长河坝4号机励磁变压器低压侧电缆发热问题探讨

王峻峰

摘 要：长河坝电厂4号机自投产以来一直存在励磁变低压侧单芯交联聚乙烯电缆运行温度过高问题，经过反复进行检验和测

试，我们有效的验证了励磁变低压侧出线电缆的温度是可以通过一定手段进行温度改善的。在解决问题的同时，为保障长河坝电厂励磁变低压侧单芯交联聚乙烯电缆在运行中的用电安全问题作出了一些有益的研究工作，有一定的借鉴意义。

关键词：励磁变压器；单芯交联聚乙烯电缆；温度改善；安全运行

中图分类号：TM63 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）01-0012-03

Abstract： Since the No. 4 machine of Changheba Power Plant was put into operation， there has always been the problem of excessive operating temperature of single-core cross-linked polyethylene cable with excitation transformer at low pressure side， which has been inspected and tested repeatedly. We effectively verify that the temperature of the excitation variable low-voltage side cable can be improved by certain means. At the same time， some useful research work has been done to ensure the power safety of low voltage side XLPE cable in Changheba Power Plant， which has some significance for reference.

Keywords： excitation transformer； single core XLPE cable； temperature improvement； safe operation

引言

电缆发热一直是电厂安全稳定运行的一大隐患，由于电缆发热引发的安全事故不胜枚举。而励磁变作为发电机组的重要附件，一旦励磁变压器发生故障，必然导致机组的非计划停运，给电厂造成巨大损失。本文则通过对长河坝电厂4号机励磁变压器低压侧单芯交联聚乙烯电缆温度过高问题的研究，并提出了改进方案，同时将该改进方案进行了工程实践，彻底改善了长河坝4号机励磁变压器低压侧电缆温度过高的问题。在为之后机组安全稳定运行提供可靠的保证的同时，也为电厂相同问题的解决提供了工程实例。

1 概述

长河坝电厂4号机励磁变压器采用明珠电气股份有限公司生产的型号为：ZLDGB9-1600/20/√3/0.77的户内无载调压单相双绕组自然空冷变压器，连结方式Yd11，冷却方式AN，额定容量为3×1600KVA，一次侧额定电压为20kV，二次侧额定电压为770V。励磁变压器低压侧电缆每相9根型号为YJV-185mm2的单芯交联聚乙烯电缆，低压侧额定励磁电流为3599A。自长河坝电厂4号机组投產以来，我厂设备部一次专业在点检过程中发现4号机组励磁变低压侧电缆温度一直偏高【在机组带480MW负荷（满负荷650MW），励磁电流2342A，经实地用测温枪对励磁电缆进行测温，最高温度已达86℃】，严重影响机组安全运行，经对4号机励磁变压器低压侧电缆绑扎部分进行松绑，上下两层电缆之间加设隔离措施，增加其散热条件，最高温度仍然维持在65℃运行，机组安全运行依然难以得到有效的保障。

2 励磁变压器低压侧出线电缆温度过高原因分析

为寻找电缆发热原因，我们对励磁变压器低压侧27根电缆进行编号，分别为A1～A9、B1～B9、C1～C9。并对其电流进行了测试，测试结果如表1。其中最大电流432A，最小电流79A， 最大偏差353A，电流不均衡系数达到4.46。在测量电流的过程中发现，电缆布置随意（图1）。电缆的温升与施加在电缆上的电压无关，只与通过的电流及周边环境有关，在相同的截面下，通过的电流越大，电缆的温升越高，电缆分流不均会导致部分电缆中流过的电流偏大，引起过热。同时，电缆越靠近内部部分、散热条件不好的电缆温度越高。在对电缆进行电流测量的过程中我们发现，温度最高的两根电缆恰恰就是电流最大的两根电缆。

2.1 动力电缆选择的影响

（1）我厂4号励磁变压器至励磁进线柜之间的交流电缆采用单芯交联电缆。（2）根据“GBj-50217-2007电力工程电缆设计规范”，电缆叠放方式为梯架方式、无间距、两层方式时，叠放系数为0.65，在环境温度为30℃时的环境温度系数1.09，那么单根185mm2电缆载流量：I=546×1.09×0.65=386.8（A）。（3）考虑到1.1倍额定励磁电流长期运行，交流电缆的总载流量：In=3445×0.816×1.1=3092（A）。（4）电缆根数n=In/I=7.99。（5）每相选取9根单芯185mmz电缆，总载流量 3448A，可以满足要求，且留有较大裕度。（6）我厂4号励磁变压器副边电压U2n=770Ⅴ，故交流电缆额定电压>1.2 U2n=924V即可，我们选择1000V电缆。（7）故最终型号：YJV-185mm2单芯交联电缆，额定电压：1000V。（8）数量及接线方式：每套励磁装置接27根单芯电缆，引入进线柜，接至柜内的连接铜排上。

根据计算所得值，我厂选择电缆完全能够满足励磁变低压侧电缆载流量的需求，故电缆本身材料选择不是发热的主要因素。endprint

2.2 电缆阻抗影响

2.2.1 电缆本身电阻影响。为减少电阻对分流影响，励磁变压器低压测每根电缆等长，约为31.5m，同时采用同一批次出厂电缆。现场利用回路电阻测试仪测量每根电缆直流电阻（电缆头已压接完成），经过测试，27根电缆最大电阻3.9mΩ，最小电阻3.4mΩ，可见最大偏差为1.47%，次偏差对电流影响不大，故电缆本身电阻影响非要因。

2.2.2 接触电阻影响。我们对电缆与励磁变低压侧、励磁进线柜铜排之间连接进线了检查，用扭力扳手对所有连接螺栓连接进行了整体紧固，保证了接触的均衡性。同时为减少接触电阻影响，对电缆头方向进行了统一调整，并在接触面涂抹导电膏，保证电缆头与铜排接触良好，经现场测试，电缆两端的接触电阻约在40-60μΩ之间，远远小于电缆电阻，可以忽略不计，故接触电阻亦非要因。

2.2.3 电抗X的影响。每根电缆由于敷设的位置不一样和相邻的电缆相序不一致，产生的感应电压也不相同，进而引起每根电缆的交流阻抗不相同，而且通过测试发现，这种感应电压导致的交流阻抗会因电缆敷设不一致而呈级数差别。因而我们判断长河坝电厂4号机励磁变压器低压侧电缆电流不平衡的根本原因为各根电缆电抗不同引起的，此为导致电缆发热的第一要因。

3 长河坝4号励磁变低压侧电缆发热问题解决方案探讨

由此前的分析可知，导致长河坝4号机励磁变低压侧电缆发热的根本原因为电缆因互感现象导致各电缆电抗不平衡，部分电抗较小的电缆分流较多，远大于其他电缆的载流量而导致该部分电缆发热严重。因而我们考虑通过电缆的合理布置，降低各電缆的感抗差异，改善电缆分流不均现象，进而解决电缆发热现象。

在对现场进行勘测时我们发现，励磁变压器低压侧出现铜排和励磁进线柜进线铜排每相均预留有一个电缆孔洞，可以增加敷设一根电缆，进一步减轻各电缆的分流压力。同时我们结合其他电厂的工程实践经验，我们选择将励磁变压器低压侧电缆按品字形布置，布置方式如下：A1B1C1、A2B2C2……A10B10C10分别捆绑在一起，并每隔0.5米用扎带进行捆绑，尽量保证其结合在一起。同时因为电缆拖盘的限制，我们将A1B1C1、A2B2C2……A5B5C5置于电缆托盘的第一层，A6B6C6、A7B7C7……A10B10C10置于电缆托盘第二层。具体布置情况如图2：

经过检验，在相同工况条件下，电流分布情况由79-432A的极度不平衡区间运行调整到如今的142-187A区间运行，温度由之前的最高86℃运行降低至40℃左右运行。由此我们得出结论，4号机励磁变压器低压侧电缆进行“品”字形敷设后，其发热及电流分布不均的现象得到了良好的改善。

4 结束语

经过对电缆的重新敷设和布置，4号机励磁变压器低压侧电缆温度过高的问题得到了彻底改善，同时经过后期实践观察，我们机组在满负荷（650MW）的情况下，励磁变压器低压侧电缆温度也维持在45℃左右运行，完全能够满足工况条件要求。

同时，按照此次对4号机励磁变压器低压侧电缆温度过高的处理经验，我们对接下来的3台机组（1-3号机）的励磁变压器低压侧电缆进行相应的布置更改，之后再未出现过励磁变压器低压侧电缆温度过高的现象。通过此次工程实践，再一次证明多根单芯电缆在三相回路中通过呈“品”字形布置对改善电缆电流分布是及其有效的手段。

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