摘要：发电机交流励磁电缆运行温度高是许多电厂都曾发生的问题，本文以某两个电厂发电机交流励磁电缆运行温度高的事例为引子，从电缆的发热与散热两方面切入，从电缆运行条件下的阻抗、励磁整流回路的谐波电流以及电缆散热等方面分析了交流励磁电缆运行温度高的原因，并给出预防措施，以供类似问题的处理和预防提供参考。
关键词：发电机；励磁；电缆；温度高
1 某两个电厂励磁电缆运行温度高及其处理情况简介
A电厂单机容量778MVA，额定励磁电流为3760A，交流侧励磁电缆每相（A、B、C三相）8根，电缆型号为F46G-0.6/1kV 1*185，原敷设方式为扁平形敷设、相邻间距等于电缆外径、三相电缆随机排列。机组运行期间，发现交流侧励磁电缆桥架振动，且桥架和电缆有发热迹象，使用红外测温仪测得电缆桥架局部最高温度为110℃、电缆表面局部最高温度为78℃。停机后检查发现多处电缆外护套鼓包、脆裂、脱落等。之后对外护套破损较严重的电缆进行更换，对破损不严重的电缆进行局部绝缘包扎，并改变电缆排布方式，按“品”字布置。处理后，桥架和电缆振动及发热问题得到了很好的改善。
B电厂单机容量722MVA，额定励磁电流为3007A，交流侧励磁电缆每相8根，电缆型号为YJV-185/1kV，原敷设方式为扁平形敷设、相邻间距等于电缆外径、三相电缆随机排列。机组运行期间，主变重瓦斯保护动作、事故停机，机组甩有功负荷559.65MW。检查发现：该主变重瓦斯保护信号电缆与交流励磁电缆混杂穿过同一墙洞，墙洞内电缆布置紧密、运行温度很高（测得最高温度为88℃），导致该电缆绝缘老化破损、线芯短路并造成重瓦斯保护误动作。之后对损伤的电缆进行绝缘包扎或更换，对励磁电缆及二次电缆进行物理隔离，并将励磁电缆按“品”字形布置。处理后，电缆发热问题得到了很好的改善。
2 交流励磁电缆运行温度高的原因分析
2.1 电缆的发热量过大
2.1.1 电流分配不均，导致部分电缆过流
在交流系统中，电缆的阻抗主要由交流电阻、感抗及容抗三部分组成，并且它们的值都不是固定的。由于受集肤效应和邻近效应的影响，电缆的有效载流面减小，电缆的交流电阻会小于直流电阻，并且每根电缆所处的位置不同，邻近效应的影响也不同，它们表现出来的交流电阻就会不同。对于感抗和容抗来说，它跟电缆的直径、相邻电缆的距离及相别、桥架的材质、电缆到桥架及周围导体的距离等都有关系，每根电缆所处的位置不同，它们的感抗和容抗也会不同。综合起来，虽然各并联电缆的直流电阻相等，但它们的交流阻抗是不太可能相等的。这就导致了交流回路中并联运行的每一根电缆流过的电流都是不相等的，甚至会差别很大，很容易造成部分电缆过流，自然就会造成电缆过热。
2.1.2 谐波电流较大，造成电缆过流
由于整流回路内开关元件有规律的开通与关断，就会在回路中产生一定的高次谐波。对于励磁系统中的三相全控桥整流电路而言，励磁变低压侧回路会含有若干6N±1次谐波，而且n次谐波电流的有效值将到达0.78/n倍。由于谐波电流本身幅值较大，再加上其频率越高、集肤效应和邻近效应就越明显，就会进一步加重了励磁电缆的过电流。但是在进行电缆的选择计算时，人们往往未虑及谐波电流，而只按照额定励磁电流来计算选择电缆的截面和并联根数。
2.2 电缆的散热条件较差
电缆的散热方式主要有对流散热、辐射散热、传导散热等。对流散热是借助空气的不断流动而将电缆的热量传递到空气中，散热量与电缆及其周围环境之间的温度差、电缆有效散热面积、空气流动速度有关。辐射散热是电缆将其热量以热射线的形式散发给周围温度较低的物体，散热量与周围环境温度、有效散热面积有关。传导散热是指电缆将其热量直接传给与之接触的温度较低物体，散热量取决于与接触物体之间的温差、接触面积以及与之接触的物体的导热性能。所以，电缆运行环境温度过高、电缆敷设密度过大、电缆孔洞防火封堵、空气流动不畅、电缆桥架导热性不好等都会导致电缆散热不良，进而引起电缆温度升高。
3 交流励磁电缆运行温度高的预防措施
通过上述原因分析可知，要降低交流励磁电缆的运行温度，可以从以下几个方向入手。
3.1 改进电缆的敷设方式，使各条电缆的交流阻抗尽量接近
对于多条并联运行而且载流量较大的电缆，敷设时应该按照一定的规律进行排列，让整个电缆敷设通道横截面内各相电缆的空间分布尽量均匀，以使空间中的电磁场分布得比较均匀，这样就可以使各条电缆的阻抗比较接近，从而使电流分配得较为平均。
参考文献[5]中第29.6条规定：“当截面积大于或等于185mm2 的单芯电缆组成三相电路时，为使相当长线路的阻抗平衡，应在不超过15m的间隔内将各相电缆换位一次，或将电缆按品字形排列。”第29.7条给出了每相二至六根电缆并联时的排列方式建议，如表1所示。
表1 每相二至六根电缆并联时的排列方式
另外，根据参考文献[1]的论述，按照如图1所示的品字形布置时，效果也较好。
图1 正反品字形布置
3.2 计及谐波电流，准确计算交流励磁电缆载流量
若系统中未装配滤波装置时，整流回路中的谐波电流是不能忽略的，必须适当增加并联电缆数量，以保证各电缆不会因为流过谐波电流而过流。谐波电流含量计算如下：
式中，Id为整流后的直流电流；I’为高次谐波电流之和；x和n为正整数，理论上n可趋于无穷大。
当n取2时，谐波电流之和即可到达直流电流的40%。所以，在计及谐波电流时，交流励磁电缆的选择计算至少应该按照额定励磁电流的1.1×1.4=1.54倍进行计算。只按励磁系统可长期运行的电流，即1.1倍额定励磁电流计算是不准确的。
3.3 科学选择不同敷设方式下的载流量校正系数
参考文献[4]中附表D.0.6对电缆载流量的校正系数有如表2所示规定。
表2 电缆桥架上无间隔配置多层并列电缆载流量的校正系数
3.4 改善电缆的散热条件
（1）要维持电缆周围环境温度在较低水平。
（2）将动力电缆和控制电缆分开敷设，并尽量较小电缆的敷设密度。
（3）在满足防火及防鼠要求的前提下，尽量减少电缆穿墙孔洞的封堵或选用适当的封堵材料。
（4）选用导热性好、透气性好，且不导磁的电缆桥架。
（5）保证电缆周围空气流动顺畅，必要时装设风机进行强迫通风。
参考文献：
[1] 杨耀武.单芯并联大电流电缆发热异常原因及处理. 水电与新能源. 2013年增刊，总第112期.
[2] 唐信，刘卫东，张欢，何青连. 并联交流电缆异常发热情况分析. 大众用电. 2010年第9期.
[3] 柴进爱，梁永春，李彦明. 三相电缆并联导体间电流分布的研究. 电力设备. 2007年第8卷第9期.
[4] 电力工程电缆设计规范.GB 50217-2007.
[5] 船舶低压电力系统电缆的选择和敷设.GB/T 13029.1-1991.
论文作者:闫继杰,谭尚仁,曾令龙
论文发表刊物:《电力设备》2018年第1期
论文发表时间:2018/6/5
标签：电缆论文; 电流论文; 励磁论文; 谐波论文; 温度论文; 阻抗论文; 回路论文; 《电力设备》2018年第1期论文;