三峽地下電站840 MVA/500 kV變壓器專用換位導(dǎo)線制造工藝

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(lái)水泄洪空放。為了合理利用長(zhǎng)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(guó)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(guó)家重大技術(shù)裝備國(guó)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(guó)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(guó)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(jiàn)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(zhǎng)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(wú)銅箔繞包在絕緣紙板上。按照?qǐng)D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(duì)接頭為圓弧連接，其中銅箔屏蔽線端頭為陽(yáng)口，并要求均勻地涂覆1層厚0.2mm、長(zhǎng)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(jiàn)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(jiàn)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(zhǎng)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(kāi)自換位中心前后0.5m長(zhǎng)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(zhǎng)度為60.07m，抽頭位置的中心前后0.5m長(zhǎng)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(zhǎng)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(guò)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(guò)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(duì)漆膜的傷害不明顯，但三峽電站導(dǎo)線屈服強(qiáng)度高且對(duì)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(duì)較小，在變壓器運(yùn)行過(guò)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(duì)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(duì)比，電阻率很好地滿足了標(biāo)準(zhǔn)要求，見(jiàn)表1；（2）漆包扁線回彈角小，這對(duì)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(guó)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(duì)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(duì)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(wèn)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(guò)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(guò)改變上下兩組滾輪的距離來(lái)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?qǐng)D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(zhǎng)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(guò)程中銅箔末端就會(huì)產(chǎn)生尖端放電，對(duì)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(zhǎng)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(hào)，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(guò)大量的資料查詢，對(duì)多種導(dǎo)電漆進(jìn)行試驗(yàn)、篩選和比對(duì)，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(guò)程：取2段不等長(zhǎng)（約0.5m和1m）的絕緣紙板，一端對(duì)齊并膠合，把多根膠合在一起的紙板端頭對(duì)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(yáng)口圓弧狀，再經(jīng)過(guò)對(duì)紙板端頭（圓弧端）預(yù)處理、導(dǎo)電銀膠涂敷、烘干、打磨和無(wú)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(duì)接，并用聚酰亞胺膠帶固定，然后把一定長(zhǎng)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(yáng)口與填充用紙包線紙板兩端頭陰口吻合對(duì)接并用聚酰亞胺膠帶固定，最后按照?qǐng)D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(duì)稱繞包的方式勢(shì)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(wèn)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(guò)程中的平整度，減輕褶皺，還對(duì)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(guò)程中，把紙板上的標(biāo)記準(zhǔn)確無(wú)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(wèn)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(guò)±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(duì)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(lái)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(duì)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(duì)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(guò)快或過(guò)慢等措施來(lái)保證導(dǎo)線繞制工藝性。

3 結(jié)語(yǔ)

三峽地下電站主變電磁線合格交付使用后，經(jīng)過(guò)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(guò)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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