励磁交流电缆异常过热的处理措施

文长生 李波

摘 要：结合鲁地拉水电站5#发电机运行中出现励磁交流电缆异常过热，绝缘层碳化的现象，分析了并联励磁交流电缆的电流分配，找出了电缆的敷设排列方式对电缆发热的影响，提出了实施方案，成功解决了电缆的异常过热问题。提出了可行的并联大电流电缆的敷设方式，以供同行参考借鉴。

关键词：励磁交流电缆；过热；电流分配；电缆敷设；排列方式

中图分类号：TM247 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）20-0131-02

Abstract： In view of the phenomenon of abnormal overheating of excitation alternating current （AC） cable and carbonization of insulation layer in the operation of generator in Ludila Hydropower Station， the current distribution of parallel excitation AC cable is analyzed， and the influence of cable laying arrangement on cable heating is found out. The implementation scheme is put forward and the problem of abnormal overheating of cable is solved successfully. A feasible laying mode of parallel high current cable is put forward for reference.

Keywords： excitation AC cable； overheating； current distribution； cable laying； arrangement mode

1 概述

鲁地拉水电站励磁系统采用国电南瑞科技股份有限公司提供制造的NES-5100自并励静止可控硅励磁系统。额定励磁电流3116A，四面FLZ-3000大功率整流柜。励磁变低压侧与励磁功率柜采用同相多根单芯电缆连接，电缆型号ZR-YJVR-1×185-0.6/1kV，每相8根，共计24根，分2层无序敷设在U型电缆槽盒内。

在对#5发电机励磁变至励磁功率柜交流电缆进行温度测量时，发现上层部分电缆运行温度已超过100℃，严重威胁机组的安全运行。#5机停机后进行检查，发现部分电缆绝缘层已出现烧焦、碳化现象。随即对其他机组也进行了检查，发现其他机组交流励磁电缆也同样存在不同程度的碳化现象。因此，必须找出造成电缆异常过热的原因，提出快速有效的实施方案，以防止过热碳化进一步恶化，造成励磁交流电缆故障，造成机组强迫停运。

2 原因分析

焦耳定律告诉我们：电流通过导体所产生的热量和导体的电阻成正比，和通过导体的电流的平方成正比，和通电时间成正比。

Q=I2Rt （1）

其中Q指热量，单位是焦耳（J），I指电流，单位是安培（A），R指电阻，单位是欧姆（Ω），t指时间，单位是秒（s）。

据焦耳定律，我们可以知道，电缆的过热与电流、电阻、散热有直接关系。对此我们开展了以下工作。

2.1 电流分配

在机组有功为298MW、无功52.1MVar保持不变的情况下，励磁变相电流输出为2160A，用钳形电流表测得每根电缆的实际载流量如表1。由于电缆在U型槽盒内无序敷设，无法比对单根电缆的电流与温度的关系，仅测得U型槽盒外壳温度为60℃，上层电缆温度在70-105℃之间。

从表1我们可以看出各相电缆总载流量基本平衡，但是同相并联的电缆载流量并不是平均分配。部分电缆载流量大，电热效应高，U型槽盒散热差，最终导致电缆异常过热。是什么原因造成敷设在同一电缆槽盒内的同厂同型号等长等截面电缆的电流分配不平衡呢？

2.2 电缆发热的原因

励磁变副边的输出电压是恒定的，从欧姆定律我们可以判断出造成电流分配不平衡的原因是电缆的交流阻抗不平衡，電缆的交流阻抗由电阻分量和电抗分量的大小决定。对于同厂同型号等长等截面的电缆交流阻抗的电阻分量是基本相同的，也就是说励磁交流电缆的阻抗基本不受交流电阻的影响，和电抗值有直接的关系。

电缆在通过交流电时，每根电缆的磁通分为两部分，即电芯内部产生自感Li和外感Lo，电缆的总电感L为自感Li与外感Lo之和。自感不受外界因素的影响，实际应用中我们可认为电缆的电感：

式中，S为线芯的中心距，r是线芯外径。

从式（2）我们可以看出，外感与电缆的布置位置有关。两根电缆间的距离越大，电缆之间的外感就越大，外感增大的结果是电缆的交流阻抗增大，在励磁变副边的输出电压恒定的情况下，该根电缆的电流减小，相反则是电流增大。

由此可见，由于电缆敷设的随意性，使同相电缆与其他相电缆距离不一致，造成电缆外感值不一致，导致同相各根并联电缆的阻抗值偏差，引起电流分配不平衡，最终引起小阻抗电缆过流发热，相邻电缆同样受此影响，从表1可以直观的看出。

另外，电缆中的交变电场产生交变磁场，交变磁场作用在U型槽盒金属上产生感应涡流，且电缆叠压在U型槽盒内散热差。长时间的热效应积累，电缆出现了劣化。

3 处理方案

为防止过热恶化，首先采取了拆除U型槽盒，电缆分两层无序敷设在支架上，增加主动散热风机。

由于电缆只要敷设完毕，阻抗参数就不会改变。因此，我们要处理电缆过热，就要改变电流分配，重新按合适的距离整理敷设电缆。

要使电缆的阻抗值相等，就要电缆在排列中与相邻相间电缆的中心距离保持相等，由于三相交流电相位上的对称性，若电缆物理位置和相位对称，即电缆排列的物理距离也对称，将可以有效的解决由于电缆之间的互感造成的各电缆之间电流不平衡。对此，我们考虑了以下电缆排列敷设方案，如图1。

方案3在电缆排列时，按相序交叉次序进行，电缆物理位置和相位对称。适合现场空间，便于施工。为提高电缆散热能力，并将槽盒改为梯架，设两层梯架，每层梯架12根电缆，两层梯架之间相隔250mm。

为此，我们在机组检修时断开功率柜及励磁变副边的连接头，更换了损坏的电缆，并将每根电缆按相编号，按方案3将电缆呈“品”字型绑扎敷设排列在梯架上。

4 效果验证

首先对5号机组按处理方案进行了方案实施，处理后在机组有功为186.4MW、无功30.4MVar保持不变的情况下，励磁变相电流输出为1880A，环境温度为35℃时，用钳形电流表测得每根电缆的实际载流量如表2，同相并联电缆的电流分配均匀，每根电缆温度与环境温度接近，电缆异常发热隐患得到消除，达到预期效果，处理方案有效，改造获得成功。

5 结束语

电站成功解决了电缆的异常过热问题，为机组的持续安全稳定运行夯实了基础。在同相多根并联大电流电缆敷设时，敷设方式对电缆阻抗值的影响较大，会引起电流分配不均匀，只有三相电缆在排列中与相邻相间电缆的中心距离保持相等，并按相序交叉次序进行，使电缆物理位置和相位保持对称，这样同相并联电缆的电流分配才会均匀，电缆就能安全运行。

参考文献：

[1]GB50217-2007.电力工程电缆设计规范[S].

[2]杨耀武.单芯并联大电流电缆发热异常原因及处理[J].水电与新能源，2013增刊（112）.