發(fā)電機出口零序電流互感器支架發(fā)熱問題探討

劉建

摘 要 電力設(shè)備運行過程中，特別是高壓設(shè)備在大電流的作用下，周圍支架或磁導(dǎo)體中常出現(xiàn)渦流發(fā)熱現(xiàn)象。目前，各企業(yè)設(shè)備渦流發(fā)熱已成為影響電力設(shè)備安全運行的重要因素。本文通過分析渦流產(chǎn)生的原理，對零序電流支架渦流損耗導(dǎo)致發(fā)熱問題進(jìn)行探討，提出了降低渦流、避免發(fā)熱的技改措施，從而消除了安全隱患，給設(shè)備穩(wěn)定運行提供了有力保障。

關(guān)鍵詞 零序電流互感器鋼支架 渦流損耗 整改措施

一、引言

棗莊南郊熱電有限公司#1、#2發(fā)電機出口開關(guān)室通風(fēng)良好，各是一間半面設(shè)有柵欄的非密閉房間。內(nèi)有發(fā)電機出口母線及開關(guān)、零序電流互感器等電氣設(shè)備。其中零序電流互感器置放在一支架上。支架由槽鋼做成，這樣就使發(fā)電機出線周圍存在著鐵磁導(dǎo)體。本文將對鐵磁導(dǎo)體發(fā)熱問題進(jìn)行分析探討。

二、存在問題

自建廠以來，零序電流互感器支架發(fā)熱問題一直存在，2008年1#、2#機組大修時曾分別對支架東南側(cè)一腿進(jìn)行改造并加裝絕緣瓷瓶，但效果不理想，渦流現(xiàn)象沒有降低，發(fā)熱沒有從根本上解決。發(fā)電機滿負(fù)荷運行情況下，開關(guān)室環(huán)境溫度為52℃，用測溫儀對零序電流互感器支架南側(cè)兩腿進(jìn)行測溫，支架中間溫度最高達(dá)135℃，環(huán)境溫度過高，影響有兩方面：一是直接導(dǎo)致勵磁機進(jìn)風(fēng)溫度高，勵磁機通風(fēng)不良，溫度經(jīng)常超過上限，縮短了使用壽命；二是散熱通風(fēng)不良，導(dǎo)致周圍設(shè)備及二次回路電纜等的絕緣老化，存在安全隱患。在支架正下方，有一個鐵電纜橋架橫向穿越，內(nèi)部電纜有部分老化，運行期間曾出現(xiàn)發(fā)電機位置信號不對應(yīng)報警、SF6壓力低報警等假信號。

三、原因分析

1、渦流產(chǎn)生的原理：支架渦流問題屬于時變渦流場問題。發(fā)電機出口母線中通過較大的正弦變化電流將引起交變磁場，該交變磁場滲入金屬支架，感應(yīng)出電動勢。金屬支架是由導(dǎo)電媒質(zhì)組成的，在該電動勢的作用下，金屬支架會引起感生電流，即渦流。這種渦流在導(dǎo)電媒質(zhì)內(nèi)又產(chǎn)生磁場。根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電動勢及其產(chǎn)生的電流總是阻止與回路相交鏈的磁通變化，以削弱原來的磁場。如果導(dǎo)電媒質(zhì)是鐵磁材料，則交變磁場還會引起磁滯損耗。受集膚效應(yīng)的影響，渦流主要分布在導(dǎo)體表層，渦流會產(chǎn)生損耗，該損耗以熱量的形式散發(fā)出去，使得導(dǎo)體發(fā)熱。

2、根據(jù)電磁場原理，載流導(dǎo)體穿過環(huán)狀金屬時，在環(huán)狀金屬內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)渦流。所以必須通過一些措施來降低渦流。

根據(jù)渦流原理的分析，金屬渦流大小主要由下列參數(shù)決定：

（1） 環(huán)狀金屬所占的圓心角%a ：當(dāng)%a =2丌時，即金屬為環(huán)繞電纜的環(huán)狀金屬，產(chǎn)生的渦流將最大。

（2）金屬長度L：隨著金屬長度的增大，渦流也將等比例增大。

（3）金屬相對磁導(dǎo)率：當(dāng)金屬為鐵磁性時，渦流將增大近5000倍。

3、根據(jù)以上分析，結(jié)合實際，應(yīng)能得出以下結(jié)論：

（1）盡量避免單芯超高壓導(dǎo)體穿過環(huán)狀金屬。

（2）沿載流導(dǎo)體方向避免有長距離金屬。

（3）載流導(dǎo)體周圍避免使用鐵磁性的金屬。

我廠零序電流互感器支架由于布局設(shè)計及使用鐵支架，存在渦流。受集膚效應(yīng)的影響，渦流主要分布在導(dǎo)體表層。渦流會產(chǎn)生損耗，該損耗以熱量的形式散發(fā)出去，從而導(dǎo)致表面發(fā)熱嚴(yán)重，開關(guān)室溫度較高。

四、改造方案及改造效果：

2010年10月，檢修期間，曾對兩臺發(fā)電機出口零序電流互感器支架進(jìn)行初步改造，對支架加裝絕緣瓷瓶，當(dāng)投入運行后，渦流發(fā)熱現(xiàn)象仍存在，效果不明顯，沒有從根本上解決支架發(fā)熱問題；根據(jù)渦流原理分析，認(rèn)為“切斷了磁回路”，實際上只能減少部分渦流，有一定誤區(qū)，無法根本降低渦流。

根據(jù)現(xiàn)有的支架布局方式，建議將零序電流互感器支架南側(cè)兩立柱改用非鐵磁性立柱。采用非鐵磁性支架的目的是降低支架的磁導(dǎo)率，一般工程中常用的非鐵磁性支架有不銹鋼、鋁合金、玻璃鋼等。由于不銹鋼支架具備鋼制支架強度高、加工安裝簡單、維護(hù)費用小等優(yōu)點，建議優(yōu)先使用，其次采用鋁合金材料施工也方便可行。

2014年11月2日，在1#機大修期間，對此問題進(jìn)行可行性分析論證，制定改造方案，決定進(jìn)行施工改造，采用不銹鋼材料對零序電流互感器四個支架進(jìn)行更換。11月8日并網(wǎng)后，利用紅外線測溫儀進(jìn)行測溫，最高溫度只有40℃，渦流發(fā)熱現(xiàn)象徹底消除。

周圍電纜橋架重新規(guī)劃布線，不經(jīng)過發(fā)電機出口母線底部，更換新電纜，誤報警問題解決。

五、結(jié)束語

渦流發(fā)熱問題是企業(yè)電氣設(shè)備常見的安全隱患之一，為了保證設(shè)備的安全生產(chǎn)正常運行，作為電氣人員必須了解渦流基本原理，熟悉故障的現(xiàn)象和處理方法，認(rèn)真分析提出問題，消除隱患，從而保證設(shè)備的安全運行。

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（作者單位：山東棗莊南郊熱電有限公司）