無紙捆綁型縮醛漆包換位導線工藝與優化分析

畢任馳

（合肥銅冠電子銅箔有限公司，安徽 銅陵 230061）

0 引言

隨著水力發電站、智慧電網等建設規模的擴大，當前市場對變壓器的抗短路能力提出更高要求，推動自黏性換位導線產生的同時，也提出了低損耗、強性能要求。換位導線作為變壓器生產領域重要的制造材料之一，主要是指以一定根數的漆包扁線組合成寬面相互接觸的兩列，以現有標準為基礎在兩列漆包扁線的上、下沿窄面作同一轉向的換位，運用絕緣紙或帶或繩作連續繞包的繞組線。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線憑借其相對簡單的結構與低廉的成本，應用范圍愈發廣泛。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、節省材料成本等為主要研究目標，面向當前市場對變壓器產能、電壓等級等方面不斷提高的要求，對現有換位導線工藝進行優化分析，具體根據上述問題提出相應的解決優化措施，以此提高變壓器使用效率、效益。

1 變壓器對換位導線的要求

對于變壓器而言，換位導線工藝能夠有效節約繞組空間利用率，減小整個設備的體積與成本。本研究的無紙捆綁型縮醛漆包換位導線主要應用于大型變電器，即高電壓大容量變壓器低壓繞組，具有降低熱阻與生產成本的效益，換位導線在產品中擔負著重要角色，因而該產品對換位導線的要求較高。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，合理縮小產品體積。最后，銅材應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，導線尺寸適中；優選漆包絕緣材質，控制漆膜厚度；中間襯紙分隔兩列單項束；高精度的換位導線外形尺寸控制[1]。

2 分析無紙捆綁型縮醛漆包換位導線工藝

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

在變壓器制造生產與使用期間，衡量其可靠性、安全性的重要指標之一是三相電阻不平衡率，一旦產生不平衡電流，將會導致環流的形成，而不平衡電流產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較大的電阻損耗，若是未能及時解決問題，電阻損耗嚴重，將會導致引線溫度過高，最終引發變壓器出現運行跳閘等不良問題，不利于變壓器的安全穩定運行，還會影響供電質量。

2.2 基于導線線芯間絕緣性的短路問題

在變壓器產能、電壓等級日益升高的背景下，無紙捆綁型縮醛漆包換位導線逐漸應用于大型變壓器，導線線芯間絕緣性對變壓器的運作狀態至關重要。然而，由于無紙捆綁型縮醛漆包換位導線所選用和實施的工藝，會導致恒壓干燥后的導線線芯間絕緣性不滿足要求，容易發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，給電力企業帶來經濟損失[2]。

2.3 導線分疊、網狀綁扎下的扭曲、破裂問題

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

2.4 單根線芯“S”彎過大引發的相關問題

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

2.5 網狀綁扎帶繞包松散

在變壓器繞制過程中，最后一步是網狀綁扎帶的加包，若是這一環節落實不規范、不嚴謹，導致網狀綁扎帶繞包較為松散，將會直接造成離縫現象，降低變壓器生產效率的同時，也使該產品的生產加工成本出現不必要增長。

總而言之，上述問題是變壓器繞制過程中，整套工藝在生產實際中會出現并普遍存在的問題，而這些問題均會導致繞制線圈出現松散、導線作廢等情況，最終難以繼續開展繞組繞制相關工作，而這僅是生產制造環節就發現上述問題的后果。若是未能及時發現上述問題，將帶有缺陷的變壓器投入使用，那么絕緣擊穿、短路、配電設備損壞等問題的發生概率將大大提升，最終引發重大質量問題。

3 基于問題研究無紙捆綁型縮醛漆包換位導線工藝優化路徑

近幾年，市場對大型變壓器的需求日益增加，對設備安全性也提出更高要求，為滿足越來越高的工藝質量需求，深入研究該換位導線工藝優化路徑是必要的。可以說，此類問題已經成為變壓器生產制造領域亟須解決的發展問題。

3.1 三相電阻不平衡技術解決措施

針對三相電阻不平衡問題，在對加工工藝進行優化時，主要從材料、檢測驗證等方面出發，按照現有國標標準嚴格控制材料選用與技術實施，技術要點如下。

（1）材料控制。在JB/T6758.3—2007的換位導線章節第3部分中，明確規定了無紙捆綁型縮醛漆包換位導線的一般要求，具體包括線芯材料、網狀綁扎帶材料、絕緣紙帶繞包材料、導體材料等。因此，在加工過程中，為有效解決三相電阻不平問題，應圍繞同一臺線圈嚴格控制原材料的統一性，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。在嚴格控制導線材料后，還應對導線加工過程和后續檢測進行技術管控，其一是不在導線加工過程中開展焊接作業；其二是圍繞電阻率落實規范的檢測驗證環節，確保其具有一致性。按照規定要求，應控制產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量。

3.2 漆包線質量控制技術

針對多處短路點的質量問題，主要處理手段是對漆包線質量加以控制，以此避免此類嚴重質量問題的產生。具體技術要點如下。

（1）以現有標準為基礎控制偏差等參數。①對涂漆扁模R角半徑相關進行控制，一方面，確保其半徑對稱，且對比分析裸導體成品扁模R角，使二者具有匹配性；②半徑按標稱負偏差10%；③工藝實施過程中，控制涂漆扁模模孔厚度參數，尤其是兩邊與中間，確保二者平整一致。

（2）以產品技術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 導線變形、破裂技術優化

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

（1）在換位編制過程中，應按照線規要求選擇換擋指，并對兩列漆包線排列間隔進行合理打制，確保其緊度適中，符合現有工藝要求。換擋指規范參數為：當檔指號為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；當檔指號為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；當檔指號為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；當檔指號為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；當檔指號為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對應單根線寬度范圍選用[4]。

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

（3）對換位導線細節進行控制，不應存在會對導線性能、外觀造成影響的問題，比如漆膜應完好無損，不存在漆瘤等，若是發現此類缺陷問題，應及時開展相關處理作業。

（4）在加工工藝落實過程中，難以避免的需要用到導線換位扳手，但是在其使用過程中會對導線絕緣造成一定程度的損傷，影響變壓器后續運作的穩定性與可靠性。因此，在對該加工環節進行優化時，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，在不損傷導線的前提下，也無需加設輔助設施，確保工具能夠根據導線厚度的增加而自動調節，保證加工質量與效率。

3.4 “S”彎相關問題技術處理

針對上述研究的“S”彎相關問題，技術人員應根據問題具體呈現情況落實針對性的優化舉措，具體如下：

（1）單根線芯“S”彎換位節距過大優化。在單根線芯出現“S”彎換位節距過大問題時，將會導致線芯無法在既定的路線上實現完全換位現象，進而出現換位錯誤等不良情況。為有效解決此類問題，加工期間技術人員應優化換位節距S的確定方式，比如綜合考慮繞制線圈的直徑數據。根據現有計算公式，換位節距S：

式中，線圈繞制最小直徑用Dmin表示，單位為mm；漆包扁線導體寬邊標稱尺寸用b表示，單位為mm；漆包線根數用n表示。

通過將現有數據代入公式（1）與公式（2），能夠更為科學地確定單根線芯“S”彎換位節距，避免節距過大現象的發生。

（2）換位導線整體“S”彎過大優化。根據“2.4”章節分析可知，當換位導線整體出現“S”彎過大現象時，寬度擠壓環節開展后會增大導線的局部高度，最終給線圈線餅造成質量問題。針對這一現象，采取的工藝優化舉措為對換位頭進行調整，解決導線換位“S”彎過大凸起的現象，還原其平整性。

3.5 綁扎帶繞包松散技術解決

網狀綁扎帶繞包作為這種加工工藝的重要環節，在對其常見的松散問題予以解決時，可從以下3個方面入手優化。

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

（2）圍繞網帶落實規范的性能檢驗工作，將其拉斷力控制在80 N，確保其符合這一參數標準后方可開展相關工藝。

（3）針對網帶盤相關加工，應確保在繞包倉繞包盤時平整、規范，確保張力適度，并在繞包完成后對加工狀態進行檢查，不存在松散、隆起等現象。

4 結語

由于目前變壓器的生產加工要求提高，現有的換位導線工藝無法滿足產品多樣化、高速度發展需要，因而應對常用加工工藝進行優化，減少質量問題，保證產品生產質量與效率。通過上述分析，在對無紙捆綁型縮醛漆包換位導線工藝進行優化時，可從材料質量控制、性能參數調節等方面入手，并按照現行標準規范對各個加工工序進行控制，包括均勻涂覆變壓器油、合理控制換位節距等，以此促使無紙捆綁型縮醛漆包換位導線工藝作用的充分發揮，降低生產成本，增強變壓器產品運行的可靠性，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，工藝問題多數來自現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生的問題，比如換位導線變形、鼓包，或是導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化、絕緣件制作等方面，從源頭上杜絕相關質量問題的發生，以期推動無紙捆綁型縮醛漆包換位導線工藝水平和技術水平的同步提升。