畢任馳

（合肥銅冠電子銅箔有限公司，安徽 銅陵 230061）

0 引言

隨著水力發(fā)電站、智慧電網(wǎng)等建設(shè)規(guī)模的擴大，當(dāng)前市場對變壓器的抗短路能力提出更高要求，推動自黏性換位導(dǎo)線產(chǎn)生的同時，也提出了低損耗、強性能要求。換位導(dǎo)線作為變壓器生產(chǎn)領(lǐng)域重要的制造材料之一，主要是指以一定根數(shù)的漆包扁線組合成寬面相互接觸的兩列，以現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)在兩列漆包扁線的上、下沿窄面作同一轉(zhuǎn)向的換位，運用絕緣紙或帶或繩作連續(xù)繞包的繞組線。在大中型變壓器中，為減少損耗、提高功率，無紙捆綁型縮醛漆包換位導(dǎo)線憑借其相對簡單的結(jié)構(gòu)與低廉的成本，應(yīng)用范圍愈發(fā)廣泛。但是，在其繞制使用過程中普遍存在三相電阻不平衡、導(dǎo)線扭曲變形等問題，極易在變壓器的運行使用過程中埋下安全隱患。因此，以提高變壓器使用壽命、節(jié)省材料成本等為主要研究目標(biāo)，面向當(dāng)前市場對變壓器產(chǎn)能、電壓等級等方面不斷提高的要求，對現(xiàn)有換位導(dǎo)線工藝進行優(yōu)化分析，具體根據(jù)上述問題提出相應(yīng)的解決優(yōu)化措施，以此提高變壓器使用效率、效益。

1 變壓器對換位導(dǎo)線的要求

對于變壓器而言，換位導(dǎo)線工藝能夠有效節(jié)約繞組空間利用率，減小整個設(shè)備的體積與成本。本研究的無紙捆綁型縮醛漆包換位導(dǎo)線主要應(yīng)用于大型變電器，即高電壓大容量變壓器低壓繞組，具有降低熱阻與生產(chǎn)成本的效益，換位導(dǎo)線在產(chǎn)品中擔(dān)負著重要角色，因而該產(chǎn)品對換位導(dǎo)線的要求較高。首先，顯著降低變壓器損耗，強化溫度分布均勻性。其次，降低外包絕緣空間占有率，合理縮小產(chǎn)品體積。最后，銅材應(yīng)為陰極電解銅且含銅量在99.95%以上；單線尺寸滿足公差要求，導(dǎo)線尺寸適中；優(yōu)選漆包絕緣材質(zhì)，控制漆膜厚度；中間襯紙分隔兩列單項束；高精度的換位導(dǎo)線外形尺寸控制[1]。

2 分析無紙捆綁型縮醛漆包換位導(dǎo)線工藝

多股小截面縮醛漆包編導(dǎo)體是無紙捆綁型縮醛漆包換位導(dǎo)線的主要材料，通過將導(dǎo)體分疊為兩列，再采用合理換位加包網(wǎng)狀綁扎帶即可，“換位”工藝有連續(xù)循環(huán)、小間距的特點，借由這一工藝，能夠有效降低變壓器生產(chǎn)成本和整體體積，除此之外，能夠有效控制降低漏磁場帶來的渦流損耗與環(huán)流附加損耗，變壓器繞組機械強度得到有效提高，即便出現(xiàn)短路問題，變壓器也能夠保證較高的機械穩(wěn)定性；但是在其繞制過程中仍存在以下問題。

2.1 三相電阻不平衡

在變壓器制造生產(chǎn)與使用期間，衡量其可靠性、安全性的重要指標(biāo)之一是三相電阻不平衡率，一旦產(chǎn)生不平衡電流，將會導(dǎo)致環(huán)流的形成，而不平衡電流產(chǎn)生的主要原因就是繞制后的繞組三相電阻不平，在該情況下，變壓器運行期間將出現(xiàn)較大的電阻損耗，若是未能及時解決問題，電阻損耗嚴(yán)重，將會導(dǎo)致引線溫度過高，最終引發(fā)變壓器出現(xiàn)運行跳閘等不良問題，不利于變壓器的安全穩(wěn)定運行，還會影響供電質(zhì)量。

2.2 基于導(dǎo)線線芯間絕緣性的短路問題

在變壓器產(chǎn)能、電壓等級日益升高的背景下，無紙捆綁型縮醛漆包換位導(dǎo)線逐漸應(yīng)用于大型變壓器，導(dǎo)線線芯間絕緣性對變壓器的運作狀態(tài)至關(guān)重要。然而，由于無紙捆綁型縮醛漆包換位導(dǎo)線所選用和實施的工藝，會導(dǎo)致恒壓干燥后的導(dǎo)線線芯間絕緣性不滿足要求，容易發(fā)生短路點且不止一處，將會給大型變壓器的正常運行造成影響，給電力企業(yè)帶來經(jīng)濟損失[2]。

2.3 導(dǎo)線分疊、網(wǎng)狀綁扎下的扭曲、破裂問題

無紙捆綁型縮醛漆包換位導(dǎo)線的工藝主要是分疊多股小截面縮醛漆包編導(dǎo)體，使其成為兩列后采用網(wǎng)狀綁扎帶制造而成，從頭至尾都是連續(xù)循環(huán)的小間距換位狀態(tài)，雖然這一繞組方式在成本、損耗等方面具有先進意義，但也容易促使導(dǎo)線出現(xiàn)鼓包、扭曲變形、絕緣破裂等問題，給變壓器帶來質(zhì)量損壞。

2.4 單根線芯“S”彎過大引發(fā)的相關(guān)問題

對于該換位導(dǎo)線工藝的應(yīng)用，在其繞制過程中，有關(guān)“S”彎問題主要體現(xiàn)在以下兩個方面：第一，單根線芯方面，在實施相關(guān)生產(chǎn)工藝時，未能妥善控制單根線芯的“S”彎換位節(jié)距，在其超出規(guī)范范疇后，導(dǎo)線線芯將出現(xiàn)換位錯誤問題，進而給完全換位造成困難，無法達成完全換位這一目標(biāo)；第二，換位導(dǎo)線整體方面，落實此項生產(chǎn)工藝時，缺乏對換位導(dǎo)線“S”彎的控制，導(dǎo)致“S”彎過大，在該情況下，寬度擠壓時導(dǎo)線“S”彎變形翹起，無紙捆綁型縮醛漆包換位導(dǎo)線中需要將導(dǎo)體分疊為兩列，當(dāng)2根線芯疊加至一列后，部分導(dǎo)線高度增加，最終作用于變壓器線圈線餅，增加其幅向高度。

2.5 網(wǎng)狀綁扎帶繞包松散

在變壓器繞制過程中，最后一步是網(wǎng)狀綁扎帶的加包，若是這一環(huán)節(jié)落實不規(guī)范、不嚴(yán)謹，導(dǎo)致網(wǎng)狀綁扎帶繞包較為松散，將會直接造成離縫現(xiàn)象，降低變壓器生產(chǎn)效率的同時，也使該產(chǎn)品的生產(chǎn)加工成本出現(xiàn)不必要增長。

總而言之，上述問題是變壓器繞制過程中，整套工藝在生產(chǎn)實際中會出現(xiàn)并普遍存在的問題，而這些問題均會導(dǎo)致繞制線圈出現(xiàn)松散、導(dǎo)線作廢等情況，最終難以繼續(xù)開展繞組繞制相關(guān)工作，而這僅是生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)就發(fā)現(xiàn)上述問題的后果。若是未能及時發(fā)現(xiàn)上述問題，將帶有缺陷的變壓器投入使用，那么絕緣擊穿、短路、配電設(shè)備損壞等問題的發(fā)生概率將大大提升，最終引發(fā)重大質(zhì)量問題。

3 基于問題研究無紙捆綁型縮醛漆包換位導(dǎo)線工藝優(yōu)化路徑

近幾年，市場對大型變壓器的需求日益增加，對設(shè)備安全性也提出更高要求，為滿足越來越高的工藝質(zhì)量需求，深入研究該換位導(dǎo)線工藝優(yōu)化路徑是必要的?？梢哉f，此類問題已經(jīng)成為變壓器生產(chǎn)制造領(lǐng)域亟須解決的發(fā)展問題。

3.1 三相電阻不平衡技術(shù)解決措施

針對三相電阻不平衡問題，在對加工工藝進行優(yōu)化時，主要從材料、檢測驗證等方面出發(fā)，按照現(xiàn)有國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格控制材料選用與技術(shù)實施，技術(shù)要點如下。

（1）材料控制。在JB/T6758.3—2007的換位導(dǎo)線章節(jié)第3部分中，明確規(guī)定了無紙捆綁型縮醛漆包換位導(dǎo)線的一般要求，具體包括線芯材料、網(wǎng)狀綁扎帶材料、絕緣紙帶繞包材料、導(dǎo)體材料等。因此，在加工過程中，為有效解決三相電阻不平問題，應(yīng)圍繞同一臺線圈嚴(yán)格控制原材料的統(tǒng)一性，若是材料控制難度大，可以通過選擇同一廠家和同一批次的方式對導(dǎo)線制造原材料予以控制，以此保證三相電阻平衡率符合要求[3]。

（2）焊接及電阻率控制。在嚴(yán)格控制導(dǎo)線材料后，還應(yīng)對導(dǎo)線加工過程和后續(xù)檢測進行技術(shù)管控，其一是不在導(dǎo)線加工過程中開展焊接作業(yè)；其二是圍繞電阻率落實規(guī)范的檢測驗證環(huán)節(jié)，確保其具有一致性。按照規(guī)定要求，應(yīng)控制產(chǎn)品繞組直流電阻不平衡相，使其在2%以下，以此保證工藝加工質(zhì)量。

3.2 漆包線質(zhì)量控制技術(shù)

針對多處短路點的質(zhì)量問題，主要處理手段是對漆包線質(zhì)量加以控制，以此避免此類嚴(yán)重質(zhì)量問題的產(chǎn)生。具體技術(shù)要點如下。

（1）以現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)控制偏差等參數(shù)。①對涂漆扁模R角半徑相關(guān)進行控制，一方面，確保其半徑對稱，且對比分析裸導(dǎo)體成品扁模R角，使二者具有匹配性；②半徑按標(biāo)稱負偏差10%；③工藝實施過程中，控制涂漆扁模?？缀穸葏?shù)，尤其是兩邊與中間，確保二者平整一致。

（2）以產(chǎn)品技術(shù)要求為前提開展漆包線涂漆工藝，做到均勻涂漆，保證其具有良好附著性。

3.3 導(dǎo)線變形、破裂技術(shù)優(yōu)化

由于無紙捆綁型縮醛漆包換位導(dǎo)線加工工藝與流程，導(dǎo)致導(dǎo)線較為容易出現(xiàn)扭曲變形、絕緣破裂、鼓包等質(zhì)量現(xiàn)象，這主要是因為在換位工序生產(chǎn)期間，沒有嚴(yán)格控制換位編制緊度，繞制彎曲質(zhì)量不佳，最終引發(fā)較多質(zhì)量問題。為有效避免此類質(zhì)量問題，在工藝實施階段應(yīng)注重以下幾方面的優(yōu)化落實。

（1）在換位編制過程中，應(yīng)按照線規(guī)要求選擇換擋指，并對兩列漆包線排列間隔進行合理打制，確保其緊度適中，符合現(xiàn)有工藝要求。換擋指規(guī)范參數(shù)為：當(dāng)檔指號為1時，換位距離為15 mm，此時單根線寬度控制在5 mm以下；當(dāng)檔指號為2時，換位距離為20 mm，此時單根線寬度控制在5～7 mm范圍內(nèi)；當(dāng)檔指號為3時，換位距離為30 mm，此時單根線寬度控制在7～9 mm范圍內(nèi)；當(dāng)檔指號為4時，換位距離為35 mm，此時單根線寬度控制在9～10 mm范圍內(nèi)；當(dāng)檔指號為5時，換位距離為40 mm，此時單根線寬度控制在10～12 mm范圍內(nèi)；當(dāng)檔指號為6時，換位距離為45 mm，此時單根線寬度控制在12 mm以上。其中，檔指編號1～6對應(yīng)單根線寬度范圍選用[4]。

（2）把控變壓器涂覆油的均勻性，規(guī)范開展涂覆作業(yè)，其具有劑量應(yīng)立足在漆包線間的攢動狀態(tài)分析上，只要保證其攢動方便即可；控制網(wǎng)狀綁扎帶繞包強度，盡可能選用高強度材質(zhì)，制造期間不可加工過緊。

（3）對換位導(dǎo)線細節(jié)進行控制，不應(yīng)存在會對導(dǎo)線性能、外觀造成影響的問題，比如漆膜應(yīng)完好無損，不存在漆瘤等，若是發(fā)現(xiàn)此類缺陷問題，應(yīng)及時開展相關(guān)處理作業(yè)。

（4）在加工工藝落實過程中，難以避免的需要用到導(dǎo)線換位扳手，但是在其使用過程中會對導(dǎo)線絕緣造成一定程度的損傷，影響變壓器后續(xù)運作的穩(wěn)定性與可靠性。因此，在對該加工環(huán)節(jié)進行優(yōu)化時，可以提前對換位扳手加以打磨，并運用更為先進的彎線工具，在不損傷導(dǎo)線的前提下，也無需加設(shè)輔助設(shè)施，確保工具能夠根據(jù)導(dǎo)線厚度的增加而自動調(diào)節(jié)，保證加工質(zhì)量與效率。

3.4 “S”彎相關(guān)問題技術(shù)處理

針對上述研究的“S”彎相關(guān)問題，技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)問題具體呈現(xiàn)情況落實針對性的優(yōu)化舉措，具體如下：

（1）單根線芯“S”彎換位節(jié)距過大優(yōu)化。在單根線芯出現(xiàn)“S”彎換位節(jié)距過大問題時，將會導(dǎo)致線芯無法在既定的路線上實現(xiàn)完全換位現(xiàn)象，進而出現(xiàn)換位錯誤等不良情況。為有效解決此類問題，加工期間技術(shù)人員應(yīng)優(yōu)化換位節(jié)距S的確定方式，比如綜合考慮繞制線圈的直徑數(shù)據(jù)。根據(jù)現(xiàn)有計算公式，換位節(jié)距S：

式中，線圈繞制最小直徑用Dmin表示，單位為mm；漆包扁線導(dǎo)體寬邊標(biāo)稱尺寸用b表示，單位為mm；漆包線根數(shù)用n表示。

通過將現(xiàn)有數(shù)據(jù)代入公式（1）與公式（2），能夠更為科學(xué)地確定單根線芯“S”彎換位節(jié)距，避免節(jié)距過大現(xiàn)象的發(fā)生。

（2）換位導(dǎo)線整體“S”彎過大優(yōu)化。根據(jù)“2.4”章節(jié)分析可知，當(dāng)換位導(dǎo)線整體出現(xiàn)“S”彎過大現(xiàn)象時，寬度擠壓環(huán)節(jié)開展后會增大導(dǎo)線的局部高度，最終給線圈線餅造成質(zhì)量問題。針對這一現(xiàn)象，采取的工藝優(yōu)化舉措為對換位頭進行調(diào)整，解決導(dǎo)線換位“S”彎過大凸起的現(xiàn)象，還原其平整性。

3.5 綁扎帶繞包松散技術(shù)解決

網(wǎng)狀綁扎帶繞包作為這種加工工藝的重要環(huán)節(jié)，在對其常見的松散問題予以解決時，可從以下3個方面入手優(yōu)化。

（1）于換位導(dǎo)線線芯表面重疊、繞包網(wǎng)格帶端頭，期間控制重疊寬度，確保其在30%以上，同時規(guī)范落實繞包操作，不得存在竄位、松散情況，做到緊實、均勻。

（2）圍繞網(wǎng)帶落實規(guī)范的性能檢驗工作，將其拉斷力控制在80 N，確保其符合這一參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)后方可開展相關(guān)工藝。

（3）針對網(wǎng)帶盤相關(guān)加工，應(yīng)確保在繞包倉繞包盤時平整、規(guī)范，確保張力適度，并在繞包完成后對加工狀態(tài)進行檢查，不存在松散、隆起等現(xiàn)象。

4 結(jié)語

由于目前變壓器的生產(chǎn)加工要求提高，現(xiàn)有的換位導(dǎo)線工藝無法滿足產(chǎn)品多樣化、高速度發(fā)展需要，因而應(yīng)對常用加工工藝進行優(yōu)化，減少質(zhì)量問題，保證產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量與效率。通過上述分析，在對無紙捆綁型縮醛漆包換位導(dǎo)線工藝進行優(yōu)化時，可從材料質(zhì)量控制、性能參數(shù)調(diào)節(jié)等方面入手，并按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對各個加工工序進行控制，包括均勻涂覆變壓器油、合理控制換位節(jié)距等，以此促使無紙捆綁型縮醛漆包換位導(dǎo)線工藝作用的充分發(fā)揮，降低生產(chǎn)成本，增強變壓器產(chǎn)品運行的可靠性，滿足市場對變壓器的使用需求。

針對變壓器換位導(dǎo)線工藝研究仍存在不足，一是缺乏變壓器繞制實踐，工藝問題多數(shù)來自現(xiàn)有研究成果與文獻資料，整體實踐性水平相對較低，雖然具有一定參考性，但是仍趨近于理論層面；二是變壓器繞制問題不夠全面，文中選取多為普遍發(fā)生的問題，比如換位導(dǎo)線變形、鼓包，或是導(dǎo)線線芯恒壓干擾后的短路問題等。近幾年，大型變壓器的使用愈發(fā)廣泛，社會對此類變壓器的安全性提出更高要求，因此，在后續(xù)的研究工作中，將進一步圍繞大中型變壓器的繞制工藝進行分析，將研究重點落實在繞制方法優(yōu)化、絕緣件制作等方面，從源頭上杜絕相關(guān)質(zhì)量問題的發(fā)生，以期推動無紙捆綁型縮醛漆包換位導(dǎo)線工藝水平和技術(shù)水平的同步提升。