劉松杭 劉貞超 劉俠

【摘 要】本文主要針對(duì)錦東電廠勵(lì)磁變低壓側(cè)出線電纜在運(yùn)行中的溫度改善問(wèn)題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，我們有效的驗(yàn)證了勵(lì)磁變低壓側(cè)出線電纜的溫度是可以進(jìn)行降低的。因此，本文的論述，一方面為保障錦東電廠電纜在運(yùn)行中的用電安全問(wèn)題作出了一些有益的研究工作；另一方面，該實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)法也為其他電廠電纜降溫工作的適用提供了一些參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】電纜 電壓 降壓 安全施工

對(duì)于發(fā)電廠而言，電纜發(fā)熱引發(fā)的用電安全事故，不僅對(duì)電廠會(huì)帶來(lái)很大的損失，而且還涉及萬(wàn)千用戶(hù)用電等一系列問(wèn)題，對(duì)居民生活等諸方面都將會(huì)產(chǎn)生很大的影響。因此，本文則通過(guò)對(duì)錦東電廠電纜用電問(wèn)題，尤其是勵(lì)磁變低壓側(cè)出線電纜在日常運(yùn)行中的溫度高等問(wèn)題，本文就此通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)等研究方法，對(duì)如何降低勵(lì)磁變低壓側(cè)出線電纜的高溫問(wèn)題進(jìn)行分析，為改善電纜運(yùn)行溫度、保障電廠用電安全做些有益的研究工作。

1勵(lì)磁變低壓側(cè)出線電纜發(fā)熱及其原因分析

為明確電纜發(fā)熱原因，測(cè)試每根電纜電流，電流分布情況，最大電流443A，最小電流僅為66A，最大偏差377A，電流不平衡系數(shù)達(dá)到5.71，在測(cè)量電流中發(fā)現(xiàn)，電纜布置隨意，未采取任何特定布置方式。電纜的溫升與施加在電纜上的電壓無(wú)關(guān)，只與通過(guò)的電流有關(guān)，在相同的截面下，通過(guò)的電流越大，電纜的溫升越高，電纜分流不均會(huì)導(dǎo)致部分電纜中流過(guò)的電流偏大，引起過(guò)熱。

在電壓相同的情況下，并聯(lián)使用電纜的載流量與其阻抗Z=R+jX成正比，而阻抗Z主要受電阻R和電抗X影響。

1.1直流電阻影響

為減少直流電阻對(duì)分流影響，電纜下料時(shí)保證每根電纜等長(zhǎng)，電纜約長(zhǎng)度39m，同時(shí)一臺(tái)機(jī)組采用同一批次出廠電纜。利用CT2120-600C回路電阻測(cè)試儀加流至500A測(cè)量每根電纜直流電阻（電纜頭已壓接完畢），#4機(jī)測(cè)量結(jié)果如表2所示，可見(jiàn)最大偏差為2.67%，當(dāng)達(dá)到勵(lì)磁變低壓側(cè)額定勵(lì)磁電流2664A時(shí)，也僅為7.1A，同時(shí)我們對(duì)其它機(jī)組也進(jìn)行直流電阻測(cè)試，偏差均不大，故直流電阻影響非要因。

1.2接觸電阻影響

電纜與勵(lì)磁變低壓側(cè)、勵(lì)磁柜銅排之間連接采用螺栓連接，為減少接觸電阻影響，調(diào)整電纜頭方向，保證電纜頭與銅排接觸良好，同時(shí)在接觸面涂抹導(dǎo)電膏，另對(duì)所有連接螺栓均校相同力矩，保證同樣的壓接力度，保證接觸電阻均衡性，經(jīng)查閱相關(guān)資料，電纜兩端的接觸電阻約在30-50μΩ之間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電纜電阻，可以忽略不計(jì)，故接觸電阻亦非要因。

1.3交流電阻影響

由于交流電流的電磁場(chǎng)作用，導(dǎo)體內(nèi)電流會(huì)趨向于導(dǎo)體外表面和相鄰電纜的一側(cè)，即集膚效應(yīng)和臨近效應(yīng)，導(dǎo)致電流在導(dǎo)體內(nèi)分布不均勻，有電流通過(guò)的截面小于導(dǎo)體的實(shí)際截面，也就是說(shuō)導(dǎo)體實(shí)際電阻高于導(dǎo)體理論電阻，單位長(zhǎng)度的電纜線芯的交流電阻

，式中， 為工作溫度下導(dǎo)線單位長(zhǎng)度線芯的直流電阻，單位Ω/m， 為集膚效應(yīng)系數(shù)， 為鄰近效應(yīng)系數(shù)， ，

其中， ， 同上式，f為電源頻率，工頻為50Hz，Ks為除分割導(dǎo)體取0.435外均取1； ， 和f同上式，Kp為除分割導(dǎo)體取0.37外，其他型式線芯取0.8～1；Dc為線芯外徑，單位mm；s為線芯中心軸間距，單位mm。

假設(shè)電纜排列如下圖所示，185mm2，設(shè)每根電纜線芯中心軸間距s=100mm，單位長(zhǎng)度導(dǎo)電線芯直流電阻為

電纜排列方式

，其中，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)軟銅， ，為更好的于本項(xiàng)目， 取為#4機(jī)勵(lì)磁電纜C10直流電阻值，

則，C10交流電阻為： 因此可以認(rèn)為兩根同材質(zhì)同結(jié)構(gòu)的電纜長(zhǎng)度相同時(shí)其交流電阻基本相等，即同相并聯(lián)運(yùn)行的電纜的阻抗Z基本不受電阻R影響。

1.4電抗X的影響

在實(shí)際工程中，可將線芯內(nèi)部磁通鏈產(chǎn)生的電感稱(chēng)之為內(nèi)感Li，線芯外部磁通鏈產(chǎn)生的電感稱(chēng)之為外感Le，則電纜單位長(zhǎng)度的導(dǎo)體芯的總電感 。

計(jì)算內(nèi)感 ，其中真空磁導(dǎo)率 。計(jì)算外感Le，敷設(shè)于同一支線上的三相電纜的邊相電纜外感 。為了簡(jiǎn)化計(jì)算A1、A2 兩根電纜的外感，將B1、B2 和C1、C2 四根電纜等效為BC 兩根電纜。則在 ，A1電纜的外感 ；在 時(shí)，A2電纜的外感 ；故 ， ， ， 。

由此可見(jiàn)， ，而 大小又與電纜排列方式息息相關(guān)，故電纜排列方式不同造成同一相并聯(lián)使用的兩根電纜的電抗不同，因而造成阻抗不同。

2勵(lì)磁變低壓側(cè)出線電纜運(yùn)行溫度改善的方式

案例中主要結(jié)合錦東電廠進(jìn)行如下探討。錦東電廠發(fā)電機(jī)勵(lì)磁采用為自并勵(lì)形式，勵(lì)磁變高壓側(cè)直接并聯(lián)在發(fā)電機(jī)出口，高壓側(cè)電壓20kV，低壓側(cè)電壓655V，低壓側(cè)額定電流2644A，低壓側(cè)與勵(lì)磁交流柜之間采用單芯電纜連接，按照設(shè)計(jì)，勵(lì)磁變壓器低壓側(cè)與勵(lì)磁系統(tǒng)柜每相由7根交聯(lián)聚乙烯絕緣聚氯乙烯護(hù)套阻燃185mm2單芯電纜并聯(lián)后連接，電纜型號(hào)：ZR-YJV-185，單根電纜長(zhǎng)度約為39m。根據(jù)上述問(wèn)題，我們依據(jù)對(duì)策表，按照任務(wù)分配，實(shí)施對(duì)策。

方案一：在#4機(jī)組安裝期間，為便于對(duì)策實(shí)施及后續(xù)效果檢查，將每根勵(lì)磁電纜編號(hào)為A1～A10、B1～B10、C1～C10。

之后我們將全部三相勵(lì)磁電纜按圖1所示的分層式布置，在兩層橋架上分別放置15根電纜，將三相電纜重疊放置，下層為5根A相電纜，中層為5根B相電纜，上層為5根C相電纜。

圖1 電纜分層式布置示意圖

#4機(jī)組滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，進(jìn)行紅外譜圖測(cè)溫和每根電纜電流測(cè)量，勵(lì)磁電纜最高溫度49.2℃，如圖2所示。

圖2 分層式布置后勵(lì)磁電纜測(cè)溫圖

勵(lì)磁電纜電流如表1。

表1機(jī)勵(lì)磁電纜電流分布情況 單位：A

編號(hào) 電流 編號(hào) 電流 編號(hào) 電流

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

勵(lì)磁電纜溫度有所下降，但依然偏高，每根電纜電流分布趨于均勻，但A相電流相差達(dá)170A。由此得出結(jié)論，分層式布置對(duì)勵(lì)磁電纜發(fā)熱及電流分布不均起到一定效果。

方案二：在#1機(jī)組小修期間，同樣先將每根勵(lì)磁電纜編號(hào)為A1～A10、B1～B10、C1～C10，之后將電纜按圖3所示的“品”字形布置，在兩層橋架上分別放置15根電纜，將三相勵(lì)磁電纜三根一組進(jìn)行布置，每層橋架上放置5組勵(lì)磁電纜。

圖3 電纜“品”字形布置示意圖

#1機(jī)組滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，進(jìn)行紅外譜圖測(cè)溫和每根電纜電流測(cè)量，勵(lì)磁電纜最高溫度只有33.2℃，如圖4所示。

圖4 “品”字形布置后勵(lì)磁電纜測(cè)溫圖

勵(lì)磁電纜電流如表2。

表2 #1機(jī)勵(lì)磁電纜電流分布情況 單位：A

編號(hào) 電流 編號(hào) 電流 編號(hào) 電流

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

根據(jù)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)，由此得出結(jié)論，勵(lì)磁電纜進(jìn)行“品”字形布置后，其發(fā)熱及電流分布不均得到進(jìn)一步改善。

效果檢查：

圖5 溫度變化趨勢(shì)

圖6 每相電流最大電流差變化趨勢(shì)

從圖5、圖6可以看出，在對(duì)策優(yōu)化實(shí)施后，電纜長(zhǎng)期運(yùn)行溫度為33.2℃﹤60，本次活動(dòng)有效降低了電纜運(yùn)行溫度，實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的目標(biāo)。

3研究結(jié)論及相關(guān)對(duì)策和建議

本文為切實(shí)解決了實(shí)際生產(chǎn)中的技術(shù)難題，找到了電纜溫度高的原因，并采取有效措施，大大降低勵(lì)磁電纜運(yùn)行溫度，提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，同時(shí)在本次課題研究中很好的鍛煉員工發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，掌握了解決問(wèn)題方法和思路，收獲很大。另外通過(guò)改變電纜布置方式，機(jī)組在額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁電纜溫度保持在較低水平，但是通過(guò)測(cè)量電流分布，電流分布仍不理想。后續(xù)更進(jìn)一步的研究符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，使電流分布更均勻，繼而更進(jìn)一步提高設(shè)備運(yùn)行水平。從此處能夠看出，電纜越長(zhǎng)、越?。娮柙酱螅鶖y帶的負(fù)荷越多（也就是說(shuō)它的電流越大），那么都會(huì)在較大程度上增加它的損耗以及電壓降。在遭遇電壓偏低的情況下：

第一，要適度地不用或少用非重要負(fù)荷，或者是有效地規(guī)避施工過(guò)程中高峰期。

第二，適度地增大所使用的電纜截面以及適當(dāng)?shù)販p小它的長(zhǎng)度（要在項(xiàng)目開(kāi)工錢(qián)仔細(xì)地核算相關(guān)內(nèi)容）

第三，要適度地調(diào)整變壓器的相關(guān)檔位。

第四，增加閉關(guān)安裝需要的功率補(bǔ)償裝置，降低無(wú)功損耗。所以，項(xiàng)目使用電纜，要對(duì)其進(jìn)行全方位分析，部分情況下要考慮到下列狀況：進(jìn)一步增大電纜或者采用銅質(zhì)電纜，盡管可能會(huì)在一定程度上增加相應(yīng)的費(fèi)用，然而它屬于一次性投入，假如能夠很好地使用和維護(hù)，所使用的時(shí)間可能會(huì)達(dá)到20-30年。事實(shí)上在施工過(guò)程中，對(duì)于負(fù)荷進(jìn)行有效組織以及分配，能夠在一定程度上節(jié)省相關(guān)項(xiàng)目的開(kāi)支，節(jié)省開(kāi)支的過(guò)程也意味著創(chuàng)造了相應(yīng)的財(cái)富。

參考文獻(xiàn)：

[1]李駢文.西北地區(qū)采用750kV級(jí)電壓的合理性─淺論全國(guó)統(tǒng)一系統(tǒng)電壓等級(jí)的抉擇[J].電網(wǎng)技術(shù)，1995（07）.

[2]郭毓春.國(guó)內(nèi)外交、直流電壓等級(jí)出現(xiàn)年份[J].吉林電力，1982（03） .

[3]王晉根.我國(guó)電網(wǎng)電壓等級(jí)走向及對(duì)高壓開(kāi)關(guān)市場(chǎng)影響的分析[J].華通技術(shù)，2000（01）.

[4]夏泉.北京東城和北新橋變電站電壓等級(jí)的選擇比較[J].華北電力技術(shù)，1999（06）.

[5]湯繼東.基本知識(shí)介紹——電壓等級(jí)的劃分及電壓等級(jí)的選擇[J].電氣工程應(yīng)用，2009（02）.

[6]譚學(xué)知，李國(guó)玉.20 kV電壓等級(jí)供電技術(shù)的應(yīng)用[J].電氣應(yīng)用，2008（21）.