淺析110kV GIS 變電站中電磁感應(yīng)現(xiàn)象應(yīng)注意的問題

陳 煒 婁方旭 付 航 龐星宇 楊澤民 鄧 海

（貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司貴陽供電局）

0 引言

1831 年法拉第向皇家學(xué)會提交的一個報告中把閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中作切割磁感線運(yùn)動，導(dǎo)體中就會產(chǎn)生電流的現(xiàn)象定名為“電磁感應(yīng)現(xiàn)象”；并概括可以產(chǎn)生感應(yīng)電流的五種類型：變化的電流、變化的磁場、運(yùn)動的恒定電流、運(yùn)動的磁鐵、在磁場中運(yùn)動的導(dǎo)體。1851 年法國物理學(xué)家萊昂·傅科發(fā)現(xiàn)一個移動的磁場與金屬導(dǎo)體相交，或是由移動的金屬導(dǎo)體與磁場垂直交會，會在金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生電流，這種電流叫“渦流”；對應(yīng)的磁場變化越快，感應(yīng)電動勢就越大，渦流就越強(qiáng)。

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對電力需求的不斷增加，新建電網(wǎng)的規(guī)模逐漸擴(kuò)大，對網(wǎng)架安全穩(wěn)定性的要求越來越高；在已建的110kV GIS 變電站中發(fā)現(xiàn)部分存在10kV 電容器組正上方布置二次設(shè)備保護(hù)室情況，保護(hù)室電纜溝存在二次接地網(wǎng)，由于10kV 電器組在運(yùn)行中的電流存在變化，會在10kV 電器組周圍產(chǎn)生變化的磁場，導(dǎo)致二次接地網(wǎng)在磁場中做切割運(yùn)動產(chǎn)生感應(yīng)電流，導(dǎo)致二次接地網(wǎng)銅牌發(fā)熱，對與之相連的保護(hù)設(shè)備接地線產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響保護(hù)設(shè)備的正常運(yùn)行。為消除電磁感應(yīng)對110kV GIS 變電站運(yùn)行的影響，提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性，通過案例分析原因，為已建及新建110kV GIS 變電站提出幾點防范措施以供參考。

1 貴州××供電局110kV ××變電站二次接地網(wǎng)銅牌發(fā)熱案例

1.1 問題發(fā)現(xiàn)

2022 年7 月，貴州×× 供電局在110kV ××變電站新上站域化保護(hù)項目驗收過程中，對保護(hù)室電纜溝光纜的絕緣及封堵進(jìn)行檢查時，發(fā)現(xiàn)二次接地網(wǎng)銅牌存在發(fā)熱現(xiàn)象，發(fā)熱附近的光纜外層絕緣受損。

1.2 運(yùn)行危害

如果二次接地網(wǎng)長期處于發(fā)熱狀態(tài)，可能會造成保護(hù)設(shè)備實時采樣數(shù)據(jù)波動，對于數(shù)字化變電站緊靠接地網(wǎng)的線纜盒若發(fā)熱，會造成線纜盒內(nèi)二次光纜損壞，存在誤動的風(fēng)險，甚至引發(fā)火災(zāi)事故。

1.3 處理過程

通過對接地網(wǎng)進(jìn)行檢測，發(fā)熱溫度高達(dá)70℃，二次接地線有0.03A 的電流。斷開二次接地線，發(fā)現(xiàn)上述發(fā)熱現(xiàn)象依然存在，故排除是二次設(shè)備裝置電流引起發(fā)熱。

經(jīng)過多次現(xiàn)場測試分析，結(jié)合變電站樓層結(jié)構(gòu)分布發(fā)現(xiàn)，主控室正下方（樓下）是10kV 電容器組，如下圖所示。

圖 變電站內(nèi)保護(hù)室與10kV 電容器組布置圖

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，在電容器組運(yùn)行中電流發(fā)生變化時，電容器組會產(chǎn)生電磁場，穿過二次接地網(wǎng)，二次接地網(wǎng)形成感應(yīng)電流，導(dǎo)致二次接地網(wǎng)銅牌發(fā)熱。為驗證這個判斷，退出一組電容器組，二次接地網(wǎng)銅牌溫度降到60℃，二次接地線電流降到0.02A，繼續(xù)退出第二、三組電容器，二次接地網(wǎng)銅牌發(fā)熱現(xiàn)象消失，測試接地線已無電流；逐一恢復(fù)電容器組運(yùn)行后，二次接地網(wǎng)銅牌再次發(fā)熱，溫度逐漸升高，二次接地線電流逐漸增大。

綜上分析，可得出二次接地網(wǎng)銅牌發(fā)熱的原因是電容器組正常運(yùn)行時，由于本身電流的變化會在正上方產(chǎn)生變化的磁場，使二次接地網(wǎng)在磁場中做切割運(yùn)動產(chǎn)生感應(yīng)電流引起銅牌發(fā)熱；二次接地線有電流是由于二次接地網(wǎng)中變化的電流產(chǎn)生新的磁場，二次接地線接到二次接地網(wǎng)上，形成了相交，發(fā)生渦流現(xiàn)象，在二次接地線上產(chǎn)生渦流電流。

1.4 處理措施

在10kV 電容器組上方加裝隔磁材料。

2 貢獻(xiàn)成果

1）避免全站二次接地網(wǎng)發(fā)熱，導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行異常，甚至引發(fā)火災(zāi)事故的風(fēng)險；

2）避免變電站大面積改造，節(jié)約技改近百萬的資金投入；

3）給電網(wǎng)110kV GIS 變電站設(shè)計提供了參考意見，便于相應(yīng)規(guī)范的修編；

4）這是貴州區(qū)域110kV 變電站首次發(fā)現(xiàn)，為變電運(yùn)維提供了參考手段，極大地保證了變電設(shè)備的可靠運(yùn)行。

3 結(jié)束語

本文通過對貴州××供電局110kV ××變電站二次接地網(wǎng)銅牌發(fā)熱案例原因進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)一次設(shè)備10kV 電容器組與保護(hù)室布局上，存在間隔距離不足，無隔磁材料，不能消除電磁感應(yīng)現(xiàn)象對設(shè)備運(yùn)行帶來的運(yùn)行風(fēng)險，為保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，解決變電站中電磁感應(yīng)帶來的運(yùn)行影響，提出以下幾點建議以供參考。

3.1 運(yùn)行站

1）在10kV 電容器組上方加裝隔磁材料；

2）10kV 電容器組改造時，可使用占地面積更小的電容器組。

3.2 新建站

1）在設(shè)備布局設(shè)計上避免保護(hù)室正下方安裝電容器組；

2）由于地域影響設(shè)備布局不滿足安裝要求的，可經(jīng)過相應(yīng)專家對該站電容器組產(chǎn)生磁場的影響范圍測試后，在基建環(huán)節(jié)適當(dāng)增加樓層間距；

3）在項目招標(biāo)時優(yōu)先使用占地面積較小的電容器組。