三峽地下電站840 MVA/500 kV變壓器專用換位導線制造工藝

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、發電、航運、供水等綜合效益。三峽工程初步設計安裝26臺單機容量700MW的發電機組。三峽汛期有豐富的水資源，26臺機組全部滿發時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，充分發揮三峽工程的綜合效益，保障三峽水利樞紐安全穩定運行，國家發展和改革委員會同意建設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，是三峽工程初步設計之外的新增項目，屬當今世界規模最大地下電站，共設計安裝6臺700MW機組，投產后將成為大壩左、右岸26臺機組的有效補充，全部建成后，三峽電站總裝機容量將比原設計擴大4.3GW，相當于增加1.5個葛洲壩電站。

換位導線是三峽地下電站主變壓器的關鍵配套產品之一，其技術要求極其苛刻，三峽工程的前4臺主變壓器采用的電磁線全部依賴進口。按照國家重大技術裝備國產化的要求，作為三峽地下電站主變的主要原材料之一，換位導線必須實現國產化。

1 三峽地下電站主變電磁線的構成及技術要求

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線，其中高壓線圈采用普通自粘換位導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線（59芯）。產品符合德國西門子TUN901237、TUN901158等標準技術要求，高壓導線換位節距S＜34mm，低壓導線換位節距S＜45mm，漆包扁線屈服強度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線結構及技術要求

三峽地下電站主變線圈高壓屏蔽段采用一種特殊結構的換位導線，其截面如圖1所示，它是在2列換位導線中間放置1根屏蔽芯（見圖2），相當于傳統意義上的普通換位導線內的中間襯紙被屏蔽芯取代了。此種內屏蔽的結構設計，比傳統的外屏蔽結構的屏蔽效果好，工作導線在線圈屏蔽段的填充率高，即工作導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（或層數）的絕緣紙。但是，銅箔屏蔽線在換位導線中是不連續的且在每個線餅中的長度也不同，為了保證帶屏蔽芯換位導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構類似，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，紙板層數和寬度不同，在換位導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的導電銀膠，如圖3所示。

帶屏蔽芯自粘換位導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在一起，每個線餅（單相共16個線餅）導線長度相同。

在繞制線圈時每個線餅之間此種換位導線都有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根換位導線分為8個線餅，每個線餅長度為60.07m，抽頭位置的中心前后0.5m長度范圍內，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，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內才能保證銅箔屏蔽線頭在要求的位置引出，因此生產整根換位線的計米誤差為±0.3m/（60.07m×8）=±0.62‰。

1.2 低壓線圈自粘換位導線技術要求

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線（59芯）。在繞制線圈時8根59芯的換位導線同時進行，過程中需要逐根進行升層換位處理，如圖6所示。該導線外形窄高，高寬比為58.25 mm/ 12.43mm=4.67，屈服強度σ0.2≥220MPa，在繞制過程中導線很容易出現傾斜和傘形。由于導線硬度高，在生產換位導線時，若換位節距和包紙的松緊調節不當，在升層換位時就會遇到較大困難，并容易導致導線損傷，將直接影響線圈的質量。對漆膜的傷害不明顯，但三峽電站導線屈服強度高且對線圈繞制工藝有著嚴格要求，滾壓法就不適用。否則，會導致漆膜受損、扁線回彈角大和尺寸不穩定等現象發生，同時導體電阻率增大也較明顯。

根據天威線材公司多年的拉絲生產經驗和積累，另辟蹊徑，先用擠壓機擠壓出一定尺寸的裸扁線，然后用多模拉絲機拉拔成具有一定屈服強度的半硬線，經漆包機烘爐部分退火后，實現晶格的再次分布排列，漆包扁線屈服強度降到要求的范圍內。這種先擠壓再拉拔的方式避免了滾壓法導致的漆膜受損和尺寸不穩定現象，并且具有良好的電氣性能和機械性能，主要表現在：（1）電阻率相對較小，在變壓器運行過程中，由于換位導線電阻的減小使得線圈的損耗也會相應降低，把西門子標準對漆包線導體電阻率的要求與先擠壓再拉拔的方式生產的半硬漆包扁線實際數據進行了對比，電阻率很好地滿足了標準要求，見表1；（2）漆包扁線回彈角小，這對提高換位導線的繞制性能有著積極的作用，尤其在大截面多根數換位導線進行升層換位操作時表現得更加明顯。國標要求軟態扁銅線導體回彈角不大于5°，采用滾壓法生產的漆包線屈服強度在220MPa時的回彈角為8°～9°。經對先擠壓再拉拔的方式生產的半硬線（σ0.2：220～240MPa）進行回彈試驗，回彈角為5.5°～6°，與軟態銅扁線的回彈角十分接近。

表1 半硬態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

根據產品技術要求，要高質量地完成三峽地下電站840MVA/500 kV電磁線的制造任務，必須有效地解決高屈服強度漆包扁線制造、屏蔽懸頭用導電漆的選材與試驗、屏蔽懸頭制作、銅箔屏蔽線的制作、精確計米、帶屏蔽芯換位導線的打制和小節距換位導線的打制等諸多問題。

2.1 高屈服強度漆包線的制造

三峽地下電站主變壓器用換位導線的屈服強度較大，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生彎曲變形，此時漆包扁線會具有一定屈服強度，屈服強度的大小可通過改變上下兩組滾輪的距離來調節。在生產一般的半硬（σ0.2≤180MPa）漆包扁線時，此種方法快捷高效，

2.2 帶屏蔽芯自粘換位導線的制造

根據帶屏蔽芯換位導線特殊結構和打制方式，為了提高生產效率、增強可操作性、保證計米精度，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記打制帶屏蔽芯換位導線。

2.2.1 制作屏蔽懸頭

銅箔屏蔽線按照要求在規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，變壓器運行過程中銅箔末端就會產生尖端放電，對局部放電試驗不利，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層導電漆。根據導電漆所起的作用、變壓器運行環境及安全性要求，此種導電漆要有良好的導電能力，能夠牢固地附著在紙板表面，在變壓器長期運行中不溶于變壓器油且高溫下不發生任何物理和化學變化。由于換位導線相關技術文件中未提供導電漆具體型號，為了尋找耐高溫、附著力強、與變壓器油相容試驗合格的導電漆，天威電力線材有限公司技術人員通過大量的資料查詢，對多種導電漆進行試驗、篩選和比對，最終確定1種導電銀膠并得到用戶的認可。

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，再經過對紙板端頭（圓弧端）預處理、導電銀膠涂敷、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，在紙板上導線懸頭位置和抽頭位置做好標記。其他各段串接，采用以上同樣的方法進行。

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，質地較軟，且銅箔僅為1層，采用對稱繞包的方式勢必導致繞包中心偏離，紙板發生嚴重扭曲，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，還對銅箔進行了退火處理，使其達到軟態，以利于順利繞包及表面質量。

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

2.3 計米精度問題

在以上第2個環節中除了按照工藝要求進行連接操作外，分段計米精度也是屏蔽芯制作成功與否的關鍵因素。由于在線圈設計時屏蔽懸頭和抽頭位置已經確定，在導線制作時必須保證懸頭和抽頭位置與設計一致，此種導線的計米誤差最大不能超過±0.62‰。目前，大型變壓器用電磁線行業采用的計米裝置一般為輪盤式機械計米器和電子計米器，最小計量單位一般為0.1m，并且計米器本身的計米誤差在±2‰左右，電子計米器計米誤差更大，不能保證此種導線的計米精度要求。為了提高計米精度和節約成本，對現有機械計米器進行校核和調整，把輪盤進行刻度，分成100份，并在輪盤上增加1個指針，最小計量單位由原來的0.1m提高到了10mm，為導線的準確計米提供了保障。圖7為普通輪盤式機械計米器，圖8為改造后的輪盤式機械計米器。

2.4 小節距換位導線的制作

三峽地下電站主變高壓線圈用換位導線要求換位節距S≤34mm，已經達到目前行業換位裝置的極限，并且漆包扁線屈服強度很大，在此種換位導線試制時，漆膜受損嚴重，帶屏蔽芯的換位導線尤為突出。對節距大小起關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 大截面多根數換位導線制作

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

3 結語

三峽地下電站主變電磁線合格交付使用后，經過繞制和試驗，導線繞制的工藝性良好，達到了預期效果，主要表現在：

（1）線圈的軸向和輻向尺寸偏差均符合公差范圍要求；

（2）帶屏蔽芯換位導線在繞制線圈時屏蔽懸頭和抽頭與設計位置相吻合；

（3）低壓導線在繞制過程中未出現傾斜和傘形并順利地完成升層換位；

（4）線圈繞制完畢后，經壓裝、干燥處理后，達到了線圈工藝要求。

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