大长度海底电缆铅套生产工艺控制要点_任思佳_狄健_宋程成_李健
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此外，为了强化质量监管，对铅套厚度进行在线 监测，确保大长度海缆连续生产铅套的均匀性，避免 挤包缺陷的出现。通过定时记录负载电流、铅套厚 度、各区温度等关键参数，可以有效地对产品进行质 量追溯。
4 结束语
海底电缆长期在水下运行，径向阻水性能就显 得尤为重要。铅套凭借其优越的韧性、密封性、耐腐 蚀性以及封焊修补过程简单等特点，成为高压甚至 是超高压海底电力电缆径向阻水层的首选。我公司 对铅套生产工艺的控制，解决了铅套长时间连续稳 定生产的难点问题，同时为大长度海缆的连续生产 提供了可靠的技术支撑。
Key words： lead sheath； production process control； long length； submarine cable
0引言
近年来，随着海上风电项目、海上石油平台及新 岛屿资源的开发，海底电缆需求量与日俱增，单根海 缆长度越来越长，电压等级由原先的 10 ～ 35 kV 逐 渐上升到 220 kV 乃至 500 kV。海上风电及岛屿供 电等常采用铅套 + 聚乙烯护套的径向阻水结构海底 电缆。
more，the lead sheath production process is difficult to control． In order to fix all these issues，the paper shows some
ideas about equipment selection layout，reasonable matching tooling，and detailed process control measures．
［4 ］ 王国忠，游靖华． 海底电力电缆径向挡水层［J］． 电线电缆， 2013（ 3） ： 9-12．
［5 ］ Kenneth E Bow 著，王 国 忠 译． 中 压 电 缆 的 防 水 综 合 护 层 ［J］． 电线电缆，1996（ 6） ： 9-13．
［6 ］ 王金锋，郑晓泉，孔志达，等． 防水型交联聚乙烯绝缘电力 电缆结构分析 ［J］． 电线电缆，2009（ 6） ： 4-8．
收稿日期： 2015-08-28 作者简介： 任思佳（ 1986 － ） ，男，助理工程师． 作者地址： 江苏常熟市经济开发区通达路 8 号［215500］．
液体铅进入螺杆式挤铅机机身后，在机身内移 动过程中逐渐冷却，凝固挤出成型，在模套和均压环 的作用下推动线芯移动。这样的工艺特点，决定了 铅套和聚乙烯护套联动生产时，应以铅护套生产速 度为基准。挤铅机在长时间开机的情况下，需要定 时加入硬脂酸清洗螺杆，在加入硬脂酸后会出现短 时间内的 负 载 电 流 降 低，生 产 线 速 度 降 低 的 问 题。 这就需要在挤铅机和挤塑机中间配置储线装置，便 于挤塑机进行速度调整。我公司根据铅套生产工艺 特点，确定了大长度海底电缆生产所需挤铅机和挤 塑机的布局，如图 1 所示。
储线装置中，横导辊长度为 2 ～ 3 m，竖直导辊 应高出横导辊 30 cm，以防止线芯在横导辊上滑落 而受损。所有导辊均为包胶导辊，避免铅套在导辊 上滚动时，铅套与导辊接触面发生挤压变形。这种
图 3 上下振幅式储线装置 1—横导辊 2—竖导辊
上下振幅式导辊组合，可以存储 5 ～ 10 m 线芯，给予 挤塑机足够时间调整速度，配合挤铅机生产，此方案 经实践证明可以稳定可靠运行，避免因挤铅挤塑速 度不一致引起的铅套被拉脱节、擦坏等问题。
ＲEN Si-jia，DI Jian，SONG Cheng-cheng，LI Jian
（ Jiangsu Hengtong HV Power Cable System Co．，Ltd．，Changsha 215500，China）
Abstract： Due to the long length of submarine cable，it requires lead extruder should be stable for a long time． What’s
素。起车时，要以低转速 4. 5 ～ 5 r / min 启动。由于 刚开始时机身内铅的温差大，挤铅线速度要小，防止 因提速过猛而造成铅护套裂口。当铅的温度趋于动 态平衡时，可以缓缓提高挤铅线速度，正常开车时螺 杆转速在 8 ～ 10 r / min。
挤铅机的线速度由电缆直径和铅层厚度共同决 定。通常，电缆直径越大，挤铅量就越多，挤铅线速 度就会降低。同样，铅层厚度越大，挤铅线速度应降 低，不然会因为速度过快而使得铅套冷却不充分，最 终造成铅套表面有裂纹、波浪等缺陷，严重影响铅套 质量。此外，应维持整个挤铅过程中速度基本不变， 从而保证铅套厚度均匀。 3. 3 挤铅挤塑联动
输铅管温度
360 ～ 380
360 ～ 380
监测点温度 轴承 进铅面
熔铅炉温度 机身冷却水温度
润滑油温度
260 ～ 280 310 ～ 330 370 ～ 380
＜ 28 ＜ 60
240 ～ 260 330 ～ 340 370 ～ 380
＜ 35 ＜ 60
3. 2 挤铅机速度 挤铅机的速度是影响铅套质量的另一个重要因
与聚合物护套和综合护套相比，铅套能够阻挡 水分的入侵和潮气的渗透。然而如何长时间稳定生 产铅护套成为生产大长度海底电缆的一个重点问 题。本文将针对铅套生产工艺特点，从设备选型布 局、线芯保护、铅套质量控制等方面进行阐述。
1 设备选型布局
目前，活塞式间隙压铅机逐渐被螺杆式连续挤 铅机所取代，螺杆式挤铅机的挤出压力比间隙式压 铅机压力小，通过温度的控制很好地解决了铅套厚 度不稳定的问题。因为铅或铅合金本身机械强度 低，往往在生产大长度海底电缆的铅护套时，同时配 备一台挤塑机，使聚乙烯护套一起联动挤出生产，从 而避 免 了 铅 套 间 发 生 粘 连、拉 坏、横 向 竹 节 环 等 现象。
铅套模具在工作环境温度 290 ～ 310 ℃ ，压力 24 ～ 34 MPa 下，需要保持 完 好 的 结 构 尺 寸 和 光 洁 度，才能保证挤出的铅套表面光滑圆整。表 1 为不 同挤铅模具材料的使用效果对比，可见模具材料对
2016 年第 3 期 No． 3 2016
电线电缆 Electric Wire ＆ Cable
参考文献：
［1 ］ 沈 归 舫． 嵊 泗 大 长 度 海 底 电 力 电 缆［J］． 电 线 电 缆 译 丛， 1994，10（ 4） ： 7-8．
［2 ］ 沈佩芳． 220kV 大长度光纤复合海底电力电缆的研制［J］． 电线电缆，2010（ 6） ： 1-3．
［3 ］ Worzyk T． Submarine power cables： design，installation，repair， environmental aspects［M］． Springer Science ＆ Business Media， 2009．
问题描述 易生成铅的氧化物嵌入铅护套，影响其密封性能 易堵塞输铅通道导致停机； 铅层开裂 铅融化，螺杆易空转、打滑，影响挤出 铅凝固，阻力增大，可导致停车 铅管表面易粗糙，出现波纹 影响铅护套密封性能； 压力大，设备易超负荷受损
·22·
2016 年第 3 期 No． 3 2016
电线电缆 Electric Wire ＆ Cable
型区粘有少量铅渣，铅套表面有明显划痕，如图 2 所 示，并且模芯内孔收缩约 1 mm； 5CrMnMo 钢材质的 模芯 内 孔 收 缩 1 mm，整 体 长 度 增 加 0. 1 mm； 3Cr2NiMo 钢的模具未见明显结构变形。从以上试 验结果可知，3Cr2NiMo 钢经热处理后，加工成的模 具可满足大长度海缆铅套的生产要求。
2016 年第 3 期 No． 3 2016
电线电缆 Electric Wire ＆ Cable
2016 年 6 月 Jun．，2016
大长度海底电缆铅套生产工艺控制要点
任思佳， 狄 健， 宋程成， 李 健
（ 江苏亨通高压电缆有限公司，江苏 常熟 215500）
摘要： 针对海底电缆长度长，铅套需长时间连续稳定生产、工艺难以控制的特点，通过设备选型布局、工装模具
图 2 不同挤铅模具铅套表面质量 1—45#钢 2—5CrMnMo 钢 3 － 3Cr2NiMo 钢
3 工艺过程控制
3. 1 挤铅机温度 铅套生产工艺中温度是极其重要的控制点之
一。挤铅机内部各个温度体系相互关联、相互影响， 并与铅管质量息息相关。挤铅机各部位温度对铅套
质量的影响见表 2。 其中，针对机身温度分布不均引起的问题，可以
选配以及工艺过程控制，解决了铅套长时间连续稳定生产的难点问题。
关键词： 铅套； 工艺控制； 大长度； 海底电缆
中图分类号： TM247. 9
文献标识码： A
文章编号： 1672-6901（ 2016） 03-0021-03
DOI:10.16105/j.cnki.dxdl.2016.03.006
Process Control during Lead Sheath Production for Long Length Submarine Cable
［7 ］ 杨玉智，田红叶． 阻水型电力电缆的主要结构和关键工艺 ［J］． 电线电缆，2003（ 1） ： 14-16．
［8 ］ 官文彤，王贤灿，徐晓立． 浅谈高压 XLPE 电缆金属护套的 选用［J］． 福建电力与电工，2006，26（ 3） ： 21-22．
·23·
45#钢 220 kV 1 200 mm2
5 106. 5
62 96. 3 明显划痕
5CrMnMo 钢 220 kV
1 000 mm2 14
103. 2 168 97. 8
光滑圆整
3Cr2NiMo 钢 220 kV
1 000 mm2 14
103. 2 192 98. 3 光滑圆整
铅套生产的重要性。 对比三组试验发现，45#钢材质的模具在模套成
2016 年 6 月 Jun．，2016
表 3 挤铅机温度参数
项目
开车前应达到
模座温度 上部 下部
290 ～ 300 290 ～ 295
机身温度 上部 下部
310 ～ 330Байду номын сангаас330 ～ 340
（ 单位： ℃ ）
正常生产时 280 ～ 300 290 ～ 295
210 ～ 230 270 ～ 290
为了防止螺杆因粘有铅灰等杂质而导致出铅异 常或停车等问题，根据负载电流波动情况，约每 3 h 加一次硬脂酸，进行螺杆清洗。单次硬脂酸加入量 约 1 g，氮 气 压 力 0. 4 ～ 0. 5 MPa，阀 门 打 开 时 间 0. 1 ～ 0. 2 s，阀门打开角度 60° ～ 120°。
尽管如此，硬脂酸的加入仍然会引起挤铅线速 度的降低。因此，与挤塑机联动生产时，需要在挤铅 机及 挤 塑 机 间 配 备 上 下 振 幅 式 储 线 装 置，如 图 3 所示。
2 工装模具选用
2. 1 过线导辊 众所周知，铅和铅合金非常柔软，在生产过程中
必须防止机械损伤。根据以往的生产经验，常见的 问题有： 因过线导辊未对齐造成铅套开裂； 因过线导 辊有尖锐点造成铅套划伤； 因过线导辊材质过硬导 致铅套与导辊接触面挤压变形。经过不断的改良， 选用邵氏硬度为 50 ～ 60 的橡胶在尼龙过线导辊上 进行包胶处理，可以解决铅套开裂、划伤及挤压变形 等问题。 2. 2 挤铅模具
2016 年 6 月 Jun．，2016
1—铅炉
图 1 挤铅机及挤塑机布局图 2—输铅管 3—挤铅机机身 4—储线轮 5—挤塑机放线牵引
7—挤塑机 8—冷却水槽 9—挤塑机收线牵引
6—沥青涂覆装置
表 1 不同挤铅模具材料的使用效果对比
材质（ 热处理）
电缆规格
电缆长度 / km 铅套外径 / mm 持续运行时间 /h 铅套圆整度 /% 铅套表面质量
采用模座温度补偿来解决，从而保证铅上下左右各 向温度分布 均 一，使 得 铅 管 各 向 挤 出 性 能 相 近、稳 定。根据我公司多年挤铅生产实践经验，总结出挤 铅工艺温度参考范围如表 3 所示。
项目 熔铅炉温度
机身温度 模座温度
情况 过高 过低 过高 过低 过高 过低
表 2 挤铅机各部位温度对铅套质量的影响
4 结束语
海底电缆长期在水下运行，径向阻水性能就显 得尤为重要。铅套凭借其优越的韧性、密封性、耐腐 蚀性以及封焊修补过程简单等特点，成为高压甚至 是超高压海底电力电缆径向阻水层的首选。我公司 对铅套生产工艺的控制，解决了铅套长时间连续稳 定生产的难点问题，同时为大长度海缆的连续生产 提供了可靠的技术支撑。
Key words： lead sheath； production process control； long length； submarine cable
0引言
近年来，随着海上风电项目、海上石油平台及新 岛屿资源的开发，海底电缆需求量与日俱增，单根海 缆长度越来越长，电压等级由原先的 10 ～ 35 kV 逐 渐上升到 220 kV 乃至 500 kV。海上风电及岛屿供 电等常采用铅套 + 聚乙烯护套的径向阻水结构海底 电缆。
more，the lead sheath production process is difficult to control． In order to fix all these issues，the paper shows some
ideas about equipment selection layout，reasonable matching tooling，and detailed process control measures．
［4 ］ 王国忠，游靖华． 海底电力电缆径向挡水层［J］． 电线电缆， 2013（ 3） ： 9-12．
［5 ］ Kenneth E Bow 著，王 国 忠 译． 中 压 电 缆 的 防 水 综 合 护 层 ［J］． 电线电缆，1996（ 6） ： 9-13．
［6 ］ 王金锋，郑晓泉，孔志达，等． 防水型交联聚乙烯绝缘电力 电缆结构分析 ［J］． 电线电缆，2009（ 6） ： 4-8．
收稿日期： 2015-08-28 作者简介： 任思佳（ 1986 － ） ，男，助理工程师． 作者地址： 江苏常熟市经济开发区通达路 8 号［215500］．
液体铅进入螺杆式挤铅机机身后，在机身内移 动过程中逐渐冷却，凝固挤出成型，在模套和均压环 的作用下推动线芯移动。这样的工艺特点，决定了 铅套和聚乙烯护套联动生产时，应以铅护套生产速 度为基准。挤铅机在长时间开机的情况下，需要定 时加入硬脂酸清洗螺杆，在加入硬脂酸后会出现短 时间内的 负 载 电 流 降 低，生 产 线 速 度 降 低 的 问 题。 这就需要在挤铅机和挤塑机中间配置储线装置，便 于挤塑机进行速度调整。我公司根据铅套生产工艺 特点，确定了大长度海底电缆生产所需挤铅机和挤 塑机的布局，如图 1 所示。
储线装置中，横导辊长度为 2 ～ 3 m，竖直导辊 应高出横导辊 30 cm，以防止线芯在横导辊上滑落 而受损。所有导辊均为包胶导辊，避免铅套在导辊 上滚动时，铅套与导辊接触面发生挤压变形。这种
图 3 上下振幅式储线装置 1—横导辊 2—竖导辊
上下振幅式导辊组合，可以存储 5 ～ 10 m 线芯，给予 挤塑机足够时间调整速度，配合挤铅机生产，此方案 经实践证明可以稳定可靠运行，避免因挤铅挤塑速 度不一致引起的铅套被拉脱节、擦坏等问题。
ＲEN Si-jia，DI Jian，SONG Cheng-cheng，LI Jian
（ Jiangsu Hengtong HV Power Cable System Co．，Ltd．，Changsha 215500，China）
Abstract： Due to the long length of submarine cable，it requires lead extruder should be stable for a long time． What’s
素。起车时，要以低转速 4. 5 ～ 5 r / min 启动。由于 刚开始时机身内铅的温差大，挤铅线速度要小，防止 因提速过猛而造成铅护套裂口。当铅的温度趋于动 态平衡时，可以缓缓提高挤铅线速度，正常开车时螺 杆转速在 8 ～ 10 r / min。
挤铅机的线速度由电缆直径和铅层厚度共同决 定。通常，电缆直径越大，挤铅量就越多，挤铅线速 度就会降低。同样，铅层厚度越大，挤铅线速度应降 低，不然会因为速度过快而使得铅套冷却不充分，最 终造成铅套表面有裂纹、波浪等缺陷，严重影响铅套 质量。此外，应维持整个挤铅过程中速度基本不变， 从而保证铅套厚度均匀。 3. 3 挤铅挤塑联动
输铅管温度
360 ～ 380
360 ～ 380
监测点温度 轴承 进铅面
熔铅炉温度 机身冷却水温度
润滑油温度
260 ～ 280 310 ～ 330 370 ～ 380
＜ 28 ＜ 60
240 ～ 260 330 ～ 340 370 ～ 380
＜ 35 ＜ 60
3. 2 挤铅机速度 挤铅机的速度是影响铅套质量的另一个重要因
与聚合物护套和综合护套相比，铅套能够阻挡 水分的入侵和潮气的渗透。然而如何长时间稳定生 产铅护套成为生产大长度海底电缆的一个重点问 题。本文将针对铅套生产工艺特点，从设备选型布 局、线芯保护、铅套质量控制等方面进行阐述。
1 设备选型布局
目前，活塞式间隙压铅机逐渐被螺杆式连续挤 铅机所取代，螺杆式挤铅机的挤出压力比间隙式压 铅机压力小，通过温度的控制很好地解决了铅套厚 度不稳定的问题。因为铅或铅合金本身机械强度 低，往往在生产大长度海底电缆的铅护套时，同时配 备一台挤塑机，使聚乙烯护套一起联动挤出生产，从 而避 免 了 铅 套 间 发 生 粘 连、拉 坏、横 向 竹 节 环 等 现象。
铅套模具在工作环境温度 290 ～ 310 ℃ ，压力 24 ～ 34 MPa 下，需要保持 完 好 的 结 构 尺 寸 和 光 洁 度，才能保证挤出的铅套表面光滑圆整。表 1 为不 同挤铅模具材料的使用效果对比，可见模具材料对
2016 年第 3 期 No． 3 2016
电线电缆 Electric Wire ＆ Cable
参考文献：
［1 ］ 沈 归 舫． 嵊 泗 大 长 度 海 底 电 力 电 缆［J］． 电 线 电 缆 译 丛， 1994，10（ 4） ： 7-8．
［2 ］ 沈佩芳． 220kV 大长度光纤复合海底电力电缆的研制［J］． 电线电缆，2010（ 6） ： 1-3．
［3 ］ Worzyk T． Submarine power cables： design，installation，repair， environmental aspects［M］． Springer Science ＆ Business Media， 2009．
问题描述 易生成铅的氧化物嵌入铅护套，影响其密封性能 易堵塞输铅通道导致停机； 铅层开裂 铅融化，螺杆易空转、打滑，影响挤出 铅凝固，阻力增大，可导致停车 铅管表面易粗糙，出现波纹 影响铅护套密封性能； 压力大，设备易超负荷受损
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电线电缆 Electric Wire ＆ Cable
型区粘有少量铅渣，铅套表面有明显划痕，如图 2 所 示，并且模芯内孔收缩约 1 mm； 5CrMnMo 钢材质的 模芯 内 孔 收 缩 1 mm，整 体 长 度 增 加 0. 1 mm； 3Cr2NiMo 钢的模具未见明显结构变形。从以上试 验结果可知，3Cr2NiMo 钢经热处理后，加工成的模 具可满足大长度海缆铅套的生产要求。
2016 年第 3 期 No． 3 2016
电线电缆 Electric Wire ＆ Cable
2016 年 6 月 Jun．，2016
大长度海底电缆铅套生产工艺控制要点
任思佳， 狄 健， 宋程成， 李 健
（ 江苏亨通高压电缆有限公司，江苏 常熟 215500）
摘要： 针对海底电缆长度长，铅套需长时间连续稳定生产、工艺难以控制的特点，通过设备选型布局、工装模具
图 2 不同挤铅模具铅套表面质量 1—45#钢 2—5CrMnMo 钢 3 － 3Cr2NiMo 钢
3 工艺过程控制
3. 1 挤铅机温度 铅套生产工艺中温度是极其重要的控制点之
一。挤铅机内部各个温度体系相互关联、相互影响， 并与铅管质量息息相关。挤铅机各部位温度对铅套
质量的影响见表 2。 其中，针对机身温度分布不均引起的问题，可以
选配以及工艺过程控制，解决了铅套长时间连续稳定生产的难点问题。
关键词： 铅套； 工艺控制； 大长度； 海底电缆
中图分类号： TM247. 9
文献标识码： A
文章编号： 1672-6901（ 2016） 03-0021-03
DOI:10.16105/j.cnki.dxdl.2016.03.006
Process Control during Lead Sheath Production for Long Length Submarine Cable
［7 ］ 杨玉智，田红叶． 阻水型电力电缆的主要结构和关键工艺 ［J］． 电线电缆，2003（ 1） ： 14-16．
［8 ］ 官文彤，王贤灿，徐晓立． 浅谈高压 XLPE 电缆金属护套的 选用［J］． 福建电力与电工，2006，26（ 3） ： 21-22．
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45#钢 220 kV 1 200 mm2
5 106. 5
62 96. 3 明显划痕
5CrMnMo 钢 220 kV
1 000 mm2 14
103. 2 168 97. 8
光滑圆整
3Cr2NiMo 钢 220 kV
1 000 mm2 14
103. 2 192 98. 3 光滑圆整
铅套生产的重要性。 对比三组试验发现，45#钢材质的模具在模套成
2016 年 6 月 Jun．，2016
表 3 挤铅机温度参数
项目
开车前应达到
模座温度 上部 下部
290 ～ 300 290 ～ 295
机身温度 上部 下部
310 ～ 330Байду номын сангаас330 ～ 340
（ 单位： ℃ ）
正常生产时 280 ～ 300 290 ～ 295
210 ～ 230 270 ～ 290
为了防止螺杆因粘有铅灰等杂质而导致出铅异 常或停车等问题，根据负载电流波动情况，约每 3 h 加一次硬脂酸，进行螺杆清洗。单次硬脂酸加入量 约 1 g，氮 气 压 力 0. 4 ～ 0. 5 MPa，阀 门 打 开 时 间 0. 1 ～ 0. 2 s，阀门打开角度 60° ～ 120°。
尽管如此，硬脂酸的加入仍然会引起挤铅线速 度的降低。因此，与挤塑机联动生产时，需要在挤铅 机及 挤 塑 机 间 配 备 上 下 振 幅 式 储 线 装 置，如 图 3 所示。
2 工装模具选用
2. 1 过线导辊 众所周知，铅和铅合金非常柔软，在生产过程中
必须防止机械损伤。根据以往的生产经验，常见的 问题有： 因过线导辊未对齐造成铅套开裂； 因过线导 辊有尖锐点造成铅套划伤； 因过线导辊材质过硬导 致铅套与导辊接触面挤压变形。经过不断的改良， 选用邵氏硬度为 50 ～ 60 的橡胶在尼龙过线导辊上 进行包胶处理，可以解决铅套开裂、划伤及挤压变形 等问题。 2. 2 挤铅模具
2016 年 6 月 Jun．，2016
1—铅炉
图 1 挤铅机及挤塑机布局图 2—输铅管 3—挤铅机机身 4—储线轮 5—挤塑机放线牵引
7—挤塑机 8—冷却水槽 9—挤塑机收线牵引
6—沥青涂覆装置
表 1 不同挤铅模具材料的使用效果对比
材质（ 热处理）
电缆规格
电缆长度 / km 铅套外径 / mm 持续运行时间 /h 铅套圆整度 /% 铅套表面质量
采用模座温度补偿来解决，从而保证铅上下左右各 向温度分布 均 一，使 得 铅 管 各 向 挤 出 性 能 相 近、稳 定。根据我公司多年挤铅生产实践经验，总结出挤 铅工艺温度参考范围如表 3 所示。
项目 熔铅炉温度
机身温度 模座温度
情况 过高 过低 过高 过低 过高 过低
表 2 挤铅机各部位温度对铅套质量的影响