核電站電纜橋架異常發(fā)熱原因分析及改進(jìn)措施

羅鎮(zhèn)城，賴澤彬，林紹斌，張水龍，王一凡

（中核國(guó)電漳州能源有限公司，福建漳州 363000）

0 引言

基于跟蹤及處理某核電廠進(jìn)線電纜橋架溫度異常升高，并結(jié)合工程實(shí)例應(yīng)用對(duì)渦流損耗進(jìn)行研究，希望由此減少核電廠電纜橋架布置不合理的情況，在安裝設(shè)計(jì)階段規(guī)范電纜的布置。

1 電纜橋架異常發(fā)熱

運(yùn)行人員在現(xiàn)場(chǎng)精細(xì)化巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)LGD（核島交流配電系統(tǒng)）母線進(jìn)線匯集處A 相與B、C 相之間控制電纜和低壓電纜橋架盒溫度異常，電纜橋架表面最高溫度顯示72.5 ℃，正常溫度為40 ℃左右，且電纜與橋架貼合處有明顯的熔化變形的跡象，橋架附近有明顯的振動(dòng)聲音。圖1 為高壓電纜進(jìn)線情況。

圖1 高壓電纜進(jìn)線

若情況持續(xù)惡化，電纜完全被熔化，則會(huì)導(dǎo)致廠變A 的LGD進(jìn)線電纜B 相接地，廠變A 跳閘，主泵停運(yùn)，造成停機(jī)停堆。

對(duì)該現(xiàn)象進(jìn)線原因分析，是由于在安裝階段，將電纜橋架從進(jìn)線電纜的相間穿過，由于的廠變A 的進(jìn)線電纜LGD 的電流較大，相間產(chǎn)生較強(qiáng)的交變磁場(chǎng)，金屬的電纜橋架穿過LGD進(jìn)線電纜相間的不均勻電磁場(chǎng)，渦流在金屬的電纜橋架上產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致電纜橋架溫度異常升高（圖2）。

圖2 電纜橋架溫度異常升高

金屬電纜橋架發(fā)熱的原因分析如下：

三相進(jìn)線電纜的相間存在較強(qiáng)的交變磁場(chǎng)，任意回路所包圍面積的磁通量都在變化，其內(nèi)部會(huì)感應(yīng)出電流，感應(yīng)電流在金屬電纜橋架中形成閉合的回路，由于其流動(dòng)的形狀呈渦旋，故稱其為渦流，由于金屬電纜橋架的電阻非常小，且相間的交變磁場(chǎng)很強(qiáng)，因此渦流會(huì)非常強(qiáng)，使得電纜橋架發(fā)熱嚴(yán)重。

任意時(shí)刻三相電流總有一相與其他兩相的方向不同，假設(shè)某一時(shí)刻A 相與B 相、C 相的電流方向不同，該時(shí)刻三相電流的方向如圖3 所示，則三相電流及其產(chǎn)生磁場(chǎng)的方向同圖3。而金屬電纜橋架處于LGD 的A 相與B 相之間，該時(shí)刻此處的磁感應(yīng)強(qiáng)度最大，故感應(yīng)電流在金屬電纜橋架產(chǎn)生的渦流最大。而三相進(jìn)線電纜電流的方向隨時(shí)都在變化，故位于進(jìn)線電纜相間的金屬電纜橋架的渦流發(fā)熱最為嚴(yán)重。為了驗(yàn)證是進(jìn)線電纜相間的不均勻電磁場(chǎng)導(dǎo)致渦流在金屬橋架產(chǎn)生熱，將拆下的金屬板穿入電纜的相間，經(jīng)過3 min 明顯發(fā)現(xiàn)在同一塊金屬板置于相間的那側(cè)的溫度明顯很高，高于位于三相之外金屬板的另一側(cè)，驗(yàn)證了由于相間的不均勻電磁場(chǎng)，產(chǎn)生的渦流導(dǎo)致金屬電纜橋架發(fā)熱。

圖3 三相電流及磁場(chǎng)方向

此外，若電纜過負(fù)荷運(yùn)行，經(jīng)過大電流會(huì)使電纜發(fā)熱，在電纜比較密集的地區(qū)、電纜溝及隧道通風(fēng)不良處，高壓電纜依托在電纜橋架上，也會(huì)因電纜本身發(fā)熱，經(jīng)過熱傳遞將熱量傳遞給金屬電纜橋架，導(dǎo)致電纜橋架溫度異常升高。

2 減少渦流損耗的措施

2.1 增大進(jìn)線電纜與金屬電纜橋架間的距離

通過加大進(jìn)線電纜與金屬電纜橋架間的距離，在一定程度上使感應(yīng)在金屬電纜橋架的磁場(chǎng)強(qiáng)度減弱，進(jìn)而降低感應(yīng)電流在金屬電纜橋架上產(chǎn)生的渦流損耗，降低金屬電纜橋架的發(fā)熱。

2.2 使用電阻率大的金屬電纜橋架材料

對(duì)電纜橋架使用的材料進(jìn)行選擇，應(yīng)該優(yōu)先選擇電阻率偏大的材料，即可使電纜橋架上的回路電阻增大，使感應(yīng)電流的大小有所降低，有效降低金屬電纜橋架上的溫度。

2.3 切斷鐵磁回路

在實(shí)際工程的應(yīng)用中，常用的切斷鐵磁回路的方法是在鐵磁回路中開槽，可以在一定程度上避免渦流現(xiàn)象。但開空氣槽會(huì)降低原金屬板的強(qiáng)度，可以考慮在開槽處補(bǔ)焊磁導(dǎo)率與空氣相近或磁阻很大的非導(dǎo)磁材料。開槽寬度越大則渦流損耗就會(huì)大幅度降低，在強(qiáng)度得到有效保證的情況下，可以盡可能地增大開槽的寬度，如圖4 所示。

圖4 相間開空氣槽

3 結(jié)束語

在核電站電纜安裝設(shè)計(jì)階段，要避免電纜橋架從進(jìn)線電纜相間穿過、也要考慮金屬電纜橋架所要承載電纜的重量和金屬電纜橋架的機(jī)械強(qiáng)度，避免電纜將電纜橋架壓垮，嚴(yán)格按照電纜敷設(shè)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。實(shí)踐表明，通過增大進(jìn)線電纜與金屬板間的距離、使用電阻率大的金屬板材料、選擇磁導(dǎo)率較小、磁阻較高的材料或者不導(dǎo)磁材料，在金屬電纜橋架上開空氣槽等措施能夠有效減少渦流損耗。