亭子口水電站勵(lì)磁陽極電纜溫度過高分析及處理

鮮懷安

(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川蒼溪，628400)

1 工程概況

亭子口電站裝機(jī)容量4×275MW，勵(lì)磁系統(tǒng)主要由勵(lì)磁變壓器、勵(lì)磁陽極電纜、調(diào)節(jié)器、可控硅整流器單元、滅磁及過壓保護(hù)單元和對(duì)外接口等組成。勵(lì)磁變壓器低壓側(cè)額定電流1092A，勵(lì)磁額定電流1900A，勵(lì)磁陽極電纜為ZR-YJV185單芯電纜，線芯標(biāo)注為185mm2，實(shí)際線芯為150mm2，每相5根，三相一共15根，長(zhǎng)度大約20m。

2 事件經(jīng)過

2020年7月26日9時(shí)30分，運(yùn)行人員巡檢2號(hào)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變室，聞到燒焦氣味。一次專業(yè)人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行故障排查，現(xiàn)場(chǎng)用紅外成像儀檢查勵(lì)磁陽極電纜，發(fā)現(xiàn)電纜溫度異常，其中最高溫度104℃、對(duì)應(yīng)電流450A，最低溫度70℃、對(duì)應(yīng)電流123A，紅外成像實(shí)測(cè)溫度見圖1，(此時(shí)對(duì)應(yīng)的有功275MW、無功63Mvar)經(jīng)與調(diào)度溝通，立即將2號(hào)發(fā)電機(jī)無功調(diào)節(jié)為0Mvar，拆除電纜防火封堵，如圖2。發(fā)現(xiàn)有4根電纜損壞嚴(yán)重，停機(jī)更換4根劣化的電纜，運(yùn)行24h后，測(cè)量相同位置電纜溫度，最高88℃(有功275MW、無功60Mvar)，檢查損壞的電纜，發(fā)現(xiàn)電纜龜裂碳化和外殼硬化嚴(yán)重，見圖3、圖4。

圖2 拆除防火泥后的電纜

圖3 電纜龜裂碳化

圖4 電纜外殼硬化易碎

3 原因分析

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)分析，總結(jié)引起陽極電纜溫度異常原因如下：

(1)電纜布置隨意。勵(lì)磁陽極電纜與其他動(dòng)力電纜敷設(shè)在同一電纜橋架內(nèi)，而且上下重疊敷設(shè)，形成渦流；每根電纜由于敷設(shè)的位置不一樣和相鄰的電纜相序不一致，產(chǎn)生的感應(yīng)電壓也不相同，電纜電抗不同導(dǎo)致電纜發(fā)熱[1]。

(2)防火封堵的影響。越靠近防火封堵中間部分，被防火封堵包裹導(dǎo)致通風(fēng)散熱不好的電纜溫度越高。在對(duì)電纜測(cè)量電流的過程中發(fā)現(xiàn)，溫度最高的四根電纜恰恰就是電流最大的四根電纜。

(3)電纜質(zhì)量可能存在問題。生產(chǎn)批次不同，線阻相差較大，電纜電流分布不均衡，導(dǎo)致電流大的電纜溫度偏高。電纜的溫升與通過的電流及周邊環(huán)境有關(guān)，在相同的截面積下，通過的電流越大，溫升越高，電纜分流不均會(huì)導(dǎo)致線阻小的電纜中流過的電流偏大，引起過熱[2]。

(4)制作工藝存在問題。線鼻子壓接不緊，導(dǎo)致線阻相差較大，導(dǎo)致電流小的電纜阻抗較大，分流不均衡，最大電流450A，最小電流123A，最大偏差327A，電流不均衡系數(shù)達(dá)到2.66。

4 解決措施

4.1 重新鋪設(shè)電纜

電纜在敷設(shè)后其阻抗參數(shù)保持不變，由于三相交流電相位的對(duì)稱性，若相間電纜物理位置和相位對(duì)稱，將可以有效地解決由于相間電纜之間的互感造成的電流不平衡。勵(lì)磁陽極電纜每相增加1根電纜，每相6根，三相共18根，增加載流量；按照強(qiáng)電弱電分層布置，勵(lì)磁陽極電纜專用一層電纜橋架獨(dú)立鋪設(shè)；三相按照“品”字形用扎帶分相捆綁、固定后引入功率柜，減少干擾和防止產(chǎn)生渦流，提高均流系數(shù)，防止電纜溫度升高，電纜鋪設(shè)如圖5。

圖5 電纜敷設(shè)排列示意

4.2 減少防火封堵

電纜穿墻時(shí)，傳統(tǒng)的防火封堵多采用防火包、防火泥等進(jìn)行封堵，封堵距離較長(zhǎng)，且防火封堵材料因需隔絕熱量向背火面擴(kuò)散，均由絕熱材料制造。因此，要提高防火封堵部位散熱能力，減少勵(lì)磁陽極電纜穿墻時(shí)防火封堵材料與電纜的接觸長(zhǎng)度。

4.3 更換電纜

本次更換采用遠(yuǎn)東電纜有限公司同一批次生產(chǎn)的銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套阻燃B類電力電纜，具體型號(hào)為ZB-YJV-0.6/1kV-1×185。杜絕由于電纜質(zhì)量不合格，線阻不一致，導(dǎo)致運(yùn)行電流嚴(yán)重不平衡，引起電纜過熱等現(xiàn)象。

4.4 采用燙錫工藝

銅鼻子尺寸不一致，以及銅鼻子和電纜壓接不可靠，產(chǎn)生電阻差，導(dǎo)致相內(nèi)載流量分配不平衡。對(duì)電纜兩端的銅鼻子進(jìn)行燙錫工藝處理，最大化減小各電纜電阻差，電纜頭制作完成后，測(cè)量每相每根電纜回路電阻基本相等。

2號(hào)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁陽極電纜整改后，溫度異常情況消除。滿負(fù)荷時(shí)，電纜運(yùn)行溫度為50℃左右，電流基本平衡，測(cè)得電纜電流、溫度如表1。按照方案對(duì)其余3臺(tái)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁陽極電纜進(jìn)行整改，目前4臺(tái)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

表1 陽極電纜整改后運(yùn)行情況

5 結(jié)語

通過對(duì)亭子口水電站勵(lì)磁系統(tǒng)單芯并聯(lián)電纜運(yùn)行溫度高原因的分析，總結(jié)出單芯電纜敷設(shè)方式對(duì)電纜運(yùn)行載流量及溫度的影響，避免同類現(xiàn)象的發(fā)生。此種電纜布置方式，大大降低了勵(lì)磁電纜的運(yùn)行溫度高等問題，同相多根單芯電纜并聯(lián)時(shí)，其阻抗值主要受電纜的敷設(shè)方式的影響，其中不同相間電纜的距離是決定其交流電阻及電抗的等值參數(shù)的主要因素，同時(shí)越多電纜并聯(lián)時(shí)，電纜的等效電路就越復(fù)雜，應(yīng)盡量采用相序交叉次序進(jìn)行排列敷設(shè)，使電纜電流及溫度分布均衡[3]，此次整改確保了電纜的安全穩(wěn)定運(yùn)行，有效提高了亭子口電站發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的可靠性。