摘 要：文章描述了电力变压器换位导线的生产新工艺、设备的技术参数、设备的自动控制参数设定，研究换位导线的生产方法、工艺流程和质量控制，并进行了试制，满足设计要求，说明该产品节能、节材，经济效益高。
关键词：换位导线；尺寸偏差；连续挤压；半硬化；换位节距
在西电东送的背景下，新疆即将建立三条特高压输电线路，需求质量高、结构优、长期运行安全可靠的电力变压器。新疆具有一定规模的电力变压器制造企业约3家，尚无企业能够进行批量化生产换位导线，所需换位导线均需内地采购，运距长、运输质量无法保证，存在较大的质量隐患。由于电力变压器结构及成本的优化，需要大量的换位导线制造绕组，以提高电力变压器的综合质量。国内经历了10～12年制造换位导线，目前工艺尚不成熟、完善。研究生产换位导线，将会提升新疆的资源的利用并提升电力变压器制造的技术含量。[1][2][3]
换位导线是一组多根漆包扁线（一般为奇数根）按照一定的节距（根据线圈中心尺寸，一般为根数的整数倍）进行连续换位，形成一整根导线。换位导线的生产工艺流程为：模具制造-铜（铝）导体制造-导体半硬化-漆包-换位。
1 导体尺寸偏差控制
导体尺寸偏差的关键在于模具形状、模具表面质量、挤压温度有比较大的关系，通过对模具的形状、模具的表面质量、挤压温度的研究来解决，挤压模具的材料为特种铸造合金CO20，模具形状按照区域分：入口区、定径区、出口区。
1.1 模具的入口为导流软态导体进入模具定径区，使设备负荷降低，控制挤压腔内部温度、防止模具口塌陷或破损的作用，通过不断试验，通过测定设备负荷最终得到较合理的数据：入口区长度（0.5～0.8）mm，入口锥度（90±5）°，表面光洁度0.8，使用钻石粉抛光。
1.2 模孔中的直边部分称为模具定径区，使导流体形成稳定形状的区域，是决定模具的使用寿命、产品尺寸的重要因素。较长的定径带会增加挤压时金属流动的阻力并容易粘附氧化物；较短的定径带会加速模具的磨损并使模口容易损坏。该区域对导体尺寸变化、设备负荷起较大作用，通过试验得到定径区长度（1.8～2.5）mm，表面光洁度0.1，使用钻石粉抛光。
1.3 出口区由定径带末端开始呈（5 ±1）°的喇叭形，模具定径区与喇叭形出口结合处应平滑相交，该区域与导体之间形成楔形，（800～900）℃的导体从模具定径区进入，在防氧化管内消耗去氧气，迅速产生水蒸气，先有水蒸气对导体进行初次降温，降温后的导体进入蒸馏水中继续进行降温，对导体起着冷却、防氧化作用，同时防止导体产生刮碰，出口锥度（8～12）°，表面光洁度0.8，使用钻石粉抛光。
1.4 根据以上试验，最终得出理想的模具形状如下图：
2 导体半硬化的偏差控制
通过连续挤压成形后的导体电阻率低、塑性好、易成型；但机械强度较差，强度低，线圈受压后导体表面不平整，高场强下易产生局放；制造变压器线圈后变压器抗突发短路能力差，存在较大的质量隐患。通过半硬化处理，可在满足导体电阻率的情况下，较好的提高变压器抗突发短路能力，提高变压器的运行稳定性。但原工艺中半硬导线制造采用的热处理不能达到合理的硬度，屈服强度σp0.2的生产偏差超过了20%，同时操作过程不可控，在实际生产中不能得到满足需求的产品。新工艺采用机械强化的方法可以将屈服强度σp0.2的生产偏差控制在小于10%，从而提高线圈绕制工艺质量。可以实施的方法是：
2.1 通过连续机械弯曲进行强化：对导体预留一定的变形量，采用多对辊轮，使导体在辊轮上进行连续弯曲变形而使导体截面面积减小，导体经过连续的机械弯曲，使金属晶体晶粒细化、排列更加整齐致密，导体整体得到了强化。通过试验增加辊轮对数、使用合理的辊轮直径、调节导体的弯曲量进行数据采集并分析。经过综合比较，辊轮采用宽度55mm，直径φ48的滚针轴承，上下辊轮中心错开100mm；辊轮对数选择4对；导线弯曲量根据屈服强度值进行调节，能够达到将导体的屈服强度σp0.2值控制在±10%的范围内。通过分析研究制作工装进行试制，导体的机械强度可通过挤压产品尺寸变形量（偏差）进行可靠控制，该工装生产，班产30吨，定额1人，生产100吨产品后只需将辊轮表面使用钻石粉进行抛光，生产成本小，效率高。
2.2 导体硬化前产品截面厚度尺寸a与对应控制尺寸变形量如下表
单位：mm
3 确定换位节距计算方法，满足线圈绕制工艺质量
换位导线的换位节距在标准中规定为（5～12）b（b为导体宽度），但在实际使用中存在导线难绕制，线圈回弹力较大，线圈出头固定困难的问题。对以上问题进行分析研究，产生问题的原因在于线圈直径千差万别，而换位导线节距要求较笼统，导线在绕制过程中换位不完全，内部产生较大的应力，导致线圈绕制难度增大。通过分析完全换位次数等要求，使用换位导线生产设备进行导线换位。换位导线的根数一般为奇数根，利于换位设备的生产。换位导线的最小根数为5根，目前最大根数为109根，使用最普遍的是47根及以下，可以得到较高的生产效率。换位节距设置为每圈导线最低满足1个完整的换位。根据调整，使设备弯曲换位的节距h大于5b（b是扁线宽度），通过调整放线绞笼与线速度之间的速率比实现的，对于换位节距，按照理论要求应为完整换位：
即N=L/h（N为自然整数）
其中N为整个线圈理论换位节距数量；
L为理论线圈长度；
h为节距长度；
通过试验，将导线的换位节距调整为（5～12）b（b为导体宽度）、换位节距为每圈导线最低满足1个完整的换位，可以导线难绕制，线圈回弹力较大，线圈出头固定困难的难题。
4 换位导线的试制
根据换位导线生产的工序以及工艺流程，进行换位导线HQQ（N）-0.1/2.95-（15）-1.15×6.3的试制，
4.1 模具制作并生产导体
模具采用Ⅰ型挤压模，模具厚度尺寸1.34mm（模具偏差0.15+半硬线偏差0.03），模具宽度尺寸6.38mm（模具偏差0.03+半硬线偏差0.05），在仪器下测量模具入口区尺寸0.6mm，入口锥度92°，表面光洁度0.8；定径区尺寸2mm；表面光洁度0.1，出口区出口锥度10°，表面光洁度0.8。
将模具安装到TRJ-300铜连续挤压机组上进行导体生产，启动设备后，产品表面光洁、平整，无划痕，测量导体尺寸为1.185×6.355，符合标准要求；检查设备电流，设备运行电流为123～138A，运行稳定，波动小；检查设备转速为12rpm，导体生产速度为108米/秒min。
4.2 将导线安装到半硬线生产工装上进行导体半硬化，上下辊轮间距调整为65mm，生产后测量导线尺寸1.16×6.31，取样测量导线屈服强度σp0.2=151Mpa。导线屈服强度值偏小，导线尺寸偏大，需进行调整，将上下辊轮间距调整为58mm后测量导线尺寸1.15×6.285，取样测量导线屈服强度σp0.2=161Mpa。导线屈服强度值满足σp0.2=160±10Mpa的要求。
4.3 进行换位导线换位生产
4.3.1 线圈的直径为φ2500mm，线圈高度1800mm，线圈匝高12.25mm，则线圈总匝数为N=1800/12.25=146.92，圆整为147匝；每匝线圈长度L0=φ2500×3.14=7850mm；根据h≥5b，则h≥5×6.3 ，最小换位节距h≥31.5mm，计算1次完全换位的换位节距h=7850/15=523.3mm，2次完全换位的换位节距h=7850/（2×15）=261.6mm，依此类推；确定最优的换位次数为8次，节距为最小节距的2倍，则实际导线换位节距h=7850/（8×15）=65.4mm，圆整为65mm；调整换位导线机步进节距为65进行换位导线生产。
4.3.2 在调整好的换位导线机上安装导线（注意做好防尘、防碰撞措施），调整好线盘位置，按照序号将15个线盘上到换位导线机绞笼的摇篮架上（注意序号不要上错），紧固并调整好线盘张力，上好线盘后按照线盘穿孔标记并与线盘号相对应将漆包线引到强迫退扭装置，按照线盘排列号将导线按照顺序并成两列（导线按照逆时针方向排列，由下往上，第一根左下，第二根右下，第三根排在第一根上部，第四根排在第二根上部，以此类推，第十五根排在第十三根上部），将排列好的两列导线送入换位头的中心孔内，调整好换位头的换位机构，设定好机组的速度比，输入换位节距尺寸，进行数据修正。启动主机进行换位加工，测量换位节距，复核修正值，根据修正值进行修正。
5 解决换位导线问题产生的成果
导线生产好后进行线圈绕制、烘干、固化、装配、试验，各项性能均为优秀，线圈工效提高15%，环流现象降低25%，空载损耗降低10%，生产周期缩短20%，变压器试验一次通过抗突发短路验证。通过以上各项试验数据，均能满足用户及设计要求，换位导线试制成功，工艺符合设计要求。
6 结束语
通过对换位导线生产工艺研究和试制，完善了换位导线生产工艺，使换位导线的各项性能均达到了设计要求。解决了生产过程中的瓶颈问题，提高了生产效率，提高电力变压器产品的运行可靠性。
参考文献
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[6]王树勋，苏树珊.模具实用技术设计手册[C].华南理工大学出版社 （2003年第二版第六次印刷）.
作者简介：刘燕（1975，10-），陕西定边人，女，新疆，高级讲师，新疆农业大学机械交通学院硕士研究生（自动化控制方向）。
