本发明公开了一种变压器用稀土硼铜合金换位导线，本发明还公开了一种变压器用稀土硼铜合金换位导线的制备方法。
背景技术：
换位导线系是指以一定根数的漆包铜扁线组合成宽面相互接触的两列，并按要求在两列漆包线的上面和下面沿窄面作同一转向的换位，并用电工绝缘纸带作多层连续紧密包绕组成的导线，换位导线应用于大型变压器时可以大幅降低负载损耗，降低绕组热点温升，提升绕组机械强度，使结构更加紧凑，并且线圈加工更加简便，在大型电力变压器绕组设计和制造中得到了广泛应用。随着变压器容量的不断增大以及对系统稳定性的要求不断提高，对换位导线的强度要求也越来越高，目前的大型变压器中使用的换位导线在短路冲击的作用下常产生扭曲变形等机械损伤，影响变压器运行的安全性和使用寿命。
技术实现要素：
本发明的目的之一是克服现有技术中存在的不足，提供一种导电、导热和力学性能好、提高耐磨性、机械强度高并能提高抗短路冲击性能的变压器用稀土硼铜合金换位导线。
本发明的另一目的是提供一种变压器用稀土硼铜合金换位导线的制备方法。
按照本发明提供的技术方案，所述一种变压器用稀土硼铜合金换位导线，它包括数量为3以上奇数的漆包铜扁线，所有漆包铜扁线经换位后在其外部绕包有外绝缘层，且所述漆包铜扁线包括稀土硼铜合金扁线以及在稀土硼铜合金扁线的外表面涂覆的漆膜层；所述稀土硼铜合金扁线由0.012~0.027重量份的镧元素、0.004~0.010重量份的铈元素、0.0026~0.0057重量份的镨元素、0.016~0.036重量份的钕元素、0.05~0.10重量份的硼元素以及99.82~99.91重量份的铜元素构成。
一种变压器用稀土硼铜合金换位导线的制备方法包括以下步骤：
a、准确称取0.012~0.027重量份的镧元素、0.004~0.010重量份的铈元素、0.0026~0.0057重量份的镨元素、0.016~0.036重量份的钕元素、0.05~0.10重量份的硼元素以及99.82~99.91重量份的铜元素；
b、将称取的铜元素加入工频感应熔炼炉内，用干馏的石墨鳞片完全覆盖电解铜，将工频感应熔炼炉升温至1185~1230℃使电解铜熔化并保温20~40min，得到铜金属液；
c、在铜金属液中加入0.05~0.10重量份的硼元素、0.012~0.027重量份的镧元素、0.004~0.010重量份的铈元素、0.0026~0.0057重量份的镨元素和0.016~0.036重量份的钕元素，搅拌均匀并保温10~30min，制得混合铜液；
d、将混合铜液热轧成铜合金杆，再经拉丝制备出稀土硼铜合金扁线；
e、利用涂漆模具在稀土硼铜合金扁线的外表面涂覆绝缘漆，进入立式漆包烘炉进行烘烤固化，获得漆包铜扁线；
f、漆包铜扁线经换位成束后在其外部包覆外绝缘层，并经过牵引设备上盘卷绕形成变压器用稀土硼铜合金换位导线。
作为优选，所述镧元素、铈元素、镨元素以及钕元素以混合稀土合金的形式加入。
作为优选，所述硼元素以硼铜中间合金的形式加入，在硼铜中间合金中硼元素的质量百分比为4.0%~5.0%，余量为铜。
作为优选，所述铜元素以电解铜形式加入。
在本发明中，适量的稀土的加入可起到去除有害杂质、净化基体和晶界的目的，提高铜合金的导电、导热和力学性能；适量的硼的加入可以产生固溶强化和细化晶粒的效果，显著提高铜合金的强度和硬度，同时硼可以在材料表面形成富集，提高材料的耐磨性，因此稀土和硼的加入既保持了铜线足够的导电性能，又提高了铜线的力学性能，进而提高了使用该铜线制备的换位导线的机械强度，提高了换位导线的抗短路冲击性能，满足更大容量变压器的使用要求。
本发明方法是向铜液中加入稀土和硼制备稀土硼同合金，再使用该合金制备换位导线，稀土的加入可迅速与铜液中的杂质元素O、S、Pb、Bi等反应并分别生成高熔点的稀土化合物，并可在铜液中保持固态，大部分高熔点化合物作为杂质析出而被除去，从而达到去除有害杂质、净化基体和晶界的目的，使铜合金的导电、导热和力学性能得到改善，另有一部分细小的高熔点化合物颗粒残留于铜液中并呈弥散分布，在铜液凝固时成为弥散的异质形核核心，使合金组织更加均匀；硼的加入可以产生固溶强化和细化晶粒的效果，显著提高铜合金的强度和硬度，同时硼可以在材料表面形成富集，提高材料的耐磨性，因此稀土和硼的加入既保持了铜线足够的导电性能，又提高了铜线的力学性能，进而提高了使用该铜线制备的换位导线的机械强度，提高了换位导线的抗短路冲击性能，满足更大容量变压器的使用要求。
本发明中单根漆包铜扁线的抗拉强度为433~478MPa，相比普通的换位导线其抗拉强度提高了57.45%，导电率最高为纯铜导线的1.05倍。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
制备导线型号规格：HZQ-0.75 11/1.80*10.00 缩醛换位导线，其制备方法包括以下步骤：
先称取电解铜989.6kg、10kg的硼铜中间合金和0.346kg的混合稀土合金（其中包含0.12 kg的镧元素、0.04 kg的铈元素、0.026 kg的镨元素和0.16 kg的钕元素）；
将称取的电解铜989.6kg装入工频感应熔炼炉内，用干馏的石墨鳞片覆盖，加热升温至铜熔化，当温度达到1230℃时，保温20min，得到金属铜液；
在金属铜液中加入称取的共10kg的硼铜中间合金和0.346kg的混合稀土合金；在硼铜中间合金中，硼元素的重量百分含量为5%（合0.5kg），铜的重量百分含量为95%（合9.5kg）；在添加时用石墨导板将硼铜中间合金和混合稀土合金压入表面覆盖有石墨鳞片层的金属铜液之中，搅拌均匀并保温10min，制得混合铜液；
将混合铜液热轧成φ8.0mm的铜合金杆，经拉丝制备出规格为1.80mm*10.00mm铜合金扁线；
利用涂漆模具在铜合金扁线的表面涂覆常规的绝缘漆，进入立式漆包烘炉进行烘烤固化，烘烤固化时，立式漆包烘炉入口温度：150-170℃；下层温度：300-340℃；中层温度350-380℃；上层温度：400-450℃；从而获得漆膜厚度为0.09~0.012mm的缩醛漆包铜扁线。
将11盘绕制有规格为1.80mm*10.00mm的缩醛漆包铜扁线线盘装到换位绞笼放线架上，按放线位置穿过行星头，组合成宽面相互接触的两列，调节好换位头后在两列漆包扁线的上面和下面沿窄面作同一转向的换位，换位节距设定为110mm，且S弯饱满、无破损，经换位成束后在其外部紧密缠绕若干层绝缘纸，形成绝缘厚度为0.75mm的纸绝缘层，并经过牵引设备上盘卷绕形成换位导线。
实施例1得到的换位导线的综合性能为：抗拉强度为418~420MPa，显微硬度为130~130.6MPa，导电率为99%~100.8%IACS。
实施例2
制备导线型号规格：HZQ-0.75 11/1.80*10.00 缩醛换位导线，其制备方法包括以下步骤：
先称取电解铜984.6kg、硼铜中间合金15kg和0.787kg的混合稀土合金（其中包含0.27kg的镧元素、0.10kg的铈元素、0.057kg的镨元素和0.36kg的钕元素）；
将称取的电解铜984.6kg装入工频感应熔炼炉内，用干馏的石墨鳞片覆盖，加热升温至电解铜熔化，当温度达到1185℃时，保温40min，得到金属铜液；
在金属铜液中加入称取的15kg的硼铜中间合金和混合稀土合金；在硼铜中间合金中硼元素的重量百分含量为5%（共0.75kg），余量14.25kg为铜；在添加时用石墨导板将硼铜中间合金和混合稀土合金压入表面覆盖有石墨鳞片层的铜液之中，搅拌均匀并保温30min，制得混合铜液；
将混合铜液热轧成φ8.0mm的铜合金杆，经拉丝制备出规格为1.80mm*10.00mm铜合金扁线；
利用涂漆模具在铜合金扁线的表面涂覆常规的绝缘漆，进入立式漆包烘炉进行烘烤固化，获得漆膜厚度为0.09~0.012mm的缩醛漆包铜扁线；
将11盘绕制有规格为1.80mm*10.00mm的缩醛漆包铜扁线线盘装到换位绞笼放线架上，按放线位置穿过行星头，组合成宽面相互接触的两列，调节好换位头后在两列漆包扁线的上面和下面沿窄面作同一转向的换位，换位节距设定为110mm，且S弯饱满、无破损，经换位成束后在其外部紧密缠绕若干层绝缘纸，形成绝缘厚度为0.75mm的纸绝缘层，并经过牵引设备上盘卷绕形成换位导线。
实施例2得到的换位导线的综合性能为：抗拉强度为418.8~427MPa，显微硬度为131~131.4MPa，导电率为100%~101%IACS。
实施例3
制备导线型号规格：HZQ-0.75 15/1.60*8.50 缩醛换位导线，其制备方法包括以下步骤：
先称取电解铜989.40kg、硼铜中间合金10kg和0.56kg的混合稀土合金（其中包含0.2kg的镧元素、0.07kg的铈元素、0.04kg的镨元素和0.25kg的钕元素）；
将称取的电解铜989.40kg装入工频感应熔炼炉内，用干馏的石墨鳞片覆盖，加热升温至电解铜熔化，当温度达到1200℃时，保温30min，得到金属铜液；
在金属铜液中加入称取的10kg的硼铜中间合金和0.56kg的混合稀土合金；在硼铜中间合金中硼元素的重量百分含量为5%（合0.5kg），余量9.5kg为铜；在添加时用石墨导板将中间合金和混合稀土合金压入表面覆盖有石墨鳞片层的铜液之中，搅拌并保温20min，得到混合铜液；
将混合铜液热轧成φ8.0mm的铜合金杆，经拉丝制备出规格为：1.60mm*8.50mm铜合金扁线；
利用涂漆模具在铜合金扁线的表面涂覆常规的绝缘漆，进入立式漆包烘炉进行烘烤固化，获得漆膜厚度为0.09~0.012mm的缩醛漆包铜扁线。
将15盘绕制有规格为1.60mm*8.50mm的缩醛漆包铜扁线线盘装到换位绞笼放线架上，按放线位置穿过行星头，组合成宽面相互接触的两列，调节好换位头后在两列漆包扁线的上面和下面沿窄面作同一转向的换位，换位节距设定为98mm，且S弯饱满、无破损，经换位成束后在其外部紧密缠绕若干层绝缘纸，形成绝缘厚度为0.75mm的纸绝缘层，并经过牵引设备上盘卷绕形成换位导线。
实施例3得到的换位导线的综合性能为：抗拉强度为433~439MPa，显微硬度为130.8~131.2MPa，导电率为103%~104.1%IACS。
实施例4
制备导线型号规格：HZQ-0.75 15/1.60*8.50 缩醛换位导线，其制备方法包括以下步骤：
先称取电解铜984.40kg、硼铜中间合金15kg和0.455kg的混合稀土合金（其中包含0.16kg的镧元素、0.06kg的铈元素、0.035kg的镨元素和0.20kg的钕元素）；
将称取的电解铜984.40kg装入工频感应熔炼炉内，用干馏的石墨鳞片覆盖，加热升温至电解铜熔化，当温度达到1210℃时，保温30min，得到金属铜液。
在金属铜液中加入称取的15kg的硼铜中间合金和0.455kg的混合稀土合金；在硼铜中间合金中硼元素的重量百分含量为4%（合0.6kg），余量14.4为铜；添加时，用石墨导板将中间合金和混合稀土合金压入表面覆盖有石墨鳞片层的金属铜液之中，搅拌均匀并保温22min，得到混合铜液；
将混合铜液热轧成φ8.0mm的铜合金杆，经拉丝制备出规格为：1.60mm*8.50mm铜合金扁线；
利用涂漆模具在铜合金扁线的表面涂覆常规的绝缘漆，进入立式漆包烘炉进行烘烤固化，获得漆膜厚度为0.09~0.012mm的缩醛漆包铜扁线。
将15盘绕制有规格为1.60mm*8.50mm的缩醛漆包铜扁线线盘装到换位绞笼放线架上，按放线位置穿过行星头，组合成宽面相互接触的两列，调节好换位头后在两列漆包扁线的上面和下面沿窄面作同一转向的换位，换位节距设定为98mm，且S弯饱满、无破损，经换位成束后在其外部紧密缠绕若干层绝缘纸，形成绝缘厚度为0.75mm的纸绝缘层，并经过牵引设备上盘卷绕形成换位导线。
实施例4得到的换位导线的综合性能为：抗拉强度为438~441MPa，显微硬度为131~131.6MPa，导电率为103.8%~105%IACS。
实施例5
制备导线型号规格：HZQ-0.75 9/2.00*8.00 缩醛换位导线，其制备方法包括以下步骤：
先称取电解铜974.6kg、硼铜中间合金25kg和0.53kg的混合稀土合金（其中包含0.22kg的镧元素、0.08kg的铈元素、0.05kg的镨元素和0.18kg的钕元素）；
将称取的电解铜974.6kg装入工频感应熔炼炉内，用干馏的石墨鳞片覆盖，加热升温至电解铜熔化，当温度达到1185℃时，保温30min，得到金属铜液。
在金属铜液中加入称取的25kg的硼铜中间合金和0.53kg的混合稀土合金；在中硼元素的重量百分含量为4%（合1kg）,余量24kg为铜；在添加时，用石墨导板将中间合金和混合稀土合金压入表面覆盖有石墨鳞片层的金属铜液之中，搅拌均匀并保温25min，得到混合铜液；
将混合铜液热轧成φ8.0mm的铜合金杆，经拉丝制备出规格为：2.00mm*8.00mm铜合金扁线；
利用涂漆模具在铜合金扁线的表面涂覆常规的绝缘漆，进入立式漆包烘炉进行烘烤固化，获得漆膜厚度为0.09~0.012mm的缩醛漆包铜扁线；
将9盘绕制有规格为2.00mm*8.00mm的缩醛漆包铜扁线线盘装到换位绞笼放线架上，按放线位置穿过行星头，组合成宽面相互接触的两列，调节好换位头后在两列漆包扁线的上面和下面沿窄面作同一转向的换位，换位节距设定为90mm，且S弯饱满、无破损，经换位成束后在其外部紧密缠绕若干层绝缘纸，形成绝缘厚度为0.75mm的纸绝缘层，并经过牵引设备上盘卷绕形成换位导线。
实施例5得到的换位导线的综合性能为：抗拉强度为442~459MPa，显微硬度为133.4~135 MPa，导电率为101.2%~101.9%IACS。
实施例6
制备导线型号规格：HZQ-0.75 9/2.00*8.00 缩醛换位导线，其制备方法包括以下步骤：
先称取的电解铜979.40kg、硼铜中间合金20kg和0.533kg的混合稀土合金（其中包含0.24kg的镧元素、0.05kg的铈元素、0.043kg的镨元素和0.20kg的钕元素）；
先将称取的电解铜979.40kg装入工频感应熔炼炉内，用干馏的石墨鳞片覆盖，加热升温至电解铜熔化，当温度达到1190℃时，保温30min，得到金属铜液。
在金属铜液中加入称取的20kg的硼铜中间合金和0.533kg的混合稀土合金；在硼铜中间合金中硼元素的重量百分含量为5%（合1kg）；余量19kg为铜；在添加时，用石墨导板将中间合金和混合稀土合金压入表面覆盖有石墨鳞片层的铜液之中，搅拌均匀并保温20min，得到混合铜液；
制得的混合铜液进行除渣、净化处理后将混合铜液热轧成φ8.0mm的铜合金杆，经拉丝制备出规格为2.00mm*8.00mm铜合金扁线；
利用涂漆模具在铜合金扁线的表面涂覆常规的绝缘漆，进入立式漆包烘炉进行烘烤固化，获得漆膜厚度为0.09~0.012mm的缩醛漆包铜扁线。
将9盘绕制有规格为2.00mm*8.00mm的缩醛漆包铜扁线线盘装到换位绞笼放线架上，按放线位置穿过行星头，组合成宽面相互接触的两列，调节好换位头后在两列漆包扁线的上面和下面沿窄面作同一转向的换位，换位节距设定为90mm，且S弯饱满、无破损，经换位成束后在其外部紧密缠绕若干层绝缘纸，形成绝缘厚度为0.75mm的纸绝缘层，并经过牵引设备上盘卷绕形成换位导线。
实施例6得到的换位导线的综合性能为：抗拉强度为450~468MPa，显微硬度为133.8~135MPa，导电率为101.5%~101.8%IACS。
实施例7
制备导线型号规格：HZQ-0.75 13/2.00*10.00 缩醛换位导线，其制备方法包括以下步骤：
先称取电解铜989.2kg、硼铜中间合金10kg和0.6kg的混合稀土合金（其中包含0.18kg的镧元素、0.09kg的铈元素、0.03kg的镨元素和0.30kg的钕元素）；
将称取的电解铜989.2kg装入工频感应熔炼炉内，用干馏的石墨鳞片覆盖，加热升温至电解铜熔化，当温度达到1220℃时，保温30min，得到金属铜液；
在金属铜液中加入称取的989.2kg的硼铜中间合金和0.6kg的混合稀土合金；在硼铜中间合金中硼元素的重量百分含量为4.5%（合0.45kg），余量9.55kg为铜；在添加时，用石墨导板将中间合金和混合稀土合金压入表面覆盖有石墨鳞片层的铜液之中，搅拌均匀并保温20min，得到混合铜液；
制得的混合铜液进行除渣、净化处理后将混合铜液热轧成φ8.0mm的铜合金杆，经拉丝制备出规格为：2.00mm*10.00mm铜合金扁线；
利用涂漆模具在铜合金扁线的表面涂覆常规的绝缘漆，进入立式漆包烘炉进行烘烤固化，获得漆膜厚度为0.09~0.012mm的缩醛漆包铜扁线。
将13盘绕制有规格为2.00mm*10.00mm的缩醛漆包铜扁线线盘装到换位绞笼放线架上，按放线位置穿过行星头，组合成宽面相互接触的两列，调节好换位头后在两列漆包扁线的上面和下面沿窄面作同一转向的换位，换位节距设定为105mm，且S弯饱满、无破损，经换位成束后在其外部紧密缠绕若干层绝缘纸，形成绝缘厚度为0.75mm的纸绝缘层，并经过牵引设备上盘卷绕形成换位导线。
实施例7得到的换位导线的综合性能为：抗拉强度为477~477.5MPa，显微硬度为136.8~137.2MPa，导电率为100.2%~102%IACS。
实施例8
制备导线型号规格：HZQ-0.75 13/2.00*10.00 缩醛换位导线，其制备方法包括以下步骤：
先称取电解铜984.20kg、硼铜中间合金15kg和0.635kg的混合稀土合金（其中包含0.26kg的镧元素、0.06kg的铈元素、0.045kg的镨元素和0.27kg的钕元素）；
先将称取的电解铜984.20kg装入工频感应熔炼炉内，用干馏的石墨鳞片覆盖，加热升温至电解铜熔化，当温度达到1195℃时，保温30min，得到金属铜液；
在金属铜液中加入称取的15kg的硼铜中间合金和0.635kg的混合稀土合金；在硼铜中间合金中硼元素的重量百分含量为5%（合0.75kg），余量14.25kg为铜；在添加时，用石墨导板将中间合金和混合稀土合金压入表面覆盖有石墨鳞片层的铜液之中，搅拌均匀并保温20min，得到混合铜液；
制得的混合铜液进行除渣、净化处理后将混合铜液热轧成φ8.0mm的铜合金杆，经拉丝制备出规格为：2.00mm*10.00mm铜合金扁线；
利用涂漆模具在铜合金扁线的表面涂覆常规的绝缘漆，进入立式漆包烘炉进行烘烤固化，获得漆膜厚度为0.09~0.012mm的缩醛漆包铜扁线。
将13盘绕制有规格为2.00mm*10.00mm的缩醛漆包铜扁线线盘装到换位绞笼放线架上，按放线位置穿过行星头，组合成宽面相互接触的两列，调节好换位头后在两列漆包扁线的上面和下面沿窄面作同一转向的换位，换位节距设定为105mm，且S弯饱满、无破损，经换位成束后在其外部紧密缠绕若干层绝缘纸，形成绝缘厚度为0.75mm的纸绝缘层，并经过牵引设备上盘卷绕形成换位导线。
实施例8得到的换位导线的综合性能为：抗拉强度为477.3~478MPa，显微硬度为137~137.4MPa，导电率为99.5%~101%IACS。
实施例9
制备导线型号规格：HZQ-0.75 13/2.00*10.00 缩醛换位导线，其制备方法包括以下步骤：
先称取电解铜974.2kg、硼铜中间合金25kg和0.606 kg的混合稀土合金（其中包含0.21kg的镧元素、0.065kg的铈元素、0.041kg的镨元素和0.29kg的钕元素）；
将称取的电解铜974.2kg装入工频感应熔炼炉内，用干馏的石墨鳞片覆盖，加热升温至电解铜熔化，当温度达到1210℃时，保温30min，得到金属铜液；
在金属铜液中加入称取的25kg硼铜中间合金和0.606kg的混合稀土合金；在硼铜中间合金中硼元素的重量百分含量为4%（合1kg），余量24kg为铜；在添加时，用石墨导板将中间合金和混合稀土合金压入表面覆盖有石墨鳞片层的铜液之中，搅拌均匀并保温20min，得到混合铜液；
制得的混合铜液进行除渣、净化处理后将混合铜液热轧成φ8.0mm的铜合金杆，经拉丝制备出规格为2.00mm*10.00mm铜合金扁线；
利用涂漆模具在铜合金扁线的表面涂覆常规的绝缘漆，进入立式漆包烘炉进行烘烤固化，获得漆膜厚度为0.09~0.012mm的缩醛漆包铜扁线；
将13盘绕制有规格为2.00mm*10.00mm的缩醛漆包铜扁线线盘装到换位绞笼放线架上，按放线位置穿过行星头，组合成宽面相互接触的两列，调节好换位头后在两列漆包扁线的上面和下面沿窄面作同一转向的换位，换位节距设定为105mm，且S弯饱满、无破损，经换位成束后在其外部紧密缠绕若干层绝缘纸，形成绝缘厚度为0.75mm的纸绝缘层，并经过牵引设备上盘卷绕形成换位导线。
实施例9得到的换位导线的综合性能为：抗拉强度为477.3~478.5MPa，显微硬度为137.2~138MPa，导电率为98%~99.5%IACS。