李雄壯，寇建立，曹士亮

（保定天威電力線材有限公司，河北省保定市，071051）

0 引言

三峽工程是世界上最大的水利樞紐工程，具備防洪、發(fā)電、航運(yùn)、供水等綜合效益。三峽工程初步設(shè)計(jì)安裝26臺(tái)單機(jī)容量700MW的發(fā)電機(jī)組。三峽汛期有豐富的水資源，26臺(tái)機(jī)組全部滿發(fā)時(shí)仍有大量來水泄洪空放。為了合理利用長江水能資源，減少三峽電站汛期棄水，增加電力供應(yīng)，充分發(fā)揮三峽工程的綜合效益，保障三峽水利樞紐安全穩(wěn)定運(yùn)行，國家發(fā)展和改革委員會(huì)同意建設(shè)三峽地下電站和電源電站。三峽地下電站位于三峽大壩右岸山體內(nèi)，是三峽工程初步設(shè)計(jì)之外的新增項(xiàng)目，屬當(dāng)今世界規(guī)模最大地下電站，共設(shè)計(jì)安裝6臺(tái)700MW機(jī)組，投產(chǎn)后將成為大壩左、右岸26臺(tái)機(jī)組的有效補(bǔ)充，全部建成后，三峽電站總裝機(jī)容量將比原設(shè)計(jì)擴(kuò)大4.3GW，相當(dāng)于增加1.5個(gè)葛洲壩電站。

換位導(dǎo)線是三峽地下電站主變壓器的關(guān)鍵配套產(chǎn)品之一，其技術(shù)要求極其苛刻，三峽工程的前4臺(tái)主變壓器采用的電磁線全部依賴進(jìn)口。按照國家重大技術(shù)裝備國產(chǎn)化的要求，作為三峽地下電站主變的主要原材料之一，換位導(dǎo)線必須實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。

1 三峽地下電站主變電磁線的構(gòu)成及技術(shù)要求

三峽地下電站840MVA/500 kV主變電磁線全部采用自粘半硬換位導(dǎo)線，其中高壓線圈采用普通自粘換位導(dǎo)線和帶屏蔽芯的自粘換位線，低壓線圈（雙層八螺旋式）采用大截面普通自粘換位導(dǎo)線（59芯）。產(chǎn)品符合德國西門子TUN901237、TUN901158等標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求，高壓導(dǎo)線換位節(jié)距S＜34mm，低壓導(dǎo)線換位節(jié)距S＜45mm，漆包扁線屈服強(qiáng)度σ0.2≥220MPa，且均為低自粘層（僅漆包扁線寬面含熱粘合層）。

1.1 帶屏蔽芯的自粘換位導(dǎo)線結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求

三峽地下電站主變線圈高壓屏蔽段采用一種特殊結(jié)構(gòu)的換位導(dǎo)線，其截面如圖1所示，它是在2列換位導(dǎo)線中間放置1根屏蔽芯（見圖2），相當(dāng)于傳統(tǒng)意義上的普通換位導(dǎo)線內(nèi)的中間襯紙被屏蔽芯取代了。此種內(nèi)屏蔽的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，比傳統(tǒng)的外屏蔽結(jié)構(gòu)的屏蔽效果好，工作導(dǎo)線在線圈屏蔽段的填充率高，即工作導(dǎo)線在屏蔽段所占比例增高，從而減小了線圈的體積和自重。

這種屏蔽芯（銅箔屏蔽線）需單獨(dú)制作，先在絕緣紙板上繞包1層銅箔，繞包方式一般采用重疊繞包，然后在銅箔外繞包一定厚度（或?qū)訑?shù)）的絕緣紙。但是，銅箔屏蔽線在換位導(dǎo)線中是不連續(xù)的且在每個(gè)線餅中的長度也不同，為了保證帶屏蔽芯換位導(dǎo)線的外形尺寸的一致性，在不需要屏蔽的部分要用與銅箔屏蔽線外形尺寸相同的紙包線填充，這種紙包線與銅箔屏蔽線芯結(jié)構(gòu)類似，只是無銅箔繞包在絕緣紙板上。按照圖紙要求，此2種線芯絕緣厚度相同，紙板層數(shù)和寬度不同，在換位導(dǎo)線中靠紙絕緣連接在一起；2種紙板對接頭為圓弧連接，其中銅箔屏蔽線端頭為陽口，并要求均勻地涂覆1層厚0.2mm、長50mm的導(dǎo)電銀膠，如圖3所示。

帶屏蔽芯自粘換位導(dǎo)線中的屏蔽芯由銅箔屏蔽線和填充用紙包線組成（見圖4），線芯均為不同寬度和層數(shù)的絕緣紙板，其連接端頭為相吻合的圓弧狀（見圖3），按照一定尺寸間隔串聯(lián)在一起，每個(gè)線餅（單相共16個(gè)線餅）導(dǎo)線長度相同。

在繞制線圈時(shí)每個(gè)線餅之間此種換位導(dǎo)線都有1次換位，打開自換位中心前后0.5m長度絕緣后，從換位中心位置剪斷銅箔屏蔽線并抽出線頭，線餅間剪斷的位置叫做抽頭位置，如圖5所示。

1根換位導(dǎo)線分為8個(gè)線餅，每個(gè)線餅長度為60.07m，抽頭位置的中心前后0.5m長度范圍內(nèi)，漆包線不打制換位以便能夠順利引出銅箔屏蔽線。在抽頭時(shí)，把剪斷的銅箔屏蔽線2頭各剪去0.2m后，向外折彎，從換位導(dǎo)線中抽出并與屏蔽連接線焊接在一起，即只有長度偏差在±0.3m內(nèi)才能保證銅箔屏蔽線頭在要求的位置引出，因此生產(chǎn)整根換位線的計(jì)米誤差為±0.3m/（60.07m×8）=±0.62‰。

1.2 低壓線圈自粘換位導(dǎo)線技術(shù)要求

低壓線圈是雙層八螺旋式，采用的是大截面普通自粘換位導(dǎo)線（59芯）。在繞制線圈時(shí)8根59芯的換位導(dǎo)線同時(shí)進(jìn)行，過程中需要逐根進(jìn)行升層換位處理，如圖6所示。該導(dǎo)線外形窄高，高寬比為58.25 mm/ 12.43mm=4.67，屈服強(qiáng)度σ0.2≥220MPa，在繞制過程中導(dǎo)線很容易出現(xiàn)傾斜和傘形。由于導(dǎo)線硬度高，在生產(chǎn)換位導(dǎo)線時(shí)，若換位節(jié)距和包紙的松緊調(diào)節(jié)不當(dāng)，在升層換位時(shí)就會(huì)遇到較大困難，并容易導(dǎo)致導(dǎo)線損傷，將直接影響線圈的質(zhì)量。對漆膜的傷害不明顯，但三峽電站導(dǎo)線屈服強(qiáng)度高且對線圈繞制工藝有著嚴(yán)格要求，滾壓法就不適用。否則，會(huì)導(dǎo)致漆膜受損、扁線回彈角大和尺寸不穩(wěn)定等現(xiàn)象發(fā)生，同時(shí)導(dǎo)體電阻率增大也較明顯。

根據(jù)天威線材公司多年的拉絲生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和積累，另辟蹊徑，先用擠壓機(jī)擠壓出一定尺寸的裸扁線，然后用多模拉絲機(jī)拉拔成具有一定屈服強(qiáng)度的半硬線，經(jīng)漆包機(jī)烘爐部分退火后，實(shí)現(xiàn)晶格的再次分布排列，漆包扁線屈服強(qiáng)度降到要求的范圍內(nèi)。這種先擠壓再拉拔的方式避免了滾壓法導(dǎo)致的漆膜受損和尺寸不穩(wěn)定現(xiàn)象，并且具有良好的電氣性能和機(jī)械性能，主要表現(xiàn)在：（1）電阻率相對較小，在變壓器運(yùn)行過程中，由于換位導(dǎo)線電阻的減小使得線圈的損耗也會(huì)相應(yīng)降低，把西門子標(biāo)準(zhǔn)對漆包線導(dǎo)體電阻率的要求與先擠壓再拉拔的方式生產(chǎn)的半硬漆包扁線實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比，電阻率很好地滿足了標(biāo)準(zhǔn)要求，見表1；（2）漆包扁線回彈角小，這對提高換位導(dǎo)線的繞制性能有著積極的作用，尤其在大截面多根數(shù)換位導(dǎo)線進(jìn)行升層換位操作時(shí)表現(xiàn)得更加明顯。國標(biāo)要求軟態(tài)扁銅線導(dǎo)體回彈角不大于5°，采用滾壓法生產(chǎn)的漆包線屈服強(qiáng)度在220MPa時(shí)的回彈角為8°～9°。經(jīng)對先擠壓再拉拔的方式生產(chǎn)的半硬線（σ0.2：220～240MPa）進(jìn)行回彈試驗(yàn)，回彈角為5.5°～6°，與軟態(tài)銅扁線的回彈角十分接近。

表1 半硬態(tài)漆包扁線電阻率對比表Tab.1 Comparison of semi-harden enameled flatw ire

2 三峽地下電站主變電磁線制作

根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求，要高質(zhì)量地完成三峽地下電站840MVA/500 kV電磁線的制造任務(wù)，必須有效地解決高屈服強(qiáng)度漆包扁線制造、屏蔽懸頭用導(dǎo)電漆的選材與試驗(yàn)、屏蔽懸頭制作、銅箔屏蔽線的制作、精確計(jì)米、帶屏蔽芯換位導(dǎo)線的打制和小節(jié)距換位導(dǎo)線的打制等諸多問題。

2.1 高屈服強(qiáng)度漆包線的制造

三峽地下電站主變壓器用換位導(dǎo)線的屈服強(qiáng)度較大，均在220MPa以上。目前大型變壓器用半硬漆包扁線大多采用滾壓法制成，即扁線在牽引力作用下勻速通過上下兩組滾輪并發(fā)生彎曲變形，此時(shí)漆包扁線會(huì)具有一定屈服強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度的大小可通過改變上下兩組滾輪的距離來調(diào)節(jié)。在生產(chǎn)一般的半硬（σ0.2≤180MPa）漆包扁線時(shí)，此種方法快捷高效，

2.2 帶屏蔽芯自粘換位導(dǎo)線的制造

根據(jù)帶屏蔽芯換位導(dǎo)線特殊結(jié)構(gòu)和打制方式，為了提高生產(chǎn)效率、增強(qiáng)可操作性、保證計(jì)米精度，必須提前按照圖紙要求制作屏蔽芯，然后按照屏蔽芯分段定尺與標(biāo)記打制帶屏蔽芯換位導(dǎo)線。

2.2.1 制作屏蔽懸頭

銅箔屏蔽線按照要求在規(guī)定尺寸絕緣紙板上繞包一定長度的銅箔后，銅箔被剪斷，剪切口若未作任何處理，變壓器運(yùn)行過程中銅箔末端就會(huì)產(chǎn)生尖端放電，對局部放電試驗(yàn)不利，因此需在繞包有銅箔的紙板末端剪成圓滑的弧形，并在端頭均勻浸涂1層導(dǎo)電漆。根據(jù)導(dǎo)電漆所起的作用、變壓器運(yùn)行環(huán)境及安全性要求，此種導(dǎo)電漆要有良好的導(dǎo)電能力，能夠牢固地附著在紙板表面，在變壓器長期運(yùn)行中不溶于變壓器油且高溫下不發(fā)生任何物理和化學(xué)變化。由于換位導(dǎo)線相關(guān)技術(shù)文件中未提供導(dǎo)電漆具體型號，為了尋找耐高溫、附著力強(qiáng)、與變壓器油相容試驗(yàn)合格的導(dǎo)電漆，天威電力線材有限公司技術(shù)人員通過大量的資料查詢，對多種導(dǎo)電漆進(jìn)行試驗(yàn)、篩選和比對，最終確定1種導(dǎo)電銀膠并得到用戶的認(rèn)可。

屏蔽懸頭具體制作過程：取2段不等長（約0.5m和1m）的絕緣紙板，一端對齊并膠合，把多根膠合在一起的紙板端頭對齊重疊并用夾具固定，放入烘爐中烘干處理，取出后用自制圓弧鉗把膠合端一一剪成陽口圓弧狀，再經(jīng)過對紙板端頭（圓弧端）預(yù)處理、導(dǎo)電銀膠涂敷、烘干、打磨和無水乙醇清潔等，屏蔽懸頭制做完成。

2.2.2 絕緣紙板與屏蔽懸頭的連接

先取屏蔽懸頭未浸涂導(dǎo)電銀膠端紙板端頭與同一寬度紙板端頭斜口對接，并用聚酰亞胺膠帶固定，然后把一定長度的填充用紙包線紙板兩端頭用同一圓弧鉗剪成陰口圓弧狀，再把屏蔽懸頭陽口與填充用紙包線紙板兩端頭陰口吻合對接并用聚酰亞胺膠帶固定，最后按照圖紙要求，在紙板上導(dǎo)線懸頭位置和抽頭位置做好標(biāo)記。其他各段串接，采用以上同樣的方法進(jìn)行。

2.2.3 在連接后的絕緣紙板上繞包銅箔和絕緣紙

由于繞包銅箔的基材為紙板，質(zhì)地較軟，且銅箔僅為1層，采用對稱繞包的方式勢必導(dǎo)致繞包中心偏離，紙板發(fā)生嚴(yán)重扭曲，銅箔和紙帶的褶皺十分明顯且易斷裂。因此，采用同心繞包的方式進(jìn)行繞包解決了此問題，大大降低了以上不利因素，銅箔和紙帶能夠均勻平整地繞包在紙板上且不能斷裂。為了進(jìn)一步提高銅箔在繞包過程中的平整度，減輕褶皺，還對銅箔進(jìn)行了退火處理，使其達(dá)到軟態(tài)，以利于順利繞包及表面質(zhì)量。

在繞包過程中，把紙板上的標(biāo)記準(zhǔn)確無誤地反映到最外1層絕緣紙上，這些標(biāo)記將作為生產(chǎn)帶屏蔽芯換位導(dǎo)線懸頭和抽頭位置的唯一依據(jù)。

2.3 計(jì)米精度問題

在以上第2個(gè)環(huán)節(jié)中除了按照工藝要求進(jìn)行連接操作外，分段計(jì)米精度也是屏蔽芯制作成功與否的關(guān)鍵因素。由于在線圈設(shè)計(jì)時(shí)屏蔽懸頭和抽頭位置已經(jīng)確定，在導(dǎo)線制作時(shí)必須保證懸頭和抽頭位置與設(shè)計(jì)一致，此種導(dǎo)線的計(jì)米誤差最大不能超過±0.62‰。目前，大型變壓器用電磁線行業(yè)采用的計(jì)米裝置一般為輪盤式機(jī)械計(jì)米器和電子計(jì)米器，最小計(jì)量單位一般為0.1m，并且計(jì)米器本身的計(jì)米誤差在±2‰左右，電子計(jì)米器計(jì)米誤差更大，不能保證此種導(dǎo)線的計(jì)米精度要求。為了提高計(jì)米精度和節(jié)約成本，對現(xiàn)有機(jī)械計(jì)米器進(jìn)行校核和調(diào)整，把輪盤進(jìn)行刻度，分成100份，并在輪盤上增加1個(gè)指針，最小計(jì)量單位由原來的0.1m提高到了10mm，為導(dǎo)線的準(zhǔn)確計(jì)米提供了保障。圖7為普通輪盤式機(jī)械計(jì)米器，圖8為改造后的輪盤式機(jī)械計(jì)米器。

2.4 小節(jié)距換位導(dǎo)線的制作

三峽地下電站主變高壓線圈用換位導(dǎo)線要求換位節(jié)距S≤34mm，已經(jīng)達(dá)到目前行業(yè)換位裝置的極限，并且漆包扁線屈服強(qiáng)度很大，在此種換位導(dǎo)線試制時(shí)，漆膜受損嚴(yán)重，帶屏蔽芯的換位導(dǎo)線尤為突出。對節(jié)距大小起關(guān)鍵作用的是工作打輪和頂輪直徑大小和兩者之間中心最小距離，完成了對換位裝置工作打輪和頂輪的改造。

2.5 大截面多根數(shù)換位導(dǎo)線制作

低壓線圈采用的59芯紙包換位導(dǎo)線，外形窄高，且屈服強(qiáng)度高，為了避免導(dǎo)線在繞制時(shí)出現(xiàn)傾斜和傘形，保證能夠順利升層，在生產(chǎn)此換位導(dǎo)線時(shí)，采取了在漆包扁線上適當(dāng)涂以變壓器油、最大限度地縮小換位節(jié)距、在繞包絕緣時(shí)保持紙帶張力一致、避免車速過快或過慢等措施來保證導(dǎo)線繞制工藝性。

3 結(jié)語

三峽地下電站主變電磁線合格交付使用后，經(jīng)過繞制和試驗(yàn)，導(dǎo)線繞制的工藝性良好，達(dá)到了預(yù)期效果，主要表現(xiàn)在：

（1）線圈的軸向和輻向尺寸偏差均符合公差范圍要求；

（2）帶屏蔽芯換位導(dǎo)線在繞制線圈時(shí)屏蔽懸頭和抽頭與設(shè)計(jì)位置相吻合；

（3）低壓導(dǎo)線在繞制過程中未出現(xiàn)傾斜和傘形并順利地完成升層換位；

（4）線圈繞制完畢后，經(jīng)壓裝、干燥處理后，達(dá)到了線圈工藝要求。

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