淺談勵磁變低壓側出線電纜運行溫度改善

劉松杭 劉貞超 劉俠

【摘 要】本文主要針對錦東電廠勵磁變低壓側出線電纜在運行中的溫度改善問題進行實驗檢驗，通過實驗測試，我們有效的驗證了勵磁變低壓側出線電纜的溫度是可以進行降低的。因此，本文的論述，一方面為保障錦東電廠電纜在運行中的用電安全問題作出了一些有益的研究工作；另一方面，該實驗檢驗法也為其他電廠電纜降溫工作的適用提供了一些參考依據。

【關鍵詞】電纜 電壓 降壓 安全施工

對于發電廠而言，電纜發熱引發的用電安全事故，不僅對電廠會帶來很大的損失，而且還涉及萬千用戶用電等一系列問題，對居民生活等諸方面都將會產生很大的影響。因此，本文則通過對錦東電廠電纜用電問題，尤其是勵磁變低壓側出線電纜在日常運行中的溫度高等問題，本文就此通過實驗檢驗等研究方法，對如何降低勵磁變低壓側出線電纜的高溫問題進行分析，為改善電纜運行溫度、保障電廠用電安全做些有益的研究工作。

1勵磁變低壓側出線電纜發熱及其原因分析

為明確電纜發熱原因，測試每根電纜電流，電流分布情況，最大電流443A，最小電流僅為66A，最大偏差377A，電流不平衡系數達到5.71，在測量電流中發現，電纜布置隨意，未采取任何特定布置方式。電纜的溫升與施加在電纜上的電壓無關，只與通過的電流有關，在相同的截面下，通過的電流越大，電纜的溫升越高，電纜分流不均會導致部分電纜中流過的電流偏大，引起過熱。

在電壓相同的情況下，并聯使用電纜的載流量與其阻抗Z=R+jX成正比，而阻抗Z主要受電阻R和電抗X影響。

1.1直流電阻影響

為減少直流電阻對分流影響，電纜下料時保證每根電纜等長，電纜約長度39m，同時一臺機組采用同一批次出廠電纜。利用CT2120-600C回路電阻測試儀加流至500A測量每根電纜直流電阻（電纜頭已壓接完畢），#4機測量結果如表2所示，可見最大偏差為2.67%，當達到勵磁變低壓側額定勵磁電流2664A時，也僅為7.1A，同時我們對其它機組也進行直流電阻測試，偏差均不大，故直流電阻影響非要因。

1.2接觸電阻影響

電纜與勵磁變低壓側、勵磁柜銅排之間連接采用螺栓連接，為減少接觸電阻影響，調整電纜頭方向，保證電纜頭與銅排接觸良好，同時在接觸面涂抹導電膏，另對所有連接螺栓均校相同力矩，保證同樣的壓接力度，保證接觸電阻均衡性，經查閱相關資料，電纜兩端的接觸電阻約在30-50μΩ之間，遠遠小于電纜電阻，可以忽略不計，故接觸電阻亦非要因。

1.3交流電阻影響

由于交流電流的電磁場作用，導體內電流會趨向于導體外表面和相鄰電纜的一側，即集膚效應和臨近效應，導致電流在導體內分布不均勻，有電流通過的截面小于導體的實際截面，也就是說導體實際電阻高于導體理論電阻，單位長度的電纜線芯的交流電阻

，式中， 為工作溫度下導線單位長度線芯的直流電阻，單位Ω/m， 為集膚效應系數， 為鄰近效應系數， ，

其中， ， 同上式，f為電源頻率，工頻為50Hz，Ks為除分割導體取0.435外均取1； ， 和f同上式，Kp為除分割導體取0.37外，其他型式線芯取0.8～1；Dc為線芯外徑，單位mm；s為線芯中心軸間距，單位mm。

假設電纜排列如下圖所示，185mm2，設每根電纜線芯中心軸間距s=100mm，單位長度導電線芯直流電阻為

電纜排列方式

，其中，對于標準軟銅， ，為更好的于本項目， 取為#4機勵磁電纜C10直流電阻值，

則，C10交流電阻為： 因此可以認為兩根同材質同結構的電纜長度相同時其交流電阻基本相等，即同相并聯運行的電纜的阻抗Z基本不受電阻R影響。

1.4電抗X的影響

在實際工程中，可將線芯內部磁通鏈產生的電感稱之為內感Li，線芯外部磁通鏈產生的電感稱之為外感Le，則電纜單位長度的導體芯的總電感 。

計算內感 ，其中真空磁導率 。計算外感Le，敷設于同一支線上的三相電纜的邊相電纜外感 。為了簡化計算A1、A2 兩根電纜的外感，將B1、B2 和C1、C2 四根電纜等效為BC 兩根電纜。則在 ，A1電纜的外感 ；在 時，A2電纜的外感 ；故 ， ， ， 。

由此可見， ，而 大小又與電纜排列方式息息相關，故電纜排列方式不同造成同一相并聯使用的兩根電纜的電抗不同，因而造成阻抗不同。

2勵磁變低壓側出線電纜運行溫度改善的方式

案例中主要結合錦東電廠進行如下探討。錦東電廠發電機勵磁采用為自并勵形式，勵磁變高壓側直接并聯在發電機出口，高壓側電壓20kV，低壓側電壓655V，低壓側額定電流2644A，低壓側與勵磁交流柜之間采用單芯電纜連接，按照設計，勵磁變壓器低壓側與勵磁系統柜每相由7根交聯聚乙烯絕緣聚氯乙烯護套阻燃185mm2單芯電纜并聯后連接，電纜型號：ZR-YJV-185，單根電纜長度約為39m。根據上述問題，我們依據對策表，按照任務分配，實施對策。

方案一：在#4機組安裝期間，為便于對策實施及后續效果檢查，將每根勵磁電纜編號為A1～A10、B1～B10、C1～C10。

之后我們將全部三相勵磁電纜按圖1所示的分層式布置，在兩層橋架上分別放置15根電纜，將三相電纜重疊放置，下層為5根A相電纜，中層為5根B相電纜，上層為5根C相電纜。

圖1 電纜分層式布置示意圖

#4機組滿負荷運行時，進行紅外譜圖測溫和每根電纜電流測量，勵磁電纜最高溫度49.2℃，如圖2所示。

圖2 分層式布置后勵磁電纜測溫圖

勵磁電纜電流如表1。

表1機勵磁電纜電流分布情況 單位：A

編號 電流 編號 電流 編號 電流

A1 140 B1 163.3 C1 184.2

A2 107.1 B2 160.1 C2 188.1

A3 121.3 B3 142.2 C3 158.4

A4 176.1 B4 168 C4 161.3

A5 168.8 B5 182.1 C5 135.2

A6 208.9 B6 178 C6 146

A7 157.1 B7 170.4 C7 264.4

A8 202.7 B8 238.4 C8 230.3

A9 277.8 B9 133.5 C9 140.6

A10 161.1 B10 261.8 C10 202.3

勵磁電纜溫度有所下降，但依然偏高，每根電纜電流分布趨于均勻，但A相電流相差達170A。由此得出結論，分層式布置對勵磁電纜發熱及電流分布不均起到一定效果。

方案二：在#1機組小修期間，同樣先將每根勵磁電纜編號為A1～A10、B1～B10、C1～C10，之后將電纜按圖3所示的“品”字形布置，在兩層橋架上分別放置15根電纜，將三相勵磁電纜三根一組進行布置，每層橋架上放置5組勵磁電纜。

圖3 電纜“品”字形布置示意圖

#1機組滿負荷運行時，進行紅外譜圖測溫和每根電纜電流測量，勵磁電纜最高溫度只有33.2℃，如圖4所示。

圖4 “品”字形布置后勵磁電纜測溫圖

勵磁電纜電流如表2。

表2 #1機勵磁電纜電流分布情況 單位：A

編號 電流 編號 電流 編號 電流

A1 182.2 B1 199.2 C1 149.3

A2 208.7 B2 217.1 C2 141.8

A3 210.7 B3 220.1 C3 128.4

A4 228.2 B4 213.6 C4 148.0

A5 239.6 B5 216.6 C5 171.6

A6 152.3 B6 181.5 C6 211.4

A7 128.4 B7 158.6 C7 187.4

A8 141.2 B8 183.1 C8 223.4

A9 158.7 B9 178.3 C9 205.9

A10 261.8 B10 202.9 C10 156.2

根據測溫數據和電流數據，由此得出結論，勵磁電纜進行“品”字形布置后，其發熱及電流分布不均得到進一步改善。

效果檢查：

圖5 溫度變化趨勢

圖6 每相電流最大電流差變化趨勢

從圖5、圖6可以看出，在對策優化實施后，電纜長期運行溫度為33.2℃﹤60，本次活動有效降低了電纜運行溫度，實現了預定的目標。

3研究結論及相關對策和建議

本文為切實解決了實際生產中的技術難題，找到了電纜溫度高的原因，并采取有效措施，大大降低勵磁電纜運行溫度，提高設備運行的穩定性，同時在本次課題研究中很好的鍛煉員工發現問題、解決問題的能力，掌握了解決問題方法和思路，收獲很大。另外通過改變電纜布置方式，機組在額定負荷運行時，勵磁電纜溫度保持在較低水平，但是通過測量電流分布，電流分布仍不理想。后續更進一步的研究符合現場實際條件，使電流分布更均勻，繼而更進一步提高設備運行水平。從此處能夠看出，電纜越長、越小（電阻越大），所攜帶的負荷越多（也就是說它的電流越大），那么都會在較大程度上增加它的損耗以及電壓降。在遭遇電壓偏低的情況下：

第一，要適度地不用或少用非重要負荷，或者是有效地規避施工過程中高峰期。

第二，適度地增大所使用的電纜截面以及適當地減小它的長度（要在項目開工錢仔細地核算相關內容）

第三，要適度地調整變壓器的相關檔位。

第四，增加閉關安裝需要的功率補償裝置，降低無功損耗。所以，項目使用電纜，要對其進行全方位分析，部分情況下要考慮到下列狀況：進一步增大電纜或者采用銅質電纜，盡管可能會在一定程度上增加相應的費用，然而它屬于一次性投入，假如能夠很好地使用和維護，所使用的時間可能會達到20-30年。事實上在施工過程中，對于負荷進行有效組織以及分配，能夠在一定程度上節省相關項目的開支，節省開支的過程也意味著創造了相應的財富。

參考文獻：

[1]李駢文.西北地區采用750kV級電壓的合理性─淺論全國統一系統電壓等級的抉擇[J].電網技術，1995（07）.

[2]郭毓春.國內外交、直流電壓等級出現年份[J].吉林電力，1982（03） .

[3]王晉根.我國電網電壓等級走向及對高壓開關市場影響的分析[J].華通技術，2000（01）.

[4]夏泉.北京東城和北新橋變電站電壓等級的選擇比較[J].華北電力技術，1999（06）.

[5]湯繼東.基本知識介紹——電壓等級的劃分及電壓等級的選擇[J].電氣工程應用，2009（02）.

[6]譚學知，李國玉.20 kV電壓等級供電技術的應用[J].電氣應用，2008（21）.