曹永義（無錫錫洲電磁線有限公司，江蘇無錫214028）

紙絕緣單面自粘縮醛漆包半硬組合導(dǎo)線的研發(fā)

曹永義
（無錫錫洲電磁線有限公司，江蘇無錫214028）

主要針對紙絕緣單面自粘縮醛漆包半硬組合導(dǎo)線，以ZZQN1C3-1.95-0.15 1.80×12.50/3為例，闡述了研發(fā)過程中，單面自粘縮醛漆包半硬漆包扁線的單面自粘涂覆工藝參數(shù)、高屈服強度的加工方法、試驗方法及試驗結(jié)果，總結(jié)出紙絕緣單面自粘縮醛漆包半硬導(dǎo)線的單面自粘涂覆工藝及裝置、高強度低電阻率的加工工藝、工裝設(shè)備的改進、過程質(zhì)量控制點等，為后續(xù)產(chǎn)品質(zhì)量的提升提供參考依據(jù)。

單面自粘縮醛漆包銅扁線；半硬強度；單面自粘；短路測試；質(zhì)量控制點

0　引 言

近年來，隨著我國超高壓及特高壓直流輸電線路的建設(shè)，大型輸變電電力變壓器技術(shù)不斷更新，電壓等級逐步升高，最高達到1 000 kV，容量也不斷增加，但大型輸變電電力變壓器因突發(fā)短路引起的繞組線損壞的事故也明顯增多，為此普遍采用自粘性換位導(dǎo)線作為繞組。自粘性換位導(dǎo)線是由奇數(shù)根的自粘漆包扁線組成寬面相互接觸的兩列，按照要求在兩列漆包扁線上沿窄面做同一方向換位并用絕緣材料緊密繞包的繞組線。該產(chǎn)品具有高強度、渦流損耗小的特點，但其有尺寸大、加工難、空間利用率低等缺點。為了克服上述缺點，我公司研發(fā)出了紙絕緣單面自粘縮醛漆包半硬組合導(dǎo)線，該產(chǎn)品具有體積小、機械強度高、電阻率低、空間利用率高，且加工制造工藝簡單等特點，已經(jīng)逐漸取代自粘性換位導(dǎo)線在大型電力變壓器高壓線圈中的應(yīng)用，并取得了顯著成效。

現(xiàn)以ZZQN1C3-1.95-0.15 1.80×12.50/3為例，對研發(fā)過程的工藝參數(shù)、過程產(chǎn)品及成品專項試驗及結(jié)果進行闡述，并總結(jié)出紙絕緣單面自粘縮醛漆包半硬組合導(dǎo)線的工藝、質(zhì)量控制點。

1　產(chǎn)品設(shè)計

1.1性能與結(jié)構(gòu)

ZZQN1C3-1.95-0.15 1.80×12.50/3的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖1所示，部分技術(shù)要求參數(shù)見表1。

圖1　紙絕緣單面自粘縮醛漆包半硬組合導(dǎo)線結(jié)構(gòu)示意圖

表1　ZZQN1C3-1.95-0.15 1.80×12.50/3部分技術(shù)要求　　（單位：mm）

1.2主要原材料

（1）縮醛漆由國內(nèi)知名的絕緣漆制造商提供，型號為1720，固體含量20%以上，在20℃溫度下用4#杯粘度計檢測粘度為1 800 s。

（2）環(huán)氧自粘漆由本公司自制，型號為17N4，固體含量為20%以上，在20℃溫度下用4#杯粘度計檢測粘度為800 s。

（3）無氧銅桿采用上引法工藝生產(chǎn)，由本公司自制，其20℃電阻率為1.705 0×10-2Ω·mm2/m。

2　工藝參數(shù)及流程

2.1半硬銅導(dǎo)體

半硬銅導(dǎo)體采用無氧銅桿經(jīng)過TLJ300擠壓機生產(chǎn)，配備主動壓延半硬系統(tǒng)對銅導(dǎo)體進行半硬化處理，具體參數(shù)：進線直徑12.5 mm，擠壓主軸轉(zhuǎn)速6.5 r/min，線速度22 m/min，腔體溫度為450～480℃，擠壓模具為Ⅱ型模具，產(chǎn)品冷卻水溫25～30℃。

半硬化處理前后銅導(dǎo)體技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

表2　半硬化處理前后銅導(dǎo)體技術(shù)指標(biāo)對比表（單位：mm）

2.2單面自粘縮醛漆包半硬扁線

單面自粘縮醛漆包半硬扁線采用催化燃燒電輔助加熱立式漆包機生產(chǎn)，具體參數(shù)：退火爐溫度100℃，烘爐進口溫度 180℃，烘爐下層溫度280℃，烘爐中層溫度380℃，烘爐上層溫度420℃，一次催化前補充加熱溫度430℃，下爐口吸出風(fēng)機轉(zhuǎn)速600 r/min，排廢風(fēng)機轉(zhuǎn)速1 200 r/min，收線機牽引速度6.5 m/min。涂漆方式為固定模具法，單面自粘采用專用工裝進行涂覆。

單面自粘縮醛漆包半硬扁線生產(chǎn)工藝流程如圖2所示。

圖2　單面自粘縮醛漆包半硬扁線生產(chǎn)工藝流程示意圖

2.3紙絕緣單面自粘縮醛漆包半硬組合導(dǎo)線

紙絕緣單面自粘縮醛漆包半硬組合導(dǎo)線采用三組合導(dǎo)線機一次成型生產(chǎn)，放線采用被動方式，在組合成型之前經(jīng)過3個上下排列的繞包籠，再進入公共絕緣繞包籠進行絕緣繞包，在每個單根漆包扁線上涂覆適當(dāng)?shù)淖儔浩饔瓦M行潤滑。

具體參數(shù)為：如圖1b所示的單面自粘縮醛漆包半硬扁線排列，公共絕緣選用芬蘭耐熱紙，型號FLT，厚度0.075mm，寬度20mm，繞包13層，共需4個繞包籠，前3個繞包籠配紙層數(shù)為4+4+3，繞包方式為同方向?qū)p繞包，最后一個繞包籠配紙層數(shù)為2，繞包方式為同方向自鎖繞包。

紙絕緣單面自粘縮醛漆包半硬組合導(dǎo)線生產(chǎn)工藝流程如下：放線→單線涂變壓器油→組合并繞包→檢測→成品。

3　試驗項目

3.1設(shè)備

（1）烘箱用于粘結(jié)強度試驗試樣的制備，采用電加熱強迫通風(fēng)方式，主要技術(shù)參數(shù)：烘箱型號為DHG-9143BS-Ⅲ，控溫范圍為室溫至300℃之間，控溫精度達到±0.5℃。

（2）拉力機用于粘結(jié)強度試驗及半硬強度測試，采用伺服電腦式桌上型高溫萬能材料試驗機，配備電加熱烘箱，主要技術(shù)參數(shù)：拉力機型號為TH-8201S，機臺容量1 000 kgf，荷重精度為±1%，測試速度為可調(diào)0.5～500 mm/min；傳動控制方式：高精度梯形絲桿傳動；顯示方式：測試軟體電腦顯示；解析度：1/200000。

（3）電磁線擊穿電壓試驗采用DCX-Ⅲ型電磁線電壓試驗儀，主要技術(shù)參數(shù)：電壓檔別為0～15 kV，使用范圍為 2.5～15 kV，升壓速度為500 V/s，試驗電壓在擊穿時的電壓降在使用范圍內(nèi)且擊穿電流為5 mA時不大于2%。

（4）絕緣電阻表用于短路檢測，主要技術(shù)參數(shù)：絕緣電阻表型號為ZC25-4型絕緣電阻表，電壓1 000 V，絕緣電阻0～1 000 MΩ。

3.2方法

（1）粘結(jié)強度試驗

取長度約為110 mm的平直試樣2根，共5組，然后按圖3所示將試樣的寬邊重疊，粘結(jié)區(qū)長度即重疊長度為25 mm，用專用夾具模夾重疊粘合區(qū)（試樣粘合區(qū)壓力為1 MPa），將受壓試樣放入帶有鼓風(fēng)裝置的烘箱中，待烘箱溫度達到（120±3）℃時將試樣放置在烘箱內(nèi)處理24 h后，然后冷卻至室溫做拉力試驗，拉伸速度不大于20 mm/min，記錄試驗結(jié)果。共做5次試驗，取其平均值作為試驗結(jié)果，計算截面積是以實測自粘層寬度與重疊長度相乘為計算結(jié)果。

圖3　樣品

（2）半硬強度RP0.2試驗

取長度約為200 mm的平直試樣5根，使用萬能材料試驗機進行測試，拉伸速度不大于20 mm/min，微伸儀的測量范圍一般為100 mm。取5次試驗的平均值作為試驗結(jié)果。

導(dǎo)體截面積應(yīng)去除絕緣，按稱重法進行檢測并計算。

（3）電阻率試驗

取長度約為1.4 m的平直試樣5根，當(dāng)試樣為漆包扁線時，兩端各0.3 m用去漆劑去除漆膜并校直，在試驗環(huán)境中穩(wěn)定2 h以上，并記錄溫度值，將線樣夾入夾頭，線樣應(yīng)保持平直。電流密度為0.5～1.0 A/mm2。平衡電橋，記錄數(shù)據(jù)。將電阻測量值換算為20℃的電阻值，并根據(jù)實測截面積計算20℃電阻率。取5次試驗的平均值作為試驗結(jié)果。

導(dǎo)體截面積應(yīng)去除絕緣，按稱重法進行檢測并計算。

（4）耐直流電壓試驗

在整盤紙絕緣單面自粘縮醛漆包半硬組合導(dǎo)線的一端，相鄰的漆包扁線之間施加1 000 V直流電壓，時間不少于5 s，線間應(yīng)不發(fā)生擊穿。按上述方法一次檢測相鄰的兩根漆包扁線，直至全部漆包扁線測量完畢。全部測量結(jié)束無擊穿現(xiàn)象為合格。當(dāng)擊穿電流大于等于20 mA時，應(yīng)指示擊穿，小于或等于標(biāo)準值為合格。

（5）漆包扁線擊穿電壓試驗

取長度為350 mm的試樣5根，若試樣厚度不大于2.5 mm，采用25 mm的試棒a邊彎曲，否則采用50 mm的試棒彎曲。將彎好的試樣埋入接地的2 mm鋼珠內(nèi)，埋入深度為100 mm。導(dǎo)體接試驗電壓。啟動試驗儀升壓（2級采用500 V/min）。記錄擊穿時的試驗電壓值作為試驗數(shù)值。5根試樣的試驗數(shù)值應(yīng)不低于2 000 V為合格。

（6）單面自粘厚度及寬度試驗

取紙絕緣單面自粘縮醛漆包半硬組合導(dǎo)線長度約1 m的試樣，去除外包絕緣紙，每根單線試樣長度約500 mm，在相隔至少100 mm的三個位置上測量產(chǎn)品的厚度及自粘層的寬度，并記錄相應(yīng)測量結(jié)果；再用丙酮擦拭漆包扁線表面去除自粘層，再按照上述方法測量產(chǎn)品的厚度，并記錄相應(yīng)的測量結(jié)果。測量結(jié)果取3次測量的平均值。

4　試驗結(jié)果分析

4.1單面自粘層厚度、寬度和四面自粘層的粘結(jié)強度

單面自粘在紙絕緣單面自粘縮醛漆包半硬組合導(dǎo)線中應(yīng)用好壞的一個重要指標(biāo)是該單面自粘涂層按圖3所示樣品，進行室溫粘結(jié)強度試驗，其粘結(jié)強度應(yīng)不小于5 N/mm2。為了驗證單面自粘技術(shù)的穩(wěn)定性與可行性，以及自粘層的寬度和厚度對粘結(jié)強度的影響，本次試驗針對不同自粘層厚度和寬度的單面自粘縮醛漆包扁線在相同制樣環(huán)境下進行試驗對比，其粘結(jié)強度見表3。

表3　不同自粘層厚度、寬度的樣品在相同處理溫度的室溫下的粘合強度

由表3可見，單面自粘的粘合強度與自粘層的厚度與寬度有很大關(guān)系，其最佳單面自粘層厚度為0.02～0.04 mm，寬度為1/2至3/4導(dǎo)體寬度，其平均粘結(jié)強度為8.09 N/mm2，高于行業(yè)標(biāo)準粘結(jié)強度為5 N/mm2的標(biāo)準要求，而四面涂覆自粘層的粘結(jié)強度平均值為8.30 N/mm2，兩者相差不大。當(dāng)單面自粘層厚度超過0.04 mm時，其粘合強度反而下降，并且嚴重影響單面自粘特性。

4.2半硬強度Rp0.2與電阻率

半硬強度是高壓及特高壓變壓器繞組線的一個重要指標(biāo)，其對變壓器的抗突發(fā)短路能力有很大影響，采用新的半硬加工方法在有利于提高半硬強度的同時，保證了導(dǎo)體尺寸的均勻性和穩(wěn)定性，對銅導(dǎo)體電阻率的影響不大。本次試驗針對ZZQN1C3-1.95-0.15 1.80×12.50/3的整個加工過程中的半硬強度及電阻率的檢測結(jié)果進行試驗對比，其半硬強度與電阻率見表4。

表4　各過程產(chǎn)品的半硬強度與電阻率對比

由表4可見，通過TLJ300連續(xù)擠壓工藝，再經(jīng)過主動壓延半硬裝置生產(chǎn)半硬銅導(dǎo)體，最后經(jīng)過漆包工序生產(chǎn)單面自粘縮醛漆包半硬銅扁線，其半硬強度RP0.2完全可以滿足240 N/mm2以上要求，且20℃電阻率不大于1.7241×10-2Ω·mm2/m，遠遠低于國家標(biāo)準要求的20℃電阻率不大于1.7544× 10-2Ω·mm2/m，且表面無毛刺、壓痕等缺陷，并且半硬強度均勻穩(wěn)定。

4.3漆包扁線擊穿電壓與組合導(dǎo)線耐直流電壓

漆包扁線擊穿電壓的高低說明漆包扁線漆膜的涂漆均勻性，以及導(dǎo)體的表面質(zhì)量，直接影響到最終產(chǎn)品的耐直流電壓試驗結(jié)果，以及整個變壓器線圈的匝間絕緣性能。漆包扁線擊穿電壓的高低受漆膜厚度和均勻性的影響比較大，應(yīng)避免出現(xiàn)嚴重的漆膜偏心現(xiàn)象，提高整個導(dǎo)線漆膜的均勻性，而且要避免存在銅導(dǎo)體的損傷、異物等表面缺陷，漆包扁線擊穿電壓才能夠穩(wěn)定，從而提高了最終產(chǎn)品的耐直流電壓性能。本次試驗針對ZZQN1C3-1.95-0.15 1.80× 12.50/3的漆包和組合繞包加工過程中的產(chǎn)品分別進行了擊穿電壓試驗和耐直流電壓試驗，如表5所示。

表5　漆包扁線擊穿電壓及紙絕緣單面自粘縮醛漆包半硬組合導(dǎo)線耐直流電壓試驗結(jié)果

由表5可見，通過TLJ300連續(xù)擠壓工藝，再經(jīng)過主動壓延半硬裝置生產(chǎn)半硬銅導(dǎo)體，最后經(jīng)過漆包工序生產(chǎn)單面自粘縮醛漆包半硬銅扁線，其導(dǎo)體尺寸均勻，無毛刺、雀皮等影響擊穿電壓的缺陷，漆包扁線涂漆均勻，漆膜厚度波動較小，漆包扁線擊穿電壓均勻穩(wěn)定，紙絕緣單面自粘縮醛漆包半硬組合導(dǎo)線可以滿足耐直流1 000 V電壓，確保變壓器線圈匝間絕緣性能。

5　結(jié) 論

（1）紙絕緣單面自粘縮醛漆包半硬組合導(dǎo)線性能完全滿足最終產(chǎn)品的要求，可以替代傳統(tǒng)的自粘性換位導(dǎo)線在電力變壓器中使用。

（2）銅連續(xù)擠壓與主動壓延配合加工半硬銅導(dǎo)體的工藝方法是可行的，并且最終產(chǎn)品的電阻率與軟銅扁線相差不大，遠遠低于國家標(biāo)準要求；半硬銅導(dǎo)體下壓量與半硬強度的關(guān)系需進一步研究。

（3）半硬銅導(dǎo)體加工過程中應(yīng)對無氧銅桿、擠壓模具、導(dǎo)體下壓量進行控制。無氧銅桿20℃電阻率小于1.710×10-2Ω·mm2/m；擠壓模具r角尺寸應(yīng)比最終產(chǎn)品導(dǎo)體r角大0.10 mm以上。

（4）單面自粘縮醛漆包銅扁線的粘結(jié)強度可以滿足最終產(chǎn)品的要求，單面自粘層厚度控制在0.02～0.04 mm，自粘層寬度控制在1/2至3/4導(dǎo)體寬度，粘結(jié)強度與散熱效果最佳。

（5）紙絕緣單面自粘縮醛漆包半硬組合導(dǎo)線應(yīng)對相鄰漆包扁線進行潤滑，避免絕緣受損影響產(chǎn)品的耐直流電壓性能。

（6）后續(xù)應(yīng)對高半硬強度的加工工藝、單面自粘縮醛漆包銅扁線的加工工藝進一步研究和完善，建立相應(yīng)的標(biāo)準，并進行推廣。

［1］ GB/T 4074—2008 繞組線試驗方法［S］.

［2］ GB/T 7095—2008 漆包銅扁繞組線［S］.

［3］ JB/T 6758—2007 換位導(dǎo)線［S］.

［4］ GB/T 7673—2008 紙包繞組線［S］.

［5］ GB/T 228—2002 金屬材料-室溫拉伸實驗方法［S］.

Development of Paper Covered Semi-Rigid Combined Conductor With Single-Side Bonding Layer

CAO Yong-yi
（Wuxi Xizhou MagnetWires Co.，Ltd.，Wuxi214028，China）

The technological Parameters，testmethods and results of the develoPment and trial-Produce of the PaPer covered semi-rigid combined conductorwith single-side bonding layer，was described in this PaPer，which exemPlified the tyPe ZZQN1C3-1.95-0.15 1.80×12.50/3.The Process selection，imProvement of technological equiPment and quality control Points of Process about the PaPer covered sem i-rigid conductor with single-side bonding layer，were subsequently summed uP to give a basis to Promote the quality of following Product.

single-side self-bonding Polyvinyl acetal enameled rectangular coPPerwire；semi-rigid intensity；singleside self-bonding；short circuit test；quality control Point

TM245.1

A

1672-6901（2016）02-0033-05

2015-06-15

曹永義（1977-），男，高級工程師.

作者地址：江蘇無錫市新區(qū)城南路231-5號［214028］.