浅谈励磁变低压侧出线电缆运行温度改善

刘松杭 刘贞超 刘侠

【摘 要】本文主要针对锦东电厂励磁变低压侧出线电缆在运行中的温度改善问题进行实验检验，通过实验测试，我们有效的验证了励磁变低压侧出线电缆的温度是可以进行降低的。因此，本文的论述，一方面为保障锦东电厂电缆在运行中的用电安全问题作出了一些有益的研究工作；另一方面，该实验检验法也为其他电厂电缆降温工作的适用提供了一些参考依据。

【关键词】电缆 电压 降压 安全施工

对于发电厂而言，电缆发热引发的用电安全事故，不仅对电厂会带来很大的损失，而且还涉及万千用户用电等一系列问题，对居民生活等诸方面都将会产生很大的影响。因此，本文则通过对锦东电厂电缆用电问题，尤其是励磁变低压侧出线电缆在日常运行中的温度高等问题，本文就此通过实验检验等研究方法，对如何降低励磁变低压侧出线电缆的高温问题进行分析，为改善电缆运行温度、保障电厂用电安全做些有益的研究工作。

1励磁变低压侧出线电缆发热及其原因分析

为明确电缆发热原因，测试每根电缆电流，电流分布情况，最大电流443A，最小电流仅为66A，最大偏差377A，电流不平衡系数达到5.71，在测量电流中发现，电缆布置随意，未采取任何特定布置方式。电缆的温升与施加在电缆上的电压无关，只与通过的电流有关，在相同的截面下，通过的电流越大，电缆的温升越高，电缆分流不均会导致部分电缆中流过的电流偏大，引起过热。

在电压相同的情况下，并联使用电缆的载流量与其阻抗Z=R+jX成正比，而阻抗Z主要受电阻R和电抗X影响。

1.1直流电阻影响

为减少直流电阻对分流影响，电缆下料时保证每根电缆等长，电缆约长度39m，同时一台机组采用同一批次出厂电缆。利用CT2120-600C回路电阻测试仪加流至500A测量每根电缆直流电阻（电缆头已压接完毕），#4机测量结果如表2所示，可见最大偏差为2.67%，当达到励磁变低压侧额定励磁电流2664A时，也仅为7.1A，同时我们对其它机组也进行直流电阻测试，偏差均不大，故直流电阻影响非要因。

1.2接触电阻影响

电缆与励磁变低压侧、励磁柜铜排之间连接采用螺栓连接，为减少接触电阻影响，调整电缆头方向，保证电缆头与铜排接触良好，同时在接触面涂抹导电膏，另对所有连接螺栓均校相同力矩，保证同样的压接力度，保证接触电阻均衡性，经查阅相关资料，电缆两端的接触电阻约在30-50μΩ之间，远远小于电缆电阻，可以忽略不计，故接触电阻亦非要因。

1.3交流电阻影响

由于交流电流的电磁场作用，导体内电流会趋向于导体外表面和相邻电缆的一侧，即集肤效应和临近效应，导致电流在导体内分布不均匀，有电流通过的截面小于导体的实际截面，也就是说导体实际电阻高于导体理论电阻，单位长度的电缆线芯的交流电阻

，式中， 为工作温度下导线单位长度线芯的直流电阻，单位Ω/m， 为集肤效应系数， 为邻近效应系数， ，

其中， ， 同上式，f为电源频率，工频为50Hz，Ks为除分割导体取0.435外均取1； ， 和f同上式，Kp为除分割导体取0.37外，其他型式线芯取0.8～1；Dc为线芯外径，单位mm；s为线芯中心轴间距，单位mm。

假设电缆排列如下图所示，185mm2，设每根电缆线芯中心轴间距s=100mm，单位长度导电线芯直流电阻为

电缆排列方式

，其中，对于标准软铜， ，为更好的于本项目， 取为#4机励磁电缆C10直流电阻值，

则，C10交流电阻为： 因此可以认为两根同材质同结构的电缆长度相同时其交流电阻基本相等，即同相并联运行的电缆的阻抗Z基本不受电阻R影响。

1.4电抗X的影响

在实际工程中，可将线芯内部磁通链产生的电感称之为内感Li，线芯外部磁通链产生的电感称之为外感Le，则电缆单位长度的导体芯的总电感 。

计算内感 ，其中真空磁导率 。计算外感Le，敷设于同一支线上的三相电缆的边相电缆外感 。为了简化计算A1、A2 两根电缆的外感，将B1、B2 和C1、C2 四根电缆等效为BC 两根电缆。则在 ，A1电缆的外感 ；在 时，A2电缆的外感 ；故 ， ， ， 。

由此可见， ，而 大小又与电缆排列方式息息相关，故电缆排列方式不同造成同一相并联使用的两根电缆的电抗不同，因而造成阻抗不同。

2励磁变低压侧出线电缆运行温度改善的方式

案例中主要结合锦东电厂进行如下探讨。锦东电厂发电机励磁采用为自并励形式，励磁变高压侧直接并联在发电机出口，高压侧电压20kV，低压侧电压655V，低压侧额定电流2644A，低压侧与励磁交流柜之间采用单芯电缆连接，按照设计，励磁变压器低压侧与励磁系统柜每相由7根交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套阻燃185mm2单芯电缆并联后连接，电缆型号：ZR-YJV-185，单根电缆长度约为39m。根据上述问题，我们依据对策表，按照任务分配，实施对策。

方案一：在#4机组安装期间，为便于对策实施及后续效果检查，将每根励磁电缆编号为A1～A10、B1～B10、C1～C10。

之后我们将全部三相励磁电缆按图1所示的分层式布置，在两层桥架上分别放置15根电缆，将三相电缆重叠放置，下层为5根A相电缆，中层为5根B相电缆，上层为5根C相电缆。

图1 电缆分层式布置示意图

#4机组满负荷运行时，进行红外谱图测温和每根电缆电流测量，励磁电缆最高温度49.2℃，如图2所示。

图2 分层式布置后励磁电缆测温图

励磁电缆电流如表1。

表1机励磁电缆电流分布情况 单位：A

编号 电流 编号 电流 编号 电流

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

励磁电缆温度有所下降，但依然偏高，每根电缆电流分布趋于均匀，但A相电流相差达170A。由此得出结论，分层式布置对励磁电缆发热及电流分布不均起到一定效果。

方案二：在#1机组小修期间，同样先将每根励磁电缆编号为A1～A10、B1～B10、C1～C10，之后将电缆按图3所示的“品”字形布置，在两层桥架上分别放置15根电缆，将三相励磁电缆三根一组进行布置，每层桥架上放置5组励磁电缆。

图3 电缆“品”字形布置示意图

#1机组满负荷运行时，进行红外谱图测温和每根电缆电流测量，励磁电缆最高温度只有33.2℃，如图4所示。

图4 “品”字形布置后励磁电缆测温图

励磁电缆电流如表2。

表2 #1机励磁电缆电流分布情况 单位：A

编号 电流 编号 电流 编号 电流

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

根据测温数据和电流数据，由此得出结论，励磁电缆进行“品”字形布置后，其发热及电流分布不均得到进一步改善。

效果检查：

图5 温度变化趋势

图6 每相电流最大电流差变化趋势

从图5、图6可以看出，在对策优化实施后，电缆长期运行温度为33.2℃﹤60，本次活动有效降低了电缆运行温度，实现了预定的目标。

3研究结论及相关对策和建议

本文为切实解决了实际生产中的技术难题，找到了电缆温度高的原因，并采取有效措施，大大降低励磁电缆运行温度，提高设备运行的稳定性，同时在本次课题研究中很好的锻炼员工发现问题、解决问题的能力，掌握了解决问题方法和思路，收获很大。另外通过改变电缆布置方式，机组在额定负荷运行时，励磁电缆温度保持在较低水平，但是通过测量电流分布，电流分布仍不理想。后续更进一步的研究符合现场实际条件，使电流分布更均匀，继而更进一步提高设备运行水平。从此处能够看出，电缆越长、越小（电阻越大），所携带的负荷越多（也就是说它的电流越大），那么都会在较大程度上增加它的损耗以及电压降。在遭遇电压偏低的情况下：

第一，要适度地不用或少用非重要负荷，或者是有效地规避施工过程中高峰期。

第二，适度地增大所使用的电缆截面以及适当地减小它的长度（要在项目开工钱仔细地核算相关内容）

第三，要适度地调整变压器的相关档位。

第四，增加闭关安装需要的功率补偿装置，降低无功损耗。所以，项目使用电缆，要对其进行全方位分析，部分情况下要考虑到下列状况：进一步增大电缆或者采用铜质电缆，尽管可能会在一定程度上增加相应的费用，然而它属于一次性投入，假如能够很好地使用和维护，所使用的时间可能会达到20-30年。事实上在施工过程中，对于负荷进行有效组织以及分配，能够在一定程度上节省相关项目的开支，节省开支的过程也意味着创造了相应的财富。

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