核电站电缆桥架异常发热原因分析及改进措施

罗镇城，赖泽彬，林绍斌，张水龙，王一凡

（中核国电漳州能源有限公司，福建漳州 363000）

0 引言

基于跟踪及处理某核电厂进线电缆桥架温度异常升高，并结合工程实例应用对涡流损耗进行研究，希望由此减少核电厂电缆桥架布置不合理的情况，在安装设计阶段规范电缆的布置。

1 电缆桥架异常发热

运行人员在现场精细化巡检时发现LGD（核岛交流配电系统）母线进线汇集处A 相与B、C 相之间控制电缆和低压电缆桥架盒温度异常，电缆桥架表面最高温度显示72.5 ℃，正常温度为40 ℃左右，且电缆与桥架贴合处有明显的熔化变形的迹象，桥架附近有明显的振动声音。图1 为高压电缆进线情况。

图1 高压电缆进线

若情况持续恶化，电缆完全被熔化，则会导致厂变A 的LGD进线电缆B 相接地，厂变A 跳闸，主泵停运，造成停机停堆。

对该现象进线原因分析，是由于在安装阶段，将电缆桥架从进线电缆的相间穿过，由于的厂变A 的进线电缆LGD 的电流较大，相间产生较强的交变磁场，金属的电缆桥架穿过LGD进线电缆相间的不均匀电磁场，涡流在金属的电缆桥架上产生热量，导致电缆桥架温度异常升高（图2）。

图2 电缆桥架温度异常升高

金属电缆桥架发热的原因分析如下：

三相进线电缆的相间存在较强的交变磁场，任意回路所包围面积的磁通量都在变化，其内部会感应出电流，感应电流在金属电缆桥架中形成闭合的回路，由于其流动的形状呈涡旋，故称其为涡流，由于金属电缆桥架的电阻非常小，且相间的交变磁场很强，因此涡流会非常强，使得电缆桥架发热严重。

任意时刻三相电流总有一相与其他两相的方向不同，假设某一时刻A 相与B 相、C 相的电流方向不同，该时刻三相电流的方向如图3 所示，则三相电流及其产生磁场的方向同图3。而金属电缆桥架处于LGD 的A 相与B 相之间，该时刻此处的磁感应强度最大，故感应电流在金属电缆桥架产生的涡流最大。而三相进线电缆电流的方向随时都在变化，故位于进线电缆相间的金属电缆桥架的涡流发热最为严重。为了验证是进线电缆相间的不均匀电磁场导致涡流在金属桥架产生热，将拆下的金属板穿入电缆的相间，经过3 min 明显发现在同一块金属板置于相间的那侧的温度明显很高，高于位于三相之外金属板的另一侧，验证了由于相间的不均匀电磁场，产生的涡流导致金属电缆桥架发热。

图3 三相电流及磁场方向

此外，若电缆过负荷运行，经过大电流会使电缆发热，在电缆比较密集的地区、电缆沟及隧道通风不良处，高压电缆依托在电缆桥架上，也会因电缆本身发热，经过热传递将热量传递给金属电缆桥架，导致电缆桥架温度异常升高。

2 减少涡流损耗的措施

2.1 增大进线电缆与金属电缆桥架间的距离

通过加大进线电缆与金属电缆桥架间的距离，在一定程度上使感应在金属电缆桥架的磁场强度减弱，进而降低感应电流在金属电缆桥架上产生的涡流损耗，降低金属电缆桥架的发热。

2.2 使用电阻率大的金属电缆桥架材料

对电缆桥架使用的材料进行选择，应该优先选择电阻率偏大的材料，即可使电缆桥架上的回路电阻增大，使感应电流的大小有所降低，有效降低金属电缆桥架上的温度。

2.3 切断铁磁回路

在实际工程的应用中，常用的切断铁磁回路的方法是在铁磁回路中开槽，可以在一定程度上避免涡流现象。但开空气槽会降低原金属板的强度，可以考虑在开槽处补焊磁导率与空气相近或磁阻很大的非导磁材料。开槽宽度越大则涡流损耗就会大幅度降低，在强度得到有效保证的情况下，可以尽可能地增大开槽的宽度，如图4 所示。

图4 相间开空气槽

3 结束语

在核电站电缆安装设计阶段，要避免电缆桥架从进线电缆相间穿过、也要考虑金属电缆桥架所要承载电缆的重量和金属电缆桥架的机械强度，避免电缆将电缆桥架压垮，严格按照电缆敷设作业标准执行。实践表明，通过增大进线电缆与金属板间的距离、使用电阻率大的金属板材料、选择磁导率较小、磁阻较高的材料或者不导磁材料，在金属电缆桥架上开空气槽等措施能够有效减少涡流损耗。