長河壩4號機勵磁變壓器低壓側電纜發熱問題探討

王峻峰

摘 要：長河壩電廠4號機自投產以來一直存在勵磁變低壓側單芯交聯聚乙烯電纜運行溫度過高問題，經過反復進行檢驗和測

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通過一定手段進行溫度改善的。在解決問題的同時，為保障長河壩電廠勵磁變低壓側單芯交聯聚乙烯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，有一定的借鑒意義。

關鍵詞：勵磁變壓器；單芯交聯聚乙烯電纜；溫度改善；安全運行

中圖分類號：TM63 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）01-0012-03

Abstract： Since the No. 4 machine of Changheba Power Plant was put into operation， there has always been the problem of excessive operating temperature of single-core cross-linked polyethylene cable with excitation transformer at low pressure side， which has been inspected and tested repeatedly. We effectively verify that the temperature of the excitation variable low-voltage side cable can be improved by certain means. At the same time， some useful research work has been done to ensure the power safety of low voltage side XLPE cable in Changheba Power Plant， which has some significance for reference.

Keywords： excitation transformer； single core XLPE cable； temperature improvement； safe operation

引言

電纜發熱一直是電廠安全穩定運行的一大隱患，由于電纜發熱引發的安全事故不勝枚舉。而勵磁變作為發電機組的重要附件，一旦勵磁變壓器發生故障，必然導致機組的非計劃停運，給電廠造成巨大損失。本文則通過對長河壩電廠4號機勵磁變壓器低壓側單芯交聯聚乙烯電纜溫度過高問題的研究，并提出了改進方案，同時將該改進方案進行了工程實踐，徹底改善了長河壩4號機勵磁變壓器低壓側電纜溫度過高的問題。在為之后機組安全穩定運行提供可靠的保證的同時，也為電廠相同問題的解決提供了工程實例。

1 概述

長河壩電廠4號機勵磁變壓器采用明珠電氣股份有限公司生產的型號為：ZLDGB9-1600/20/√3/0.77的戶內無載調壓單相雙繞組自然空冷變壓器，連結方式Yd11，冷卻方式AN，額定容量為3×1600KVA，一次側額定電壓為20kV，二次側額定電壓為770V。勵磁變壓器低壓側電纜每相9根型號為YJV-185mm2的單芯交聯聚乙烯電纜，低壓側額定勵磁電流為3599A。自長河壩電廠4號機組投產以來，我廠設備部一次專業在點檢過程中發現4號機組勵磁變低壓側電纜溫度一直偏高【在機組帶480MW負荷（滿負荷650MW），勵磁電流2342A，經實地用測溫槍對勵磁電纜進行測溫，最高溫度已達86℃】，嚴重影響機組安全運行，經對4號機勵磁變壓器低壓側電纜綁扎部分進行松綁，上下兩層電纜之間加設隔離措施，增加其散熱條件，最高溫度仍然維持在65℃運行，機組安全運行依然難以得到有效的保障。

2 勵磁變壓器低壓側出線電纜溫度過高原因分析

為尋找電纜發熱原因，我們對勵磁變壓器低壓側27根電纜進行編號，分別為A1～A9、B1～B9、C1～C9。并對其電流進行了測試，測試結果如表1。其中最大電流432A，最小電流79A， 最大偏差353A，電流不均衡系數達到4.46。在測量電流的過程中發現，電纜布置隨意（圖1）。電纜的溫升與施加在電纜上的電壓無關，只與通過的電流及周邊環境有關，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。同時，電纜越靠近內部部分、散熱條件不好的電纜溫度越高。在對電纜進行電流測量的過程中我們發現，溫度最高的兩根電纜恰恰就是電流最大的兩根電纜。

2.1 動力電纜選擇的影響

（1）我廠4號勵磁變壓器至勵磁進線柜之間的交流電纜采用單芯交聯電纜。（2）根據“GBj-50217-2007電力工程電纜設計規范”，電纜疊放方式為梯架方式、無間距、兩層方式時，疊放系數為0.65，在環境溫度為30℃時的環境溫度系數1.09，那么單根185mm2電纜載流量：I=546×1.09×0.65=386.8（A）。（3）考慮到1.1倍額定勵磁電流長期運行，交流電纜的總載流量：In=3445×0.816×1.1=3092（A）。（4）電纜根數n=In/I=7.99。（5）每相選取9根單芯185mmz電纜，總載流量 3448A，可以滿足要求，且留有較大裕度。（6）我廠4號勵磁變壓器副邊電壓U2n=770Ⅴ，故交流電纜額定電壓>1.2 U2n=924V即可，我們選擇1000V電纜。（7）故最終型號：YJV-185mm2單芯交聯電纜，額定電壓：1000V。（8）數量及接線方式：每套勵磁裝置接27根單芯電纜，引入進線柜，接至柜內的連接銅排上。

根據計算所得值，我廠選擇電纜完全能夠滿足勵磁變低壓側電纜載流量的需求，故電纜本身材料選擇不是發熱的主要因素。endprint

2.2 電纜阻抗影響

2.2.1 電纜本身電阻影響。為減少電阻對分流影響，勵磁變壓器低壓測每根電纜等長，約為31.5m，同時采用同一批次出廠電纜。現場利用回路電阻測試儀測量每根電纜直流電阻（電纜頭已壓接完成），經過測試，27根電纜最大電阻3.9mΩ，最小電阻3.4mΩ，可見最大偏差為1.47%，次偏差對電流影響不大，故電纜本身電阻影響非要因。

2.2.2 接觸電阻影響。我們對電纜與勵磁變低壓側、勵磁進線柜銅排之間連接進線了檢查，用扭力扳手對所有連接螺栓連接進行了整體緊固，保證了接觸的均衡性。同時為減少接觸電阻影響，對電纜頭方向進行了統一調整，并在接觸面涂抹導電膏，保證電纜頭與銅排接觸良好，經現場測試，電纜兩端的接觸電阻約在40-60μΩ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。

2.2.3 電抗X的影響。每根電纜由于敷設的位置不一樣和相鄰的電纜相序不一致，產生的感應電壓也不相同，進而引起每根電纜的交流阻抗不相同，而且通過測試發現，這種感應電壓導致的交流阻抗會因電纜敷設不一致而呈級數差別。因而我們判斷長河壩電廠4號機勵磁變壓器低壓側電纜電流不平衡的根本原因為各根電纜電抗不同引起的，此為導致電纜發熱的第一要因。

3 長河壩4號勵磁變低壓側電纜發熱問題解決方案探討

由此前的分析可知，導致長河壩4號機勵磁變低壓側電纜發熱的根本原因為電纜因互感現象導致各電纜電抗不平衡，部分電抗較小的電纜分流較多，遠大于其他電纜的載流量而導致該部分電纜發熱嚴重。因而我們考慮通過電纜的合理布置，降低各電纜的感抗差異，改善電纜分流不均現象，進而解決電纜發熱現象。

在對現場進行勘測時我們發現，勵磁變壓器低壓側出現銅排和勵磁進線柜進線銅排每相均預留有一個電纜孔洞，可以增加敷設一根電纜，進一步減輕各電纜的分流壓力。同時我們結合其他電廠的工程實踐經驗，我們選擇將勵磁變壓器低壓側電纜按品字形布置，布置方式如下：A1B1C1、A2B2C2……A10B10C10分別捆綁在一起，并每隔0.5米用扎帶進行捆綁，盡量保證其結合在一起。同時因為電纜拖盤的限制，我們將A1B1C1、A2B2C2……A5B5C5置于電纜托盤的第一層，A6B6C6、A7B7C7……A10B10C10置于電纜托盤第二層。具體布置情況如圖2：

經過檢驗，在相同工況條件下，電流分布情況由79-432A的極度不平衡區間運行調整到如今的142-187A區間運行，溫度由之前的最高86℃運行降低至40℃左右運行。由此我們得出結論，4號機勵磁變壓器低壓側電纜進行“品”字形敷設后，其發熱及電流分布不均的現象得到了良好的改善。

4 結束語

經過對電纜的重新敷設和布置，4號機勵磁變壓器低壓側電纜溫度過高的問題得到了徹底改善，同時經過后期實踐觀察，我們機組在滿負荷（650MW）的情況下，勵磁變壓器低壓側電纜溫度也維持在45℃左右運行，完全能夠滿足工況條件要求。

同時，按照此次對4號機勵磁變壓器低壓側電纜溫度過高的處理經驗，我們對接下來的3臺機組（1-3號機）的勵磁變壓器低壓側電纜進行相應的布置更改，之后再未出現過勵磁變壓器低壓側電纜溫度過高的現象。通過此次工程實踐，再一次證明多根單芯電纜在三相回路中通過呈“品”字形布置對改善電纜電流分布是及其有效的手段。

參考文獻：

[1]楊智勇.關于水輪發電機勵磁裝置故障原因分析及處理探討[J].科技創新與應用，2017（19）：48，50.

[2]林宇翔.黑啟動過程中的變壓器空載合閘及勵磁涌流分析與仿真[J].科技創新與應用，2012（33）：6-7.

[3]趙欣，劉念，黃大可，等.誤強勵時同步發電機新型疊加強勵勵磁系統的分析[J].科技創新與應用，2017（06）：30-32.endprint