摘要：某发电厂在红外测温时，发现过多次多处大电流导体周围的铁件发热问题。分析其发热的原因，主要是存在涡流损耗与磁滞损耗，这两种损耗的无用功率，通过发热的形式表现出来。通过实测与计算，磁滞损耗与涡流损耗一般同时存在，前者大小是后者的两倍左右。
关键词：涡流 磁滞 损耗 发热
1 绪论
1.1问题的来源
在红外测温时，发现过多次多处大电流导体周围的铁件发热，比如：
1.1.1 主变低压侧穿墙导体的支撑固定铁件发热；
1.1.2 主变低压侧管母线伸缩节的固定铁圈发热；
1.1.3 GIS管母线节间连接螺栓发热；
1.1.4 GIS管母线支撑件的螺栓发热；
1.1.5 发电机输出母线的铜导体，将多片扁铜紧固的金属圈；
1.1.6 变压器本体上突出的加固铁块，等等。
1.2分析发热的原因
我们先看一些红外测温图片：
图1：7号变低压侧加强筋铁板图
图2：7号变高压侧SF6通气管发热-三相（连接螺栓未安装）
右下：7号变低压侧管母伸缩节固定铁圈发热
通过以上这些红外图，我们知道，大电流导体周围的铁件会产生感应电流，也就是涡流。涡流损耗引起发热，损耗大小与导体几何形状、导体的磁导率及电导率、电流及磁场大小等等有关。
2 正文——涡流损耗及磁滞损耗导致发热的理论分析、解决方案探讨
2.1理论分析
2.1.1电磁感应：导体在磁场中运动，或者导体静止但存在随时间变化的磁场，或者两种情况同时出现，都可以造成磁力线与导体的相对切割。按照电磁感应定律，在导体中产生感应电动势，从而形成电流。
2.1.2涡流：电磁感应产生的电流在导体中的分布，随着导体的表面形状和磁通的分布而不同，其路径如同水中的漩涡，因此称为涡流。
作为实例，我们去看电流互感器的金属外表，会分布着许多螺旋状的线条，这是涡流带着灰尘等污秽物，长年累月而形成的，类似于我们手指上的螺旋。
2.1.3涡流损耗：导体在非均匀的磁场中移动或处于随时间变化的磁场中时，因涡流而导致的能量损耗称为涡流损耗。其大小与磁场的变化方式、导体的运动、导体的几何形状、导体的磁导率与电导率等因素有关。
计算公式如下：
式中：Bp为磁感应强度峰值；
d为金属厚度或电线直径；
f为频率；
K为常数；
ρ为导体电阻率；
D为导体材料密度。
由上式可知，铁的电阻很小，磁导率较大，所以涡流较大，并通过发热的方式散发出来，浪费了大量电能，降低了发电效率。
但涡流也是可以利用的，比如利用很大的涡流对金属工件加热，进行银铜焊接，只是发热件内部通常要通水冷却。
另一个应用涡流的实例是，发电机转子外表的阻尼绕组，就是利用涡流来减小转子在转动中的振荡。
2.1.4解决办法：为了减小涡流损耗，电机、变压器等设备中的铁芯，广泛采用表面涂有薄层绝缘漆或绝缘氧化物的薄硅钢片，错位叠压制成铁芯，这样涡流被限制在狭窄的薄片之内，薄片中的净电动势较小，回路的长度较大，回路电阻很大，硅钢片的电阻率大（硅钢的涡流损失只有普通钢的1/5到1/4），使得涡流大为减弱。
2.1.5 磁滞损耗：是铁磁体在反复磁化过程中因磁滞现象而消耗的能量。
磁滞：铁磁材料的磁性状态变化时，磁化强度滞后于磁场强度，它的磁通密度B与磁场强度H之间呈现磁滞回线关系。经过一次循环，每单位体积铁芯中的磁滞损耗正比于磁滞回线的面积。
磁滞损耗的计算公式：
W=K1*Bmη*f
式中：K1为取决于材料性质及其它有关因素的常数；
Bm为磁滞回线上磁感应强度的最大值；
η为施泰因梅茨系数，许多种材料的系数约为1.6（其它材料的η值约在1.5--2.5之间，可以查表得知）；
f为工作频率。
这部分能量转化成热能,使得设备升温，效率降低，是电气设备中铁损的组成部分。
2.1.6解决办法：软磁材料的磁滞回线狭窄，其磁滞损耗相对较小，硅钢片因此广泛应用于电机、变压器、继电器等电气设备中。
2.1.7根据计算经验，磁滞损耗数值是涡流损耗数值的1.5--2倍，且跟金属材料是否接地无关。
综上所述，涡流与磁滞现一
将三号变压器低压侧三相穿墙处支撑铁件分割开，使之不能形成回路。
接地，只能将电流导入大地，磁能不能导入大地。
2.2.2 七号变低压侧管母伸缩节固定铁圈改造方案简介：
将铁圈更换成不锈钢的圈，红外复测不再发热。原因是不锈钢材料的磁导率较低。所以涡流与磁滞损耗较小。
2.2.3 七号变上下钟罩的连接螺丝、连接铁片发热。
此处有较大的漏磁通。曾经发热严重，烧断过一个连接铁片，更换了连接铁片，紧固了所有连接螺丝，发热得到较好的改善。
2.3 其它改造方案探讨
2.3.1 更换材料。比如换成铜质材料，不锈钢材料等等。支撑强度要求不大时，还能考虑用环氧板等绝缘材料。
3 结束语
在发电厂等电力系统中，不可避免要使用带大电流的导体，既要考虑导体与地之间的绝缘配合问题，也要尽量减少涡流、磁滞等无用的能量损耗，提高安全系数与发电效益。
论文作者:江栋才
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
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