摘 要：渦流損耗在很多電氣設備中都存在，這對電力系統設備的安全穩定運行危害極大，它不僅會引起該設備額外的功率損耗，還會使設備的溫度升高，降低設備的使用壽命。更嚴重的是毀壞設備的絕緣，容易造成相關聯設備損壞，引發嚴重的故障，造成大規模停電等惡性事故。對渦流造成的串聯電抗器接地極發熱故障進行瞭研究，並提出瞭避免電氣設備出現渦流的方法。

爲瞭減小短路電流提高短路時的母線殘壓，濟南供電公司（以下簡稱“我公司”）某110kV變電站的3台主變10kV進線均採用瞭串入限流電抗器的相同設計，該設計還包含爲三相的電抗器表面加裝環形接地極。然而，在2010年該變電站所屬負荷增大較多的情況下，發生瞭影響系統正常運行的環形接地極發熱故障，其中負荷較重的1号主變的接地極三相溫度達到瞭200度，其他幾台電抗器接地極的溫度也較高，嚴重地危害瞭電網的安全穩定運行，三台主變被迫輪流停電，對電抗器接地極進行消缺。分析該故障的特點得知，該故障是由於電氣設備渦流造成的電抗器接地極發熱，在變電檢修工區将接地極截斷成多段並送電後沒有再發生此類故障。

一、渦(wō)流的原理

如圖1所示，在一根長方體導體外面繞上線圈，並(bìng)讓線圈通入交變電流，那麽線圈就産生交變磁場。由於(yú)線圈中間的導體在圓周方向可以等效成一圈圈的閉合電路，閉合電路中的磁通量在不斷發生改變，所以在導體的圓周方向會産生感應電動勢和感應電流，電流的方向沿導體的圓周方向轉圈，就像一圈圈的漩渦，如圖中的橢圓所示，所以這種在整塊導體内部發生電磁感應而産生感應電流的現象稱爲渦流現象。導體的外周長越長，交變磁場的頻率越高，渦流就越大
。導體内部的渦流也會産生熱量，如果導體的電阻率小，則渦流很強，産生的熱量就很大。

大塊的導體在磁場中運動或處在變化的磁場中，都要産生感應電動勢，形成渦流，引起較大的渦流損耗
。爲減少渦流損耗，交流電機、電器中廣泛採(cǎi)用表面塗有薄層絕緣漆或絕緣的氧化物的薄矽鋼片疊壓制成的鐵心，這樣渦流被限制在狹窄的薄片之内，磁通穿過薄片的狹窄截面時
，這些回路中的熱電動勢較小，回路的長度較大，回路的制動電阻很大，渦流大爲減弱。再者，由於(yú)這種薄片材料的制動電阻率大（矽鋼的渦流損失隻有隻有普通鋼的1/5至1/4），從而使渦流損失大大降低。

另一方面，利用渦流作用可以制作成一些感應加熱的設備(bèi)，或用以減少運動部件振蕩的阻尼器件等。如常見的電磁爐就是採(cǎi)用渦流感應加熱原理，其内部通過電子線路闆組成部分産生交變磁場
，當将含鐵質鍋具底部放在爐面上時，鍋具即切割交變磁力線而在鍋具底部金屬部分産生渦流
，使鍋具鐵分子高速無規則運動，分子互相碰撞、摩擦而産生熱能，用來加熱和烹饪食物，從而達到煮食的目的。

二、渦流引起接地極(jí)發(fā)熱的分析

1.渦流引起的接地極(jí)發(fā)熱計算

渦流損耗在很多電氣設備中都存在，這對電力系統設備的安全穩定運行危害極大，它不僅會引起該設備的額外功率損耗，還會使設備的溫度升高，降低設備的使用壽命。更嚴重的是毀壞設備的絕緣，容易損壞相關聯設備，引發嚴重的故障，造成大規模停電等惡性事故，並對電網企業造成不利的社會輿論。該串聯電抗器的設計方案如圖2所示，在該設計中，串聯電抗器呈向下放置，而外表的環形接地極則與地面平行布置
。

根據電磁定律分析該電抗器及接地極的磁場，任意時刻，流過該電抗器的電流爲I，将該電抗器看做一個螺旋線圈，則由該電流通過電抗器所産生的磁場在螺旋線圈内部分布均勻，設其磁通量爲φ，則有：

同時：φ=LI，由於環形接地極距離電抗器非常近，而且環形接地極形狀的大小與電抗器也相同，那麽可以近似地認爲環形接地極内的磁感應強度和電抗器内部是相同的，且環形接地極鋼筋的直徑相對環形接地極的直徑非常小。假設通過環形接地極的磁通量爲φ1，則此磁通量在環行接地極中産生的感應電動勢大小爲E，則：

代入數值可以計算得出，發熱功率約爲312W。這個功率還是很大的，尤其是在電抗器室的封閉空間内，熱量難以散

去，會(huì)造成接地鋼(gāng)筋的溫度急劇上升。

變化的磁場在封閉的環中形成瞭(le)交變電流，引發瞭(le)接地極的發熱故障。在将環形接地極切斷成幾段後，磁場不能在幾段不連續的弧形鋼筋中形成環形電流，因此接地極的發熱故障也就迎刃而解。從電網系統内運行的情況來看，其他供電公司的設備(bèi)也不同程度地出現過渦流造成的設備(bèi)發熱現象，例如：低壓大電流母線框緊固螺栓的渦流發熱問題、[1]穿牆套管發熱事故、[2]主變6kV套管渦流發熱故障。[3]

2.降低渦流引起的發(fā)熱(rè)方法

在低壓大電流流過的導體附近會形成強磁場，處於(yú)導體周圍的封閉(bì)導電材料均會造成不同程度的渦流現象，從分析中可以看出，減小這些渦流影響的方法主要有以下幾種。

（1）改變(biàn)封閉(bì)導電材料的形狀，将封閉(bì)導體變(biàn)爲存在間隙的導體，例如變(biàn)壓器的勵磁矽鋼片。

（2）改變(biàn)封閉(bì)導電材料的放置位置，使通過封閉(bì)導體的磁通量減小，使其不能形成較強的渦流。

（3）更換封閉(bì)導電材料，使用較大制動電阻率的材料，使大電流導體形成的磁場(chǎng)對封閉(bì)導電材料的影響減弱。

三、結 論

渦流造成的導體發熱故障往往會影響設備(bèi)的正常運行，對電網的穩定安全造成嚴重影響，電網企業應當在設備(bèi)的設計、選材、安裝、調試、運行中避免此類故障的發生。同時在出現由渦流引起的發熱故障後，應盡早正確(què)地處理，保證供電的可靠性。

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