CN113380464B - 一种节本增效用海底电缆导体加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种节本增效用海底电缆导体加工方法，包括以下步骤：1）、将铜丝、金属丝表面的氧化膜层清理并保持干净呈金属光泽；2）、将铜丝、金属丝对焊焊接，得到导体单丝；3）、将导体单丝表面进行精处理；4）、将若干根经步骤3）表面精处理后的导体单丝绞合紧压得到由若干层导体单丝构成的海底电缆用导体；若干根导体单丝绞合紧压操作时，若干根导体单丝上的铜丝、金属丝对焊焊点之间间隔距离保持在30cm以上。通过本发明，在保证绞合后导体整体机械性能和电气性能的前提下，可有效降低导体的制造成本，进而降低海缆的制造成本。

Description

一种节本增效用海底电缆导体加工方法

技术领域

本发明涉及一种节本增效用海底电缆导体加工方法，属于海缆技术领域。

背景技术

海底电缆作为海洋工程开发的重要组成部分，主要用于海上风电、海上油气平台、海洋矿物开采、岛屿电网互联等海洋工程领域的能源传输。传统海缆采用铜作为导体的制作材料，但铜的市场价格较高，当用于长距离传输时，铜的用量非常大，制造一根大长度铜芯海缆所需成本的构成中，铜的比例占到了40%以上，导致传统海缆的制造成本居高不下，不利于海上风电事业的发展。由于铜的密度较大，随着海缆敷设长度的增加，大长度铜芯海缆的重量比较大，导致安装敷设成本高，敷设效率受到很大影响。

铝或铝合金作为另一种导体制作材料，具有耐腐蚀、导热性好、伸长率高、机械性能好、环保等特点，原材料价格远低于铜，在敷设区间内采用铝或铝合金导体代替铜导体，能大大降低海缆的成本，其密度也低于铜，可有效降低海缆重量，利于敷设，提高效率。传统的导体焊接技术采用整体焊接外加金属套管保护，这种方式的主要缺陷在于焊接的导体内部不牢固，可靠性差，焊接强度和弯曲性能不能满足海缆的要求；电气性能不稳定，易出现电阻不合格现象；焊接点处外径偏大，修整效果不理想。另外海缆导体整体焊接外加保护套管的方式无法保证海缆连续一体化生产，需在海缆绝缘结构上增加接头，破坏绝缘一体性，影响海缆运行稳定，且对于不同截面的导体要定制相应尺寸的接头，直接增加了制造成本。因此，有必要在保障导体焊接后整体机械性能和电气性能的前提下，研究出一种更优的导体加工方法。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有问题，提供一种节本增效用海底电缆导体加工方法。

本发明的技术方案是：一种节本增效用海底电缆用导体加工方法，其特征是，包括以下步骤：

1）、准备铜丝、金属丝，所述金属丝为铝丝或铝合金丝；将铜丝、金属丝表面的氧化膜层清理并保持干净呈金属光泽；

2）、将铜丝、金属丝对焊焊接，得到导体单丝；

3）、将经步骤2）焊接形成的导体单丝表面进行精处理，导体单丝上的铜丝、金属丝对焊焊点部位不得有横向裂纹，不允许表面出现有毛刺、偏心、弯折缺陷；

4）、将若干根经步骤3）表面精处理后的导体单丝绞合紧压得到由若干层导体单丝构成的海底电缆用导体；

若干根导体单丝绞合紧压操作时，将导体单丝同材质端束集，分层绞合紧压，每层绞向相同，相邻层绞合方向相反；

若干根导体单丝绞合紧压操作时，将导体单丝上的铜丝、金属丝对焊焊点之间间隔距离保持在30cm以上。

步骤2）中，铜丝与金属丝直径相同，焊接后的导体单丝抗拉强度达到金属丝抗拉强度的85%以上。

步骤2）中，将铜丝和金属丝分别从两端放入焊接机的夹具中并进行对焊。

步骤4）中，得到的海底电缆用导体形成三段，完全为铜丝材质的部分为铜丝导体段，含有铜丝材质、金属丝材质的部分为铜丝、金属丝过渡导体段，完全为金属丝材质的部分为金属丝导体段。

本发明方法先进科学，通过本发明，提供的一种节本增效用海底电缆导体加工方法，先对铜丝和金属丝进行导体单丝对焊焊接，再绞合成导体整体，在保证绞合后导体整体机械性能和电气性能的前提下，可有效降低导体的制造成本，进而降低海缆的制造成本；导体材料采用铝或铝合金替代铜，在满足区间载流量要求的同时，可尽量减轻海缆重量，方便运输和敷设安装。从而具有很大的市场应用与推广价值。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明中导体单丝结构示意图；

图3是本发明中金属丝导体段截面图；

图4 是本发明中铜丝、金属丝过渡导体段截面图；

图5 是本发明中铜丝导体段截面图；

图中：1铜丝、2金属丝、3铜丝、金属丝对焊焊点、4铜丝导体段、5铜丝、金属丝过渡导体段、6金属丝导体段。

具体实施方法

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。但本发明的保护范围并不仅限于此：

一种节本增效用海底电缆导体加工方法，包括以下步骤：

1）、准备铜丝1、金属丝2，所述金属丝2为铝丝或铝合金丝；将铜丝1、金属丝2表面的氧化膜层清理并保持干净呈金属光泽；

2）、将铜丝1、金属丝2对焊焊接，得到导体单丝；

3）、将经步骤2）焊接形成的导体单丝表面进行精处理，导体单丝上的铜丝、金属丝对焊焊点部位不得有横向裂纹，不允许表面出现有毛刺、偏心、弯折缺陷；

4）、将若干根经步骤3）表面精处理后的导体单丝绞合紧压得到由若干层导体单丝构成的海底电缆用导体；

若干根导体单丝绞合紧压操作时，将导体单丝同材质端束集，分层绞合紧压，每层绞向相同，相邻层绞合方向相反；

若干根导体单丝绞合紧压操作时，若干根导体单丝上的铜丝、金属丝对焊焊点3之间间隔距离保持在30cm以上；

步骤2）中，铜丝与金属丝直径相同，焊接后的导体单丝抗拉强度达到金属丝抗拉强度的85%以上。本实施例中导体单丝直径为3.78mm，焊接后的导体单丝抗拉强度范围为160~170Mpa，可达到金属丝抗拉强度的90%。

步骤2）中，将铜丝和金属丝分别从两端放入焊接机的夹具中并进行对焊。

步骤4）中，得到的海底电缆用导体形成三段，完全为铜丝材质的部分为铜丝导体段4，含有铜丝材质、金属丝材质的部分为铜丝、金属丝过渡导体段5，完全为金属丝材质的部分为金属丝导体段6。

参见图1所示，一种节本增效用海底电缆导体加工方法加工出的海底电缆用导体，海底电缆用导体按照材料不同被分成三段，包括铜丝导体段4、铜丝、金属丝过渡导体段5和金属丝导体段6。一般情况下，本技术方案更推荐应用于海缆截面积不小于300mm²的导体。

参见图3、4、5所示，海底电缆用导体采用铜丝、金属丝导体单丝对焊后分层绞合紧压成圆形，导体截面包括金属丝导体段截面、铜丝、金属丝过渡导体段截面和铜丝导体段截面。为了保证导体整体的机械性能和电气性能，导体单丝之间铜丝、金属丝对焊焊点以及导体每层之间铜丝、金属丝对焊的焊点间隔距离均要保持在30cm以上。图3是本发明中金属丝导体段截面图；图4 是本发明中铜丝、金属丝过渡导体段截面图；图5 是本发明中铜丝导体段截面图。

传统海缆采用铜作为导体的制作材料。海缆常见敷设场景包括海床段和登陆段，由于海床段土壤热阻不高、散热条件相对较好，传统的铜芯海缆在这段区间的电能输送容量损耗较小，海床段敷设长度远大于登陆段，当用于长距离传输时，铜的用量非常大，而铜的价格昂贵，制造一根大长度铜芯海缆所需成本的构成中，铜的比例就占到了一大部分，且随着海缆截面积增大，占比部分也不断增加，甚至超过50%，导致海缆的成本居高不下，且铜的密度较大，导致海缆本身的重量也比较大，不利于海缆的敷设安装，增加了安装敷设成本，降低了敷设效率。铝或铝合金作为海缆标准中定义的用作导体制造的另一材料，具有耐腐蚀、导热性好、伸长率高、机械性能好、环保等特点，并且在原材料价格上远低于铜，若将海床段海缆的导体材料由铜换成铝或铝合金，虽然导电性能有所下降，但相同结构尺寸的铝芯或铝合金芯海缆载流量依然能达到铜芯海缆的80%左右，满足海床段敷设载流量的要求，成本却能降低至少20%，大幅度降低海缆的制造成本价格，且铝或铝合金的密度小，相比于同截面传统铜芯海缆，铝芯或铝合金芯海缆的重量下降了6.9%以上，有利于海缆的安装敷设，提高敷设效率，降低安装敷设的成本。

另外，若单纯用铝或铝合金材料制作海缆导体，铝导体或铝合金导体在海缆终端处存在与电缆终端端头接触不良的隐患，存在潜在风险，这也是铝芯或铝合金芯海缆在实际项目中应用没有被广泛普及的原因之一，而本发明专利提出的导体加工方法可以保证海缆导体两端的终端接触部分仍保留铜导体段，并在海缆敷设环境散热差的陆地段采用铜导体，在敷设环境散热好的海床段采用铝导体或铝合金导体，能够在降本增效的基础上综合地解决上述涉及的问题。

参见图2所示，导体采用铜丝、金属丝对焊工艺方式是拉丝工艺后导体单丝对焊，对焊的铜丝和金属丝直径相等，并达到标准所要求值。传统的导体焊接方式采用绞合后的导体整体焊接并外加金属套管进行保护，该方式的主要缺陷在于导体内部焊接不牢固，可靠性差，焊接强度不能满足海缆的要求；电气性能不稳定，易出现电阻不合格现象；焊接点处外径偏大，修整效果不理想。海缆异种导体整体焊接外加保护套管的方式会导致导体过渡段的外径大于两端，绝缘挤塑无法一体化连续生产，必须在绝缘结构上制作接头，破坏了海缆绝缘结构一体性，增大了海缆运行隐患，也增加了制造成本。本发明所述导体焊接方式，是先进行导体单丝对焊再进行导体绞合，能有效保证焊接后导体的机械性能和电气性能，且由于对焊导体单丝外径相同，绞合而成的导体外径一致，过渡段平滑，能保证绝缘一体化连续生产，避免了绝缘接头的制作，在保证海缆运行稳定性的同时节约了制造成本。本实施例中，导体单丝直径为3.78mm。焊接的铜丝1和金属丝2直径相等。焊接导体需保证铜丝、金属丝对焊焊点3平整牢固、光滑无毛刺，有效提升焊接后导体机械性能，改善导体的电气性能。焊接后抗拉强度范围为160~170MPa，可达到金属丝抗拉强度的90%，导体单丝通过了拉伸、卷绕、扭转等相关的机械性能测试，也通过了直流电阻测量、交流电阻等相关的电气性能测试。

具体实施操作，具体步骤可分为：

步骤1），将铜丝和金属丝表面的氧化膜层清理并保持干净呈金属光泽；

步骤2），经步骤1）后，将铜丝和金属丝分别从两端放入焊接机器的夹具中并进行对焊操作；

步骤3），经步骤2）后，将焊接形成的导体单丝表面进行精处理，接头部位不得有横向裂纹，不允许表面出现有毛刺、偏心、弯折等缺陷。

运用海缆导体铜丝、金属丝对焊一体加工技术时，为了防止焊接点因为过于集中产生局部过热以及焊接点处导体电压突变过于集中，需要保证导体单丝焊接点之间的距离大于30cm，即需要对绞合工序中绞笼机器上的导体单丝换盘次序进行规定，具体规定如下：

规定1，在某一层绞笼上进行铜丝与金属丝换盘时，换完第一盘导体单丝后，根据框绞机的速度设置前进距离，使导体整体前进距离大于30cm，然后停机，进行下一盘导体单丝的换盘，然后再开机前进相同的距离，直至该层绞笼上的换盘全部结束，这样做可以使得同一层的铜丝、金属丝对焊的焊点间的间隔距离大于30cm；

规定2，对不同层的绞笼进行换盘时，采取奇偶间隔同时进行换盘的方式，以保证导体相邻两层的铜丝、金属丝对焊焊点间的间隔距离大于30cm。

规定3，每次换盘时，每一盘导体单丝所留余量要预先控制，整个过程中需要保证绞合导体单丝的张力稳定，避免残余应力导致的应力集中，尤其是焊接点处的应力集中。

与现有技术相比，本发明采用的海底电缆导体加工方法采用先对铜丝和金属丝进行导体单丝对焊焊接，再绞合成导体整体，在保证绞合后导体整体机械性能和电气性能的前提下，可有效降低导体的制造成本，进而降低海缆的制造成本；导体材料采用铝或铝合金替代铜，在满足区间载流量要求的同时，可尽量减轻海缆重量，方便运输和敷设安装。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种节本增效用海底电缆导体加工方法，其特征是，包括以下步骤：

1）、准备铜丝（1）、金属丝（2），所述金属丝（2）为铝丝或铝合金丝；将铜丝、金属丝表面的氧化膜层清理并保持干净呈金属光泽；

2）、将铜丝、金属丝对焊焊接，得到导体单丝；

3）、将经步骤2）焊接形成的导体单丝表面进行精处理，导体单丝上的铜丝、金属丝对焊焊点（3）部位不得有横向裂纹，不允许表面出现有毛刺、偏心、弯折缺陷；

4）、将若干根经步骤3）表面精处理后的导体单丝绞合紧压得到由若干层导体单丝构成的海底电缆用导体；

若干根导体单丝绞合紧压操作时，将导体单丝同材质端束集，分层绞合紧压，每层绞向相同，相邻层绞合方向相反；

若干根导体单丝中，每根导体单丝上的铜丝、金属丝对焊焊点与其他任意导体单丝上的铜丝、金属丝对焊焊点之间间隔距离均保持在30cm以上。

2.根据权利要求1所述的一种节本增效用海底电缆导体加工方法，其特征是，步骤2）中，铜丝（1）与金属丝（2）直径相同，焊接后的导体单丝抗拉强度达到金属丝抗拉强度的85%以上。

3.根据权利要求1所述的一种节本增效用海底电缆导体加工方法，其特征是，步骤2）中，将铜丝和金属丝分别从两端放入焊接机的夹具中并进行对焊。

4.根据权利要求1所述的一种节本增效用海底电缆导体加工方法，其特征是，步骤4）中，得到的海底电缆用导体形成三段，完全为铜丝材质的部分为铜丝导体段（4），含有铜丝材质、金属丝材质的部分为铜丝、金属丝过渡导体段（5），完全为金属丝材质的部分为金属丝导体段（6）。

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