【电缆】绕组线专业领域现状与发展分析（一）

绕组线由金属导体和绝缘层组成，用于绕制电磁线圈，实现电磁能转化为机械能或机械能转化为电磁能的功能型材料，主要品种有漆包线、绕包线、换位导线、特种绕组线等。

漆包线通常制成圆形或方形（通常称为扁形），高频电流的输送会产生集肤效应以及大电流的临近效应，会将大截面漆包线替换为小截面的多股绞合漆包线。绕包线有纸包线、丝包线、薄膜绕包线等几类。纸包线通常应用于油浸式变压器的高压线圈、牵引变压器的高压线圈、调压线圈等。丝包线和薄膜绕包线通常以绝缘结构分为各种温度指数的纯玻璃丝包线、涤纶玻璃丝绕包线、薄膜绕包线、混合绝缘绕包线。换位导线通常应用于油浸式变压器的中低压线圈、牵引变压器的中压线圈、低压线圈等，应用领域主要有输变电和轨道交通。特种绕组线主要应用于航空、航天、核电、大型科研和医疗设备等特殊的使用场合。其导体或绝缘不同于常规绕组线，例如耐高温无机绝缘绕组线、超导卢瑟福电缆等。

中国是绕组线产品加工的主力军，由于积极进行设备引进和改善提高，积极研发加工工艺，产品质量水平快速提升。尤其是目前中国不仅是绕组线生产大国，而且产量和质量都有引领全球绕组线行业的趋势。但在特种产品、特殊规格方面与国际先进水平仍有差距，在新产品技术研发方面缺乏持续动力，在环保问题的解决上仍在不断探索中。

（1）国内产能和需求状况

普通绕组线总体上都是供大于求。“十三五”期间国内绕组线需求量在170~175万吨/年之间（测算值），2018年国内绕组线产量约为173万吨，而目前国内绕组线的实际产能超过200万吨/年。部分高端、特殊场合使用的产品，如特高压直流输电、新能源汽车电机、超导磁体等装备用绕组线，在一定程度上体现出供不应求或需要进口。

（2）设备与工艺技术水平需求对比

漆包生产设备方面，低能耗低排放高速拉丝漆包机的广泛运用，已使我国在这一领域走在国际前列。

绕包生产设备方面，虽然传统低价绕包设备数量依然很多，但由于国内绕包线的生产和使用数量非常庞大，绕包设备进步也很快。甚至有些绕组线制造厂商利用自己的技术和产量优势已经开始自制绕包设备，而且这些自制设备在很大程度上促进了绕包线的发展和质量提升。国内外绕包设备技术水平对比如下：

1）国外绕包设备的现状。通过近十年对德国LUKAS，意大利WTM，意大利GLOSER，英国RIDGWAY公司的公开资料和所见到的绕包设备分析，基本情况如下：

设备的生产效率对比十年前进步很小，绕包极限转速依然为同心绕包2000~2500转/分钟左右、偏心绕包1000~1200转/分钟左右。由于大量伺服电机的使用，绕包精度和设备的可靠性提高明显，设备的故障率有所下降。视觉系统的引入，对绕包质量已经实现全程监控，并实现闭环控制、自动调节。各种高精度的传感器（如激光测距仪）的使用，使得操作更加人性化，特别体现在绕包张力控制和收排线方面。随着工业互联网的技术进步，设备主要参数已经可以上传到工厂的控制终端，并实时监控生产情况。对于设备故障的处理已经可以实现远程判断，并对设备的控制程序进行修改。

2）国内绕包设备的现状。大量成熟电控的使用，特别是伺服电机的使用，使得设备的调节范围更宽，精度更好，速度更快。偏心（半切式）绕包头实际工作转速为500~800转/分钟。在线监测部件（视觉系统等）已经开始使用，但未发现有能够实现闭环控制的，使用互联网实时通讯的设备已经出现。

总体来说，绕组线生产设备基本可以满足目前各类型绕组线的加工制作需求，但是部分高精度绕包设备还需要进口。各种自动控制元器件和方法的使用，会给我们提供弯道超车的可能。需要对绕包工艺的核心理论进行完善和提高，基础理论的缺失现在很严重，这是制约我们技术进步的核心问题。

2.近年来国内技术进步情况

（1）漆包机烘炉高温催化燃烧和尾气二次催化再排放技术的广泛应用

有机溶剂是漆包线生产过程中产生污染环境最大的材料，直接排放将严重污染环境。我国对有机溶剂采用了高温催化燃烧技术和尾气二次催化再排放技术，这种有组织排放尽管没有彻底解决碳排放的问题，但VOC指标达到了欧洲排放标准。室内有组织排放、供漆系统的封闭、涂漆系统的挥发物收集送入炉内燃烧，以及成品润滑剂的热熔涂覆技术采用，实现了有机物排放的有效管控。高温催化燃烧结合尾气二次低温催化燃烧技术的应用，不但实现有机物的能量有效利用，也确保了漆包线生产的环保满足高标准要求。

漆包线在生产过程中挥发的有机溶剂（VOCs）成了漆包线行业的瓶颈。经过近几年行业中漆包机制造业的研发、创新，得到了很大的提升。铜线涂漆后进入烘炉，由循环风机将溶剂蒸汽从蒸发区送入到VOCs燃烧装置进到燃烧净化处理，再送入VOCs2燃烧装置进到二次净化处理，在排入大气之前再一次通过VOCs3低温燃烧装置净化处理，排出的VOCs值为2.6mg/m3，净化效率达到了99.86%。

在此基础上，漆包生产的零能耗烘焙技术特别是高速热风循环技术的应用，不但降低了漆包线生产的电耗成本，也成倍提高了产量，显著提高了漆包线的品质。2013年11月，国内漆包机研制获得巨大进步，首台低能耗低排放卧式拉丝漆包机研制成功，到2019年9月底在国内外市场累计销售逾1200余台，由此引领了全球生产高温漆包线领域一场划时代革命。JTT“低能耗低排放高速拉丝漆包机”项目由中国电气工业协会电线电缆分会推荐备选发改委《国家重点推广的低碳技术目录》。2018年3月“低能耗低排放高速拉丝漆包机”通过国家级鉴定。

（2）零能耗漆包烘炉技术的日益成熟和广泛运用

众所周知，生产漆包线会消耗大量电能，属于耗电大户，加之电价的上涨，导致漆包线生产成本增加。如按2014年前的每吨用电量与电价计算，每吨漆包线的生产用电费达到800元。节能降耗不仅是国家的国策，也是企业生存和发展的自身要求。2014年研制成功了国内第一台新型低能耗低排放高速漆包机。通过近十年的不断努力，低速漆包机的能耗也显著降低。表1“漆包铜圆绕组线连拉连包（聚酯亚胺）工序单位能耗”摘录对比如下。

从目前漆包机的能耗指标来看，已达到或超过了国际先进水平（见表2），这为行业发展提供了有效保障。

（3）自动化生产技术的持续创新

与以MAG为代表的欧美漆包机制造商相比，2014年以前国产高速漆包机在智能化控制方面有多项短板，国内JTT公司通过集体技术攻关，相继取得突破。其中包括：

1）自动排线。通过对不同线规、线速度、盘型条件下，对换向点轨迹的多次分析，建立了换向点控制的数学模型计算法，自动补偿了因线材换向惯性引起的位置漂移，取消了排线换向的人工调整，实现了排线自动寻边。

2）穿线温度自动提速。经多次反复测试验证，实现了穿线温度至工艺温度区间上漆自动提速：系统根据穿线温度自动计算运行起始DV值，线速度随炉温自动提升，直到工艺速度，减少废线量。

3）自动换盘技术不但降低了劳动强度，减少漆包作业人员，也推动了线盘的大容量化发展。

针对漆包线制造行业的用工难、用工成本高，劳动强度大等问题，JTT于2016年投入研发智能收线机器人，并于2018年7月底研制成功。智能收线机器人结合信息化方案（大数据处理平台），让行业实现真正意义上的智能制造。

为了提高产品质量的均一性和稳定性，必须在生产线上加入在线检测系统，其中包括线径测量、粒子检测、高压针孔检测等。今后的发展趋势将是智能机器人进行满盘的卸装、空盘的上盘。漆包工艺参数和在线监测数据的条形码粘贴在线盘上进一步提高成品的品质。

4）数字化控制技术的广泛应用，实现了张力同步控制更加稳定，温度控制更加精准，工艺参数记录准确连续时效长久。

5）各种在线连续质量监控技术的应用，如：在线涡流探伤、在线尺寸测量、在线粒子监控、在线高压连续性监控等，大大提升了漆包线质量的稳定性。

6）针对漆包线行业产品打包作业人工成本高、效率低、体力劳动强度大等难题。国内有企业自主研发全自动包装系统，提供了高效的漆包线自动化打包解决方案。系统主要由机器视觉上料桁架、自动称重贴标、全自动装箱打包、码垛桁架等模块及多套核心控制软件系统组成。以模块方式根据客户需求快速搭配。以高效智能的自动化设备代替传统的人工操作，大幅度提高了生产效率。

7）二维码数字技术的应用，为大批量生产的过程追溯提供了可能，由此通过过程稳定控制实现产品质量的稳定。

此外，全自动漆包线包装流水线，可以完成漆包线称重、自动包装。集主动上料、扫码/打标、称重、内贴标、装箱、外贴标、自动封箱、打包、码垛其十余道工序，全程自动控制，并使用缓存托盘自动输送，后期还可以结合AGV自动搬运，实现生产线从上下料、包装、入库、运输全部自动化，有效提高生产效率，大大减少人力资源压力。还可以根据实际需求模块化搭建，有很强的可扩展性。

（4）产品及工艺技术的不断完善

1）分电式拉丝技术，不但大幅度提升了漆包裸铜线的表面质量，也节省了能耗，改善了生产环境。

2）多头拉丝退火技术大幅度提高了生产效率，降低了劳动量。

3）近年来，绕组线在满足变压器提高载流量和抗短路能力、提高绝缘性能水平方面，有了长足的进步，耐热自粘纸包绕组线和换位导线的关键性能已达到国际先进水平。

4）为了提高电机的工作效率，绕组线向薄绝缘、高温度指数方向发展。薄型云母带、聚酰亚胺薄膜和亚胺云母带等材料绕包线渐渐成为趋势，由于能耗和环保等因素，国内外传统的玻璃丝浸渍树脂绕包线产量有所下降。

3.产品水平及国际地位的比较

目前，绕组线类产品的主要加工企业分布在中国、印度、美国、巴西、墨西哥以及欧洲的意大利、德国、土耳其、西班牙和奥地利等国家。美国和欧洲多年来设备更新较慢，产品质量状况虽然仍有些许优势，但是优势已经非常微小。

我国的漆包圆线在产品性能技术上，除特殊品种、规格外，基本上与国际先进水平同步，可以满足国内所有行业装备制造的需要，而且这些产品出口到欧美发达国家也不存在问题，作为装备产业链的一环，完全满足配套需要。在漆包线生产的装备制造技术水平上，也已经达到国际先进水平，国际已经应用的先进技术如先进的工艺技术，高效生产技术，批量生产质量稳定技术，降低劳动强度和改善生产环境技术，新型的节能技术，新型的环保技术，以及信息化管理技术等我国自己都可以实现，并已广泛的应用。此外，国内绕组线的试验方法已达到国际水平，试验用仪器和装置也是国内制造，完全能满足西门子、ABB、东芝、GE公司等世界500强企业的应用要求。特别是国内的在线监测被行业所重视，已作为生产必备环节来对待，其形式和方法均比国外企业强。

核电、水电、风力发电机和轨道交通电机等早期大多是国外引进的技术，目前国内绕包线的技术性能接近国际水平。比如国内外核电发电机都采用的漆包涤纶玻璃丝烧结线，国内外轨道交通牵引电机大都采用的耐电晕聚酰亚胺薄膜烧结线等，这些产品国内外技术要求和水平几乎没有差别。

大型工业电机国内大多采用比较传统的绝缘厚度较厚的玻璃丝云母带或玻璃丝亚胺薄膜复合绕包线，而国外则采用薄绝缘系统，主要使用纯云母绕包线。

但在漆包小扁线方面，日系企业较早介入漆包小扁线的研发及生产，对原材料及生产工艺的研究有很深的技术沉淀。国内在近年介入新能源电动汽车用小扁线的研发及生产，和国际知名企业的最大差距在于基础原材料的研究，特别是绝缘漆的研究。小扁线的高要求，绝不是单一绝缘漆可以满足的，需要将几种材料的特性进行组合，获得更好的效果。在耐电晕特性及PDIV特性上，这是行业需联合原材料厂商共同研发的项目。

作为新兴市场国家——印度，进步是巨大的，在很多市场领域有和中国分庭抗礼的趋势。这主要得益于印度本国强大的电力市场需求的催生和刺激。

从长远来看，中国和印度会占领绝大部分的绕组线市场需求，尤其是世界新增的市场需求，但是由于绕组线产品的运输费用高，交货周期短，要求柔性生产，欧美的绕组线也将以各自所在地的区域供应为主。国内企业也纷纷到国外建立工厂，近距离或者零距离直入国外市场。

4.国内绕组线用材料与国际水平比较

绕组线用原材料主要有铜、铝导体、绝缘漆、绝缘纸、聚酯网带、聚酯薄膜、耐电晕薄膜等。

国产材料基本能满足使用要求，根据产品特性需要而选择的进口材料有芳纶纸、明士克绝缘纸、魏德曼耐热纸、杜邦410型纸、杜邦耐电晕薄膜等，以满足客户不同的耐高温、高机械强度、耐电晕等要求。

（1）导体

长期以来，绕组线导体以铜、铝为主，铜导体方面，中国的铜坯料产品质量可以满足实际需求。但国内只生产8mm连铸连轧杆，没有10mm及以上的铜杆产品。导致大截面铜线只能使用上引铜杆通过连续挤压工艺生产，效率低、损耗大。

（2）漆包线漆

作为绕组线主要原材料之一的漆包线漆，是漆包线独有的绝缘材料，也是必不可少的核心材料。漆包线漆的需求量在很大程度上也间接反映出绕组线的需求量，大部分品种的漆包线漆几乎专为漆包线生产。近十年来，全球漆包线漆的生产逐步向亚洲转移，根本原因是主要需求在亚洲，其中最主要在中国。中国是目前全球最大的漆包线和漆包线漆的产销国。

据估计，全球范围内的漆包线漆年需求总量大约为30-35万吨，中国大约为20~25万吨。

由于过去五六十年发展历史的原因，各经济体对漆包线漆的需求有些不同。大致上，欧美以高热级为主，其中对复合线用底漆，欧洲以聚酯亚胺为主，美国以塞克改性聚酯为主，至今仍保留着这样的传统。日本用聚氨酯较多，中国和印度则低热级普通聚酯占比较大。近些年，随着中国经济的高速发展，外商投资的进入，这一趋势发生了很大改变，普通聚酯已经下降到25%，其他各类高热级产品的需求稳步增加，配方和制造技术与国外不相上下。

中国目前已经是漆包线漆生产大国，但是国内企业比较分散，研发能力很有限或者几乎没有。满足常规漆包线的生产没有问题，但是在特种绝缘漆领域，主要还是被艾伦塔斯、艾维特、艾仕得等外资企业把持。随着欧美日漆包线漆制造商在国内设厂，各种技术引入国内，在高端产品的技术和质量方面，国内外几乎没有什么差别，可以同台竞技，但国内的漆包线漆出口不多，主要还是内部消化。究其主要原因，一是化学品的特殊贸易限制，例如出口到欧洲会因REACH问题而增加贸易成本，令人望而却步；韩国也将采取类似的措施，K-REACH也会增加出口到韩国的难度。二是因为价格问题，国内的漆包线漆成本不算高，但漆包线漆的出口没有出口退税，多了13%增值税的价格与国外一些产品没法抗衡。

同时，技术水平不等于实际市场的质量水平。欧美日的漆包线生产份额虽然减少，但为数不多的制造商维持着高端的品质，对漆包线漆要求严格。不同于发达经济体，还处于发展阶段的中国，漆包线厂商众多，定位各不相同。既有重品质创品牌的高端用户，也有成本第一的低端作坊。良莠不齐的市场格局使得漆包线漆分化严重，既有国际一流的产品，也有粗制滥造的便宜货。例如，不同档次的漆包线漆所用的原料品质就可能有天壤之别，杂质含量多的粗酚和瓶片料在聚酯类产品的制造中仍有使用，气味重、绝缘性能较差的产品仍有一席之地。

近些年，国内环境治理力度逐步加大促进了漆包线行业的进步，对漆包线漆的要求也有所提升，劣质原料制作的产品正在失去市场，对环保型产品需求也越来越多。

（3）绝缘纸

特种绝缘纸，由于行业比较小，在国内的供应链比较薄弱。

（4）云母带

国外多数使用煅烧的云母带作为绕包线材料，而国内绕包线用云母带主要是非煅烧云母，相比煅烧云母，杂质多，弯曲性能差。

（5）聚酰亚胺薄膜

国内聚酰亚胺薄膜产量不低，但主要是流延工艺生产的单向拉伸聚酰亚胺薄膜，与国外的双向拉伸薄膜相比，在厚度均匀性、机械性能、电气性能都有不少差距。带耐电晕功能的特种薄膜国内也有生产，但综合性能和杜邦公司同类产品相比尚有差距。

（6）玻璃丝包线浸渍漆

国内生产的玻璃丝包线与国外同类型玻璃丝包线相比，在技术指标上如：柔韧性、击穿电压等有很大差距，这主要由浸渍漆导致。

（未完待续）