紙絕緣單面自粘縮醛漆包半硬組合導線的研發

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線的研發

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線，以ZZQN1C3-1.95-0.15 1.80×12.50/3為例，闡述了研發過程中，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、高屈服強度的加工方法、試驗方法及試驗結果，總結出紙絕緣單面自粘縮醛漆包半硬導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、工裝設備的改進、過程質量控制點等，為后續產品質量的提升提供參考依據。

單面自粘縮醛漆包銅扁線；半硬強度；單面自粘；短路測試；質量控制點

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，大型輸變電電力變壓器技術不斷更新，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線作為繞組。自粘性換位導線是由奇數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，我公司研發出了紙絕緣單面自粘縮醛漆包半硬組合導線，該產品具有體積小、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，已經逐漸取代自粘性換位導線在大型電力變壓器高壓線圈中的應用，并取得了顯著成效。

現以ZZQN1C3-1.95-0.15 1.80×12.50/3為例，對研發過程的工藝參數、過程產品及成品專項試驗及結果進行闡述，并總結出紙絕緣單面自粘縮醛漆包半硬組合導線的工藝、質量控制點。

1　產品設計

1.1性能與結構

ZZQN1C3-1.95-0.15 1.80×12.50/3的產品結構如圖1所示，部分技術要求參數見表1。

圖1　紙絕緣單面自粘縮醛漆包半硬組合導線結構示意圖

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

1.2主要原材料

（1）縮醛漆由國內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，由本公司自制，其20℃電阻率為1.705 0×10-2Ω·mm2/m。

2　工藝參數及流程

2.1半硬銅導體

半硬銅導體采用無氧銅桿經過TLJ300擠壓機生產，配備主動壓延半硬系統對銅導體進行半硬化處理，具體參數：進線直徑12.5 mm，擠壓主軸轉速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，產品冷卻水溫25～30℃。

半硬化處理前后銅導體技術指標如表2所示。

表2　半硬化處理前后銅導體技術指標對比表（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，具體參數：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℃，下爐口吸出風機轉速600 r/min，排廢風機轉速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線

紙絕緣單面自粘縮醛漆包半硬組合導線采用三組合導線機一次成型生產，放線采用被動方式，在組合成型之前經過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的變壓器油進行潤滑。

具體參數為：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個繞包籠配紙層數為4+4+3，繞包方式為同方向對縫繞包，最后一個繞包籠配紙層數為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線生產工藝流程如下：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設備

（1）烘箱用于粘結強度試驗試樣的制備，采用電加熱強迫通風方式，主要技術參數：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，主要技術參數：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，主要技術參數：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，主要技術參數：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，粘結區長度即重疊長度為25 mm，用專用夾具模夾重疊粘合區（試樣粘合區壓力為1 MPa），將受壓試樣放入帶有鼓風裝置的烘箱中，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，記錄試驗結果。共做5次試驗，取其平均值作為試驗結果，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果。

導體截面積應去除絕緣，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，在試驗環境中穩定2 h以上，并記錄溫度值，將線樣夾入夾頭，線樣應保持平直。電流密度為0.5～1.0 A/mm2。平衡電橋，記錄數據。將電阻測量值換算為20℃的電阻值，并根據實測截面積計算20℃電阻率。取5次試驗的平均值作為試驗結果。

導體截面積應去除絕緣，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，線間應不發生擊穿。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。全部測量結束無擊穿現象為合格。當擊穿電流大于等于20 mA時，應指示擊穿，小于或等于標準值為合格。

（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，埋入深度為100 mm。導體接試驗電壓。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值。5根試樣的試驗數值應不低于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品的厚度及自粘層的寬度，并記錄相應測量結果；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品的厚度，并記錄相應的測量結果。測量結果取3次測量的平均值。

4　試驗結果分析

4.1單面自粘層厚度、寬度和四面自粘層的粘結強度

單面自粘在紙絕緣單面自粘縮醛漆包半硬組合導線中應用好壞的一個重要指標是該單面自粘涂層按圖3所示樣品，進行室溫粘結強度試驗，其粘結強度應不小于5 N/mm2。為了驗證單面自粘技術的穩定性與可行性，以及自粘層的寬度和厚度對粘結強度的影響，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境下進行試驗對比，其粘結強度見表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導體寬度，其平均粘結強度為8.09 N/mm2，高于行業標準粘結強度為5 N/mm2的標準要求，而四面涂覆自粘層的粘結強度平均值為8.30 N/mm2，兩者相差不大。當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，其對變壓器的抗突發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，保證了導體尺寸的均勻性和穩定性，對銅導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　各過程產品的半硬強度與電阻率對比

由表4可見，通過TLJ300連續擠壓工藝，再經過主動壓延半硬裝置生產半硬銅導體，最后經過漆包工序生產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定。

4.3漆包扁線擊穿電壓與組合導線耐直流電壓

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，以及導體的表面質量，直接影響到最終產品的耐直流電壓試驗結果，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，應避免出現嚴重的漆膜偏心現象，提高整個導線漆膜的均勻性，而且要避免存在銅導體的損傷、異物等表面缺陷，漆包扁線擊穿電壓才能夠穩定，從而提高了最終產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線耐直流電壓試驗結果

由表5可見，通過TLJ300連續擠壓工藝，再經過主動壓延半硬裝置生產半硬銅導體，最后經過漆包工序生產單面自粘縮醛漆包半硬銅扁線，其導體尺寸均勻，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定，紙絕緣單面自粘縮醛漆包半硬組合導線可以滿足耐直流1 000 V電壓，確保變壓器線圈匝間絕緣性能。

5　結 論

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

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

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

（4）單面自粘縮醛漆包銅扁線的粘結強度可以滿足最終產品的要求，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導體寬度，粘結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線應對相鄰漆包扁線進行潤滑，避免絕緣受損影響產品的耐直流電壓性能。

（6）后續應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，建立相應的標準，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：江蘇無錫市新區城南路231-5號［214028］.