能顺利通过模芯而造成抖动现象。导轮的安装示意图见图 3, 建议在安装时使用一个托轮和一个配重轮, 导轮与线芯接触面的材料最好使用橡胶, 其可以吸收导电线芯表面的绞纹与导轮接触时产生的振动, 这种方法虽然不能彻底解决抖动问题, 但确实能很好地抑制抖动的产生。图 3 进线 导轮3消除绝缘线芯抖动的措施根据对绝缘线芯产生周期性抖动原因的分析,( 5) 减轻绝缘线芯与冷却管壁之间的摩擦。从整个悬链线生产的原理分析, 硫化管内的线芯肯定是与管壁不接触的; 产生振动的主要起因点是绝缘线芯在冷却管内的接触摩擦。因此从理论上来看只要能解决线芯与管壁的摩擦问题, 就可以解决线芯的抖动问题, 具体的实施方案如图 4。在靠近胖管的冷却管内依次装入 5 6 个坡形导轮, 托起向前移动的绝缘线芯, 以减小线芯与管壁的摩擦, 这样可以( 下 转第 36 页)我们主要通过以下方法进行改进和控制, 以抑制绝缘线芯抖动的产生:( 1) 控制好下封闭的密封度。适当调节好悬链线下封闭的松紧度, 控制好出水的流量。下封闭胶垫材料宜选用软质硅橡胶, 其耐磨性好、柔软、密封效果好。此外由于下封闭处胶垫与绝缘线芯的摩擦是主要的振源之一, 因此可在下封闭与下牵引之间322007 年第 5 期No. 5 2007电线电缆Electric Wire & Cable2007 年 10 月Oct. , 20074结论为了计算埋地电 力电缆的载流量和温度场分布, 本文在有限差分的基础上建立计算模型。本模型可以充分考虑电缆各层材料导热系数和电缆周围媒质对电缆温升的影响。采用变步长网格划分方法从而 减少计算工作量但仍可 保证计算精度, 可以对直埋电力电缆的暂态( 如短路和过载) 和稳态情况进行准确的数值模拟。图 5 中间相电缆计 算值与试验值的比较本程序可以完成以下计算: 任意位置埋设电缆的温度场分布计算; 多根电缆温度场分布计算; 任意形式、截面的电缆的温度场分布计算; 不同土壤特性条件下的温度场分布计算。采用本文方法可预计地下电缆的温度值, 确保电缆在安全温度范围内工作, 对电缆的敷设和运行有指导意义, 具有很好的工程应用价值。参考文献:图6电缆各层的稳态温度( ) 的分布 1Tarasiewicz E, Kuff el E, Grzybowski S. Calculation of temperaturedistribut ion within cable trench backfill and surrounding soil J . IEEETrans. Power apparat . Syst, 1985, PAS 104: 1973 1978.程序计算图。由图 7 中可以看出, 开始时温度增加很快, 当时间达到 10 h 以后趋于稳态, 这和实际情况是一致的。 2Gela G, Day J J. Calculation of thermal field of underground cablesusing the boundary element method J . IEEE Trans. Power Delivery,1988, ( 3) : 1341 1347. 3Hanna M A