涡流效应在励磁系统中产生的影响及解决办法

刘志刚 王 芳

（哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150040）

1 涡流效应的定义及应用

涡流效应的定义为：闭合铁芯（或一大块导体）处于交变磁场中，交变的磁通量使得闭合的铁芯（或一大块导体）中产生感应电流，形成涡电流。

假如铁芯（或导体）是纯铁（纯金属）的，则由于电阻很小，产生的涡电流很大，电流的热效应可以使得铁（或金属）的温度达到很高，甚至达到铁（或金属）达到熔点，使得金属熔化。

在日常生活中，电磁炉采用了磁场感应涡流加热的原理，它利用交变电通过线圈产生交变磁场，当磁场内的磁感应线传到铁质锅的底部时，即会产生无数强大的小涡流，使得锅本身自行迅速发热，然后加热中的食物。

2 励磁系统中容易产生涡电流的位置

发电机励磁系统，其主要作用是为发电机提供励磁电流，在屏柜中布置大量的母线，其中，在交流母线周围，如果有形成闭环的金属框架（金属结构），在金属框架（金属结构）上就很容易产生涡电流。

3 涡电流发热造成的危害

一般来说，在励磁屏柜内，金属框架上多数用于固定元器件，其中有很多元件的材料不具有耐高温特性，如果遇到高温，容易缩短元件的寿命或者造成元件损坏，进而引起整个的设备出现故障，甚至火灾等极端恶劣情况。

现举例说明涡电流造成金属框架发热而产生的不良影响，某600MW电厂，励磁系统采用静止励磁方式，额定励磁电流为4128A，换算成交流侧电流约为3705A。在例行检修时，发现在交流进线柜中，部分固定在金属框架上的线槽发生烧损情况，部分CT的二次接线发生外部绝缘层烧损，发黑的情况，如图1所示。

从图1中看出，胶带发生脱落，框架上有二次线由于发热表面熔化留下的痕迹。从图2中看出，行线槽由于受热，已经发生变形，里面导线外表面也有不同程度的损伤。

如果现场没有按期检修，或者机组在运行过程中CT二次线由于导线熔断，造成CT二次侧造成开路，那么引起的后果是非常严重。

经过现场勘测，发现该柜中发热的横梁穿过A相和B相之间，同金属框架的横梁在交流母排周围形成了一个闭环回路，当电流通过交流母排时，在形成闭合回路的金属横梁上产生了涡电流，金属横梁由于涡电流产生了热量，随着大电流持续的时间长，热量不断增加，使得固定在金属横梁上的导线及行线槽受热损坏，因此可以判定，涡流效应为此种情况产生的主要原因。

4 对于“涡流效应的”解决办法

对于交流母排产生涡电流的处理，首先，应该避免在交流三相之间有金属横梁穿过，使得该横梁同其他金属横梁形成闭合回路，从而由于电磁感应而在金属横梁内形成涡电流。其次，如果由于结构设计原因，无法避免在交流相间穿过横梁，则应该将容易形成回路的结构部分进行处理，将其中的材料换成导磁性能不强的材料，例如不锈钢，使得闭合的导电回路中断，这样就不会形成涡电流回路。上面出现问题的设备，处理方案就是将发热的金属材料横梁部分换成不锈钢材质的横梁，更换完毕后，经过一段时间的运行，金属横梁发热情况不再出现，该问题得已解决。

图1

图2

结语

随着发电机组容量日益增加，涡电流产生的影响在设备运行中越来越明显，在系统设计中应格外注意此类影响，避免由于涡流效应在设备上产生涡电流，以至于造成不可预计的严重后果。

[1]马超，褚旭，李烨，等.磁共振成像中涡流效应的仿真[J].清华大学学报：自然科学版，2007（47）：457-461.