渦流效應(yīng)在勵(lì)磁系統(tǒng)中產(chǎn)生的影響及解決辦法

劉志剛 王 芳

（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

1 渦流效應(yīng)的定義及應(yīng)用

渦流效應(yīng)的定義為：閉合鐵芯（或一大塊導(dǎo)體）處于交變磁場(chǎng)中，交變的磁通量使得閉合的鐵芯（或一大塊導(dǎo)體）中產(chǎn)生感應(yīng)電流，形成渦電流。

假如鐵芯（或?qū)w）是純鐵（純金屬）的，則由于電阻很小，產(chǎn)生的渦電流很大，電流的熱效應(yīng)可以使得鐵（或金屬）的溫度達(dá)到很高，甚至達(dá)到鐵（或金屬）達(dá)到熔點(diǎn)，使得金屬熔化。

在日常生活中，電磁爐采用了磁場(chǎng)感應(yīng)渦流加熱的原理，它利用交變電通過(guò)線圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，當(dāng)磁場(chǎng)內(nèi)的磁感應(yīng)線傳到鐵質(zhì)鍋的底部時(shí)，即會(huì)產(chǎn)生無(wú)數(shù)強(qiáng)大的小渦流，使得鍋本身自行迅速發(fā)熱，然后加熱中的食物。

2 勵(lì)磁系統(tǒng)中容易產(chǎn)生渦電流的位置

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，其主要作用是為發(fā)電機(jī)提供勵(lì)磁電流，在屏柜中布置大量的母線，其中，在交流母線周圍，如果有形成閉環(huán)的金屬框架（金屬結(jié)構(gòu)），在金屬框架（金屬結(jié)構(gòu)）上就很容易產(chǎn)生渦電流。

3 渦電流發(fā)熱造成的危害

一般來(lái)說(shuō)，在勵(lì)磁屏柜內(nèi)，金屬框架上多數(shù)用于固定元器件，其中有很多元件的材料不具有耐高溫特性，如果遇到高溫，容易縮短元件的壽命或者造成元件損壞，進(jìn)而引起整個(gè)的設(shè)備出現(xiàn)故障，甚至火災(zāi)等極端惡劣情況。

現(xiàn)舉例說(shuō)明渦電流造成金屬框架發(fā)熱而產(chǎn)生的不良影響，某600MW電廠，勵(lì)磁系統(tǒng)采用靜止勵(lì)磁方式，額定勵(lì)磁電流為4128A，換算成交流側(cè)電流約為3705A。在例行檢修時(shí)，發(fā)現(xiàn)在交流進(jìn)線柜中，部分固定在金屬框架上的線槽發(fā)生燒損情況，部分CT的二次接線發(fā)生外部絕緣層燒損，發(fā)黑的情況，如圖1所示。

從圖1中看出，膠帶發(fā)生脫落，框架上有二次線由于發(fā)熱表面熔化留下的痕跡。從圖2中看出，行線槽由于受熱，已經(jīng)發(fā)生變形，里面導(dǎo)線外表面也有不同程度的損傷。

如果現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有按期檢修，或者機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中CT二次線由于導(dǎo)線熔斷，造成CT二次側(cè)造成開(kāi)路，那么引起的后果是非常嚴(yán)重。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，發(fā)現(xiàn)該柜中發(fā)熱的橫梁穿過(guò)A相和B相之間，同金屬框架的橫梁在交流母排周圍形成了一個(gè)閉環(huán)回路，當(dāng)電流通過(guò)交流母排時(shí)，在形成閉合回路的金屬橫梁上產(chǎn)生了渦電流，金屬橫梁由于渦電流產(chǎn)生了熱量，隨著大電流持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)，熱量不斷增加，使得固定在金屬橫梁上的導(dǎo)線及行線槽受熱損壞，因此可以判定，渦流效應(yīng)為此種情況產(chǎn)生的主要原因。

4 對(duì)于“渦流效應(yīng)的”解決辦法

對(duì)于交流母排產(chǎn)生渦電流的處理，首先，應(yīng)該避免在交流三相之間有金屬橫梁穿過(guò)，使得該橫梁同其他金屬橫梁形成閉合回路，從而由于電磁感應(yīng)而在金屬橫梁內(nèi)形成渦電流。其次，如果由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原因，無(wú)法避免在交流相間穿過(guò)橫梁，則應(yīng)該將容易形成回路的結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行處理，將其中的材料換成導(dǎo)磁性能不強(qiáng)的材料，例如不銹鋼，使得閉合的導(dǎo)電回路中斷，這樣就不會(huì)形成渦電流回路。上面出現(xiàn)問(wèn)題的設(shè)備，處理方案就是將發(fā)熱的金屬材料橫梁部分換成不銹鋼材質(zhì)的橫梁，更換完畢后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行，金屬橫梁發(fā)熱情況不再出現(xiàn)，該問(wèn)題得已解決。

圖1

圖2

結(jié)語(yǔ)

隨著發(fā)電機(jī)組容量日益增加，渦電流產(chǎn)生的影響在設(shè)備運(yùn)行中越來(lái)越明顯，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)格外注意此類影響，避免由于渦流效應(yīng)在設(shè)備上產(chǎn)生渦電流，以至于造成不可預(yù)計(jì)的嚴(yán)重后果。

[1]馬超，褚旭，李燁，等.磁共振成像中渦流效應(yīng)的仿真[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007（47）：457-461.