換位導(dǎo)線直流電阻測量的數(shù)據(jù)分析與評估

1、換位導(dǎo)線直流電阻的數(shù)據(jù)分析與評估朱建新 國網(wǎng)電力科學(xué)研究院(武漢430074)朱淙淙 國網(wǎng)電力科學(xué)研究院(武漢430074)摘要換位導(dǎo)線的直流電阻是大型輸變電設(shè)備電氣性能的重要設(shè)計參數(shù)。本文由換位導(dǎo)線中的 單股電磁線直流電阻的測量，以及對集束電磁線直流電阻的離差數(shù)據(jù)分析，同時建立與之關(guān) 聯(lián)的熱效應(yīng)分析，提出了換位導(dǎo)線“1 km直流電阻離差”和質(zhì)量控制中的“直流電阻離差 控制范圍”，以期對換位導(dǎo)線的加工整理實現(xiàn)必要的精細(xì)化控制。關(guān)鍵詞：質(zhì)量換位導(dǎo)線電阻Assessed the Quality of Transposed Condoctor Depending onthe Resistors me

2、asured by D.CZhu jian-xin (WUHAN 430074)Zhu cong-cong (WUHAN 430074)Abstract:The D.C resistor of wires of transpored condoctor is one of important parameter in the design of which larger power transformers. Because It is not been ignorable for the deviation of resistor between wires by the analysis

3、calorific effect, so that it is very important for us to win the quality of transpored condoctor by the ways to be controlled the deviation of 1km resistor, and the tolerance limits world be smaller then 2%.Key words: Quality; Transposed Condoctor; Resistors換位導(dǎo)線直流電阻的測量與質(zhì)量評估朱淙淙 國網(wǎng)電力科學(xué)研究院（武漢430074） 朱建

4、新 國網(wǎng)電力科學(xué)研究院（武漢430074）刖言隨著我國輸變電建設(shè)的高速發(fā)展，輸變電設(shè)備的電壓和單臺/機容量也不斷提升。作為 其生產(chǎn)所必須的換位電磁線也得到了廣泛而大量的使用。經(jīng)過各大型電力變壓器制造廠商十 余年的推動，目前我國具有年產(chǎn)萬噸以上換位電磁線加工生產(chǎn)能力的制造廠商已達(dá)近十家; 不但可以生產(chǎn)各種規(guī)格、不同絕緣等級的紙包、漆包和組合導(dǎo)線；同時換位導(dǎo)線的生產(chǎn)能力， 其中特別是自粘性換位導(dǎo)線和網(wǎng)包換位導(dǎo)線的生產(chǎn)能力得到了快速的提升;已具備年產(chǎn)5000 噸換位導(dǎo)線加工生產(chǎn)能力的制造廠商有6家。單纜換位導(dǎo)線的最大股數(shù)已經(jīng)可以做到81股。 國內(nèi)不少電磁線廠生產(chǎn)的換位導(dǎo)線，不僅可以提供國內(nèi)大型輸變電

5、設(shè)備的生產(chǎn)需要，而且出 口國外，成為一些國際知名輸變電設(shè)備制造商的指定材料供應(yīng)商。我國的特高壓、超高壓工程（400MVA/AC1000kV ； 334MVA/DC800kV； 500MVA/AC750 kV） 項目的實施，單相電流已經(jīng)達(dá)到49006300A；可以預(yù)見的是，在即將實施的交流1200MVA /1000kV變壓器中，單相低壓線圈采用的集束（換位）導(dǎo)線的股數(shù)將接近或超過580股。這 些都要求換位導(dǎo)線的供應(yīng)商，不光在規(guī)格、數(shù)量和交貨期上滿足工程建設(shè)的需要；同時在換 位導(dǎo)線的質(zhì)量和品質(zhì)的控制上要有相應(yīng)的提升。與電磁線加工工藝過程控制密切相關(guān)的電磁 線直流電阻，需要有更高的要求。.換位導(dǎo)線直

6、流電阻與整理工藝的關(guān)系電磁線（換位導(dǎo)線）的整理過程可以簡單地用圖1描述。涉及換位導(dǎo)線的直流電阻阻值 及其均勻性的加工工藝過程主要包括在以下幾個方面：1）電解銅的材質(zhì)熔煉和真空引拔，是對電磁線直流電阻控制的第一階段。采用不同產(chǎn)地（不同批次的）的電解銅，其中的金相成份都會在一定的幅度內(nèi)變化。銅中金相成份的不同及其比 例關(guān)系差異不光影響電磁線的加工工藝性能和品質(zhì)，同時也影響著電磁線加工成品電阻率的 大小。在我國的電磁線加工行業(yè)中，擁有原銅熔煉和真空引拔裝備的廠家，主要通過銅期貨 貿(mào)易的方式獲取進口電解銅（即智利銅），同時使用的也有國產(chǎn)“江西銅”和“云南銅”這 些廠家除了采用“碳-醐/.止、氧曾 臨旦

7、J5.骯-I鑰品序圖1換位電磁線主要整理工藝流程吸附”的方式進行簡單的脫氧工藝處理外，鮮有能夠自主控制原料銅中金相成份的能力。而 采用外購無氧銅桿整理電磁線的廠家，對于其銅圓材料的原銅和金相成份則處于失控的狀 態(tài)。）銅圓模具冷軋或模具拉拔冷軋工藝要求級連的冷軋模具軋輥之間的的傳動銜接準(zhǔn)確，細(xì)小的軋輥表面缺陷和銜 接偏差就會造成銅型材的夾層和表面均勻性缺陷。成型控制相對簡單，通常會用在銅形材的粗制成型中。拉拔工藝過程的工裝條件相對簡單，但是在拉拔加工過程中形成的模具孔徑的變化 M （如圖2所示），會造成大量模具耗損，對拉拔絲孔模具的加工和配套的能力要求高，否 則難以滿足大批量、多規(guī)格電磁線的加工

8、精度要求和客戶供貨的時效需求。拉拔工藝相對于 冷軋工藝而言，在更換型模模具的時候必須要對型材“斷線”，同時在加工過程中需要對模 具的孔徑變化進行隨時的監(jiān)控，以保證線材的規(guī)格尺寸符合要求。圖2拔絲模具隨線材加工長度L和使用時間t模具孔徑變化示意圖線纜的直流電阻通常以公式R =來表示，當(dāng)拔絲模具孔徑發(fā)生變化，對電磁S線的直流電阻的變化范圍有著不可忽略的影響。顯而易見：即便原銅材質(zhì)優(yōu)良，拔絲孔模具 在拉拔工藝過程中，也需要及時嚴(yán)格地控制摸具尺寸在有限的變化范圍之中。） 拔絲型材的表面硬化工藝為了提高電磁線承受機械應(yīng)力的能力，在電磁線的加工過程中通常是采用數(shù)個倒線輪 的速度差來實現(xiàn)電磁線的“非比例延伸

9、強度嘰了。這種倒線輪之間張力的一致性和均勻性，直接影響 著電磁線表面分子晶格的結(jié)構(gòu)的均勻一致，對電磁線的直流電阻會產(chǎn)生特定的工藝影響。）焊接工藝過程雖然多數(shù)換位電磁線訂貨合同約定：成纜的電磁線產(chǎn)品各股線不得含有“中間焊點接 頭”。但是受換位線成纜機械單股線軸盤重的限制和超長線纜的需求，換位導(dǎo)線在成纜的過程中難免存 在中間“焊接接頭”。這種焊接接頭的多少、各股線之間中間接頭的均勻性、焊接工藝的統(tǒng) 一性、焊料的種類和均勻性都直接影響著單股電磁線的直流電阻。）加工形變和線材傷損換位導(dǎo)線的加工過程中，“S彎”的成型主要采用“線性推頭V “滑軸式推頭”和“擺 輪軸式推頭”。由于機械加工過程中的進動推壓，

10、對電磁線“S彎”處的窄邊（b）可能產(chǎn)生不同程度的傷 損和變形。線性推頭一一以氣動或蝸輪桿帶動推頭垂直于線材收（放）線方向，推動（或擊打） 電磁線成“S彎”。線性推頭對于換位節(jié)距的調(diào)節(jié)相對簡單；單一推 頭可以適合多種規(guī)格的“S彎”成型，尤其是小換位節(jié)距的換位電磁 線的加工。當(dāng)推頭的進動速度過快，會對被加工線材表面造成“擊打” 變形的效果；推頭的進動速度過慢，容易形成推頭與被加工線材線之 間的“剛性磨擦”。同時線性推頭也不適合加工表面硬度高的線材， 加工過程中的噪聲也大?；S推頭一一滑軸推頭是在線性推頭的頂端加裝一個滾珠軸承，用以降低推頭與被加 工線材線形的“剛性磨擦”。但是“S彎”的成型工藝性能

11、和換位節(jié)距 的調(diào)節(jié)受到可選用滾珠軸承外徑的影響。擺輪軸式推頭一一擺輪軸式推頭是以“自旋轉(zhuǎn)”的方式，將被加工線材平滑地“推送” 形成換位“S彎”。擺輪軸式推頭“自旋轉(zhuǎn)”的進動方向與換位電磁線 收（放）線方向一致，故推頭與被加工線材線之間的“剛性磨擦”明顯 減小，外觀質(zhì)量屬于目前最上乘的一種加工方式。但是“擺輪軸式推頭” 對不同規(guī)格的“S彎”的加工適用性較差，更換調(diào)整推頭的技術(shù)比較復(fù) 雜。2.換位導(dǎo)線直流電阻的測量數(shù)據(jù)分析從上述換位導(dǎo)線的加工工藝過程，我們可以了解到：直流電阻是電磁線材質(zhì)和加工工 藝控制水平的直接體現(xiàn)。但是目前在電磁線的制造全過程中，單股電磁線的直流電阻測量只 是作為生產(chǎn)過程中的控

12、制手段，而在換位電磁線的成品試驗中，各股直流電阻測量只做“通 一斷”驗證試驗。由于換位電磁線的整理工藝相對復(fù)雜，對于后續(xù)的電工設(shè)備設(shè)計而言，與 設(shè)備絕緣的熱性能和電性能密切相關(guān)聯(lián)的直流電阻，僅在成品試驗中以直流電阻的“通一斷” 試驗來體現(xiàn)，顯得過于的簡化了。對于成纜換位電磁線這樣一種“集束”的電磁線而言，實際的“集束”換位電磁線中 單股最大、最小直流電阻是多少？最大、最小直流電阻各自發(fā)熱效應(yīng)的比率關(guān)系是多少？ “集 束”換位電磁線是否需要控制單股電磁線的最大離差？對于有著數(shù)百股的“集束”換位電磁 線而言，這些不是采用簡單的平均直流電阻所能解釋的。表1中例舉了 9種規(guī)格不同、標(biāo)稱長度不同的換位電

13、磁線各股直流電阻的測量及分析 結(jié)果。表1常用規(guī)格換位電磁線直流電阻的測量及分析f J樣本 測算內(nèi)容-.樣本1樣本2樣本3樣本4樣本5樣本6標(biāo)稱線纜長度m36886172758110824471240線規(guī)mm1.6X6.31.7X6.01.12X4.01.4X7.51.4X7.01.6X8.0線纜股數(shù)131711211923每股電阻之和Q86.56717.030127.6040.79886.82339.895單股最大電阻Q6.6841.00311.7201.9484.5981.745單股最小電阻Q6.6321.00111.5001.9304.5031.721各股電阻平均值Q6.65901.001

14、811.6001.94284.56961.7346最大電阻正偏差%0.380.071.030.240.620.60最大電阻負(fù)偏差%-0.41-0.08-0.86-0.64-1.46-0.78標(biāo)稱長度下 電阻離差%0.780.151.900.892.081.38標(biāo)稱長度（纜）等效 電阻（計算）值Q0.512230.058931.054550.092510.240510.075421km纜線平均電阻值0.138890.095510.382360.083490.098290.060821km纜線電阻 平均離差%0.210.240.690.800.851.12標(biāo)稱纜長最大 熱效應(yīng)增量AQ %1.560

15、.303.791.774.182.771km纜線最大 熱效應(yīng)增量AQ %0.420.491.371.601.712.236 / 10圖3換位電磁線實際直流電阻阻值測量分布概略圖由換位導(dǎo)線直流電阻實際測量得到如圖3所示的概略分布圖。其可以分為線性、上凸和下凹三種形態(tài)。三種電阻測量分布形態(tài)下的直流電阻平均值即 使在最大電阻和最小電阻一致的情況下也會各不相同。當(dāng)然各自的發(fā)熱量也就不同了，因此 有必要對實際所測得的，反映不同的工藝缺陷控制水平的“換位導(dǎo)線直流電阻”進行離散程 度與發(fā)熱關(guān)系的分析。為了對表1中各參數(shù)分析理解的便利，對涉及表中各相關(guān)數(shù)據(jù)的名詞作了如下的約定:單股最大直流電阻Rmax（標(biāo)稱長

16、度）換位電磁線中單股最大直流電阻;R = MAX R n ；單股最小直流電阻Rmin（標(biāo)稱長度）換位電磁線中單股最小直流電阻;Rmin=MIN R n ；直流電阻平均值Ravr（標(biāo)稱長度）換位電磁線中所有單股直流電阻之和的平均值;N RRavri1N最大電阻正偏差+AR （%）（標(biāo)稱長度）換位電磁線束中最大電阻與該換位導(dǎo)線 max 束平均電阻的正向離散程度；+AR = MAX avr0 ；maxRavr最大電阻負(fù)偏差-AR （%）（標(biāo)稱長度）換位電磁線束中最大電阻與該換位導(dǎo)線 max 束平均電阻的負(fù)向離散程度；_AR= min Ravr 100 ；maxRavr直流電阻離散偏差：Rl%）（標(biāo)稱

17、長度）換位電磁線束中，電磁線單股最大電阻與最小電阻之差與該束換位電磁線平均直流電阻的百分比關(guān)系； R（%）= （Rmax -虬訕）X102/ Ravr ；標(biāo)稱長度（纜）等效電阻（計算）值 LN（標(biāo)稱長度）換位電磁線束中，直流電阻平均值與電磁 線股數(shù)之比，RN一成纜換位電磁線中的股數(shù)；Rln= ;標(biāo)稱長度（纜）最大熱效應(yīng)增量Q（%）（標(biāo)稱長度）換位電磁線束中，發(fā)熱量與電流的平方成 正比；公式表示股線束中最大和最小發(fā)熱量之間的比 率關(guān)系；Q（%） = R-2m.n -R-2max ） X Rmax Rmin X 102由于各種規(guī)格的換位電磁線線纜的標(biāo)稱長度不一致，難以對上述各個量值作“線性” 量化

18、比較，故對上述各參數(shù)統(tǒng)一規(guī)劃到1km長度作比較。具體折算方式如下：1km纜線平均電阻值=Ravr X103/L ； L一標(biāo)稱成纜換位電磁線的長度（以 下類同）；1km纜線平均直流電阻離散偏差：泌啟（%）=R（%）X103/L1km纜線平均最大熱效應(yīng)增量Q1km（%）=Q（%）X103/L通過對表1中各參數(shù)的測算分析，可以看出：1）多數(shù)換位電磁線股間直流電阻的離散偏差可以控制在2%以下，以離散偏差控制在 1%以下為優(yōu)。少數(shù)換位電磁線股間直流電阻的離散偏差過大，其最大熱效應(yīng)增量 可以達(dá)到6.318.37%，這是不可忽略的實際情況，可能使單股電磁線在運行條件 下產(chǎn)生比較嚴(yán)重的發(fā)熱不均衡。2）考慮到電

19、磁線的具體工作環(huán)境，如在變壓器的設(shè)計中，線圈在非對稱漏磁通的作 用下，電磁線股間熱失衡的作用還要更加嚴(yán)重。因此在電磁線加工和大容量輸變 電設(shè)備的設(shè)計過程中，需要對電磁線股間直流電阻的離散偏差進行更為細(xì)致的考 量。既要考慮換位導(dǎo)線的“標(biāo)稱長度離散偏差”，以此來判定具體的發(fā)熱效應(yīng)的影 響程度；同時也要考慮“1km導(dǎo)線離散偏差”以分析加工過程中的質(zhì)量控制效果。 同時，“換位導(dǎo)線離散偏差”的分析可以作為換位導(dǎo)線中缺陷的先期判斷依據(jù)。3）由于股間直流電阻的離散偏差偏大，可能將機電設(shè)備設(shè)計中的“預(yù)留發(fā)熱裕度” 抵消，從而降低材料的耐熱能力和設(shè)備的熱壽命。也可能由于這種直流電阻的離 散偏差偏大，在設(shè)計中需要

20、預(yù)留更大的“發(fā)熱裕度”，從而造成設(shè)備材料的浪費， 生產(chǎn)和購置成本的提高。4）對于不同線徑、不同長度、不同用途、不同熱環(huán)境和熱壽命需求的設(shè)備，所采用 的電磁線股間直流電阻離散偏差的控制范圍，需要根據(jù)實際的工況要求有針對性 地加以確定。3.換位電磁線直流電阻的測量與測量誤差控制由于成品換位電磁線的直流電阻測量在以往的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中未作要求。因此，在實際的 測量過程中，除了對電磁線長度計量精度、使用儀器儀表、測量方法等需要執(zhí)行相關(guān)的技術(shù) 標(biāo)準(zhǔn)外，建議在針對換位電磁線直流電阻的測量中，還需要注意以下幾個方面的問題：1）對電磁線長度精確計量和標(biāo)識的要求在換位電磁線的制造過程中，建議采用精確標(biāo)記和記錄的方法。即：電磁線精確計米（m）+首端（盤內(nèi)側(cè)m）/尾端（盤外側(cè)m）如: 3215+1.5/2.5m表示 盤內(nèi)防護妥善的電磁線長度為3215m ；盤內(nèi)側(cè)留線長1.5m； 盤外側(cè)留線長2.5m。預(yù)留線長的起始/終止點以帶有生產(chǎn)批號、線規(guī)和操作人的色標(biāo)膠粘標(biāo)簽標(biāo)識， 首端留長（盤內(nèi)）的外露長度應(yīng)不少于0.25m，且應(yīng)妥善固定作好包扎防護。2）對使用儀表的要求換位電磁線直流電阻的測量應(yīng)采用測量精度為0.2級的雙臂電橋或滿足測量精度要求 的測量有效位數(shù)為四位以上的快速數(shù)顯電橋。使用的電橋應(yīng)該在計量檢測的有效期內(nèi)。3）對測