渦流效應在勵磁系統(tǒng)中產(chǎn)生的影響及解決辦法

劉志剛 王 芳

（哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

1 渦流效應的定義及應用

渦流效應的定義為：閉合鐵芯（或一大塊導體）處于交變磁場中，交變的磁通量使得閉合的鐵芯（或一大塊導體）中產(chǎn)生感應電流，形成渦電流。

假如鐵芯（或導體）是純鐵（純金屬）的，則由于電阻很小，產(chǎn)生的渦電流很大，電流的熱效應可以使得鐵（或金屬）的溫度達到很高，甚至達到鐵（或金屬）達到熔點，使得金屬熔化。

在日常生活中，電磁爐采用了磁場感應渦流加熱的原理，它利用交變電通過線圈產(chǎn)生交變磁場，當磁場內(nèi)的磁感應線傳到鐵質鍋的底部時，即會產(chǎn)生無數(shù)強大的小渦流，使得鍋本身自行迅速發(fā)熱，然后加熱中的食物。

2 勵磁系統(tǒng)中容易產(chǎn)生渦電流的位置

發(fā)電機勵磁系統(tǒng)，其主要作用是為發(fā)電機提供勵磁電流，在屏柜中布置大量的母線，其中，在交流母線周圍，如果有形成閉環(huán)的金屬框架（金屬結構），在金屬框架（金屬結構）上就很容易產(chǎn)生渦電流。

3 渦電流發(fā)熱造成的危害

一般來說，在勵磁屏柜內(nèi)，金屬框架上多數(shù)用于固定元器件，其中有很多元件的材料不具有耐高溫特性，如果遇到高溫，容易縮短元件的壽命或者造成元件損壞，進而引起整個的設備出現(xiàn)故障，甚至火災等極端惡劣情況。

現(xiàn)舉例說明渦電流造成金屬框架發(fā)熱而產(chǎn)生的不良影響，某600MW電廠，勵磁系統(tǒng)采用靜止勵磁方式，額定勵磁電流為4128A，換算成交流側電流約為3705A。在例行檢修時，發(fā)現(xiàn)在交流進線柜中，部分固定在金屬框架上的線槽發(fā)生燒損情況，部分CT的二次接線發(fā)生外部絕緣層燒損，發(fā)黑的情況，如圖1所示。

從圖1中看出，膠帶發(fā)生脫落，框架上有二次線由于發(fā)熱表面熔化留下的痕跡。從圖2中看出，行線槽由于受熱，已經(jīng)發(fā)生變形，里面導線外表面也有不同程度的損傷。

如果現(xiàn)場沒有按期檢修，或者機組在運行過程中CT二次線由于導線熔斷，造成CT二次側造成開路，那么引起的后果是非常嚴重。

經(jīng)過現(xiàn)場勘測，發(fā)現(xiàn)該柜中發(fā)熱的橫梁穿過A相和B相之間，同金屬框架的橫梁在交流母排周圍形成了一個閉環(huán)回路，當電流通過交流母排時，在形成閉合回路的金屬橫梁上產(chǎn)生了渦電流，金屬橫梁由于渦電流產(chǎn)生了熱量，隨著大電流持續(xù)的時間長，熱量不斷增加，使得固定在金屬橫梁上的導線及行線槽受熱損壞，因此可以判定，渦流效應為此種情況產(chǎn)生的主要原因。

4 對于“渦流效應的”解決辦法

對于交流母排產(chǎn)生渦電流的處理，首先，應該避免在交流三相之間有金屬橫梁穿過，使得該橫梁同其他金屬橫梁形成閉合回路，從而由于電磁感應而在金屬橫梁內(nèi)形成渦電流。其次，如果由于結構設計原因，無法避免在交流相間穿過橫梁，則應該將容易形成回路的結構部分進行處理，將其中的材料換成導磁性能不強的材料，例如不銹鋼，使得閉合的導電回路中斷，這樣就不會形成渦電流回路。上面出現(xiàn)問題的設備，處理方案就是將發(fā)熱的金屬材料橫梁部分換成不銹鋼材質的橫梁，更換完畢后，經(jīng)過一段時間的運行，金屬橫梁發(fā)熱情況不再出現(xiàn)，該問題得已解決。

圖1

圖2

結語

隨著發(fā)電機組容量日益增加，渦電流產(chǎn)生的影響在設備運行中越來越明顯，在系統(tǒng)設計中應格外注意此類影響，避免由于渦流效應在設備上產(chǎn)生渦電流，以至于造成不可預計的嚴重后果。

[1]馬超，褚旭，李燁，等.磁共振成像中渦流效應的仿真[J].清華大學學報：自然科學版，2007（47）：457-461.