费控客户涡电流影响分析及解决方案

刘加

国网青海省电力公司西宁供电公司青海西宁810003

摘要：国网西宁供电公司在用电信息采集系统建设过程中，针对客户电缆进线进出远程费控设备产生涡电流的现象，经过理论分析、实践检验，提炼出了问题解决方案，为公司创造了经济效益和社会效益。

关键词：用电信息采集系统；远程费控；涡电流

中图分类号：C931.6 文献标识码：A

随着西宁智能用电信息化的不断深入，用电信息采集系统建设随之也进入了快速发展的阶段，为了确保五年实现用电信息采集“全覆盖、全采集，全费控”的目标，2011 年青海省电力公司对专变客户进行远程费控改造，逐步改变了传统“先用电，后缴费”的用电模式。

在远程费控改造过程中，工作人员发现客户进线进出远程费控设备安装箱产生涡电流，对费控设备、导线以及客户用电情况以及线损都产生影响。针对这个技术难题，经过反复探索研究，从理论上分析、实践中检验，提炼出了问题解决方案，对客户用电、费控设备、线损分析均起到了积极的作用，为公司创造了不可估计的经济效益和社会效益。

1．背景

加快用电信息采集系统建设是青海省电力公司重大战略部署，是支撑电能量工作信息化的基础条件，也是延伸电力市场、创新交易平台的重要依托。青海省电力公司要求西宁供电公司“力争三年，确保五年”实现电能量采集系统建设“全覆盖、全采集、全费控”的目标。

2011 年青海省电力公司以西宁供电公司作为远程费控改造试点单位，公司高度重视这项改造工作，在改造过程中，工作人员发现客户进线采用三孔分相进出远程费控设备安装箱产生涡电流，对费控设备、导线以及客户用电情况以及线损分析都产生影响。工作人员就如何规避这一现象的发生展开技术探讨、理论分析研究，提炼出了问题解决方案，即会同设备生产厂家重新设计设备安装箱，采用单孔进线法，即三相进线同时同孔进线，消除涡流，规避这种现象。

2.现象分析

工作人员经过大量的理论分析、科学计算、现场取证，最终确定了采用单孔进线法，即三相进线同时同孔进线___________，消除涡流，规避这种现象。通过查阅、现场模拟发现，当大块导体放在变化着的磁场或相对于磁场运动时，导体中会出现感应电流，由于导体内部处处可以构成回路，任意回路所包围的面积的磁通量都在变化，这种电流在导体内自行闭合形成涡旋状，故称为涡电流。原生产设备厂家的客户进线进入远程费控设备安装箱是采用三相三孔进入的，由于设备安装箱一般采用钢铁质制造，三相导线逐相穿过安装箱时会产生涡电流。涡电流的效应就是产生热量，一般情况下，会附加客户用电量，造成电能的损失，当某相导线发生故障，产生大电流时，产生的涡电流可以烧坏导线和设备安装箱。

3.实施过程

3.1.理论分析

为了了解涡流产生的原因，先从理论上分析几个特殊的例子了解涡流的特性。

3.1.1 直线部分

导线在通过电流时，周围会感应出磁场，根据毕奥- 萨伐尔定律，其中r是测试点到导线的距离； 是真空中的磁导率；I 是导线中的电流。据此可以很方便的计算导线周围磁场的大小。远程费控改造过程中遇到实际现场的客户变压器容量假定为600kVA 左右，在客户满负荷用电时，根据电流的计算公式可以算出电流的大小为，其最大值是1281A，做正弦周期震荡。长直导线周围的磁场可以近似为仅与电流和距离导线的距离有关，得出计算结果：导线周围的磁场与距离的关系从图中可以看到，导线周围的磁场与距离成反比，在10cm 的距离上，磁场强度为2.5mT，做频率为50Hz 的正弦周期性变化，形状为环绕导线的一个圆环，其图形如下：

3.1.2 弯曲部分

如果导线在金属上转了一圈，将在金属上产生感应电动势，我们知道金属中的电流，而，而线圈中的磁场，对线圈积分可得中心点的最强磁场，因为总是与半径r 垂直，所以得到：从而其中， 是线圈半径，下面为区别均用R 表示，是磁导率。所以电压为：从而得出电场的大小：假设弯曲部分中间有金属，而且是实心的，根据电流密度，，其中是电导率。得出电流大小：可令得，电阻，有功,推导出：也就是说，在单位厚度为h 的金属上产生的热效应是角频率的平方倍，是半径的4 次方倍，并且做周期为2 倍的电流频率的正弦变化，如下图。据此分析，可以方便的计算出损失功率的理论值。根据现场实际，导线弯曲半径0.4 米，电流1281A，由上面推导可以得出线圈中心点磁场：导线中间金属假设是一个半径为2cm，高10cm，电导率为100m/ 的铁棒，由上述可以得出所以该铁棒上产生的涡流功率为从而得出该铁棒的功率幅值为0.25W，做频率为100Hz 的周期性变化。由于电场的方向总是垂直与磁场的方向，所以当变化的磁场穿过金属的时候，在金属中会形成一圈一圈的环形电场，该电场是无源有旋场，即沿电场路径做积分是没有电势的，所以不会感应出电荷。

3.2 实践过程

由于每相导线产生约为0.25W 的涡流功率，三相累加得0.75W，每天产生0.018kwh 电量，每月合计0.54kwh，考虑到进出线都产生涡电流效应，进出热量累加，每月合计1.08kwh。以公司所辖5000 余户专变客户计算，挽回损失电量达到5000 kwh。虽然每月对月专变客户来讲，1.08 kwh 的电量微乎其微，但是当发生某相短路故障时，回路产生达到几万安培的故障电流，产生的涡电流效应就放大了几百倍，可以将远程费控装置瞬间烧毁。当前远程费控装置每套已经达到7 万元以上，这样给公司带来的经济损失是不可想象的。

技术人员针对当前现状与远程费控厂家技术人员协商，改进远程费控装置，将原来三孔改造为单孔，实现单孔三相进出方式，规避涡电流产生。因为当三相导线同时同孔进线，三相电流基本平衡，产生的磁场的矢量和为零，不会产生涡电流。再者，客户对目前三孔进出线的方式有所反应，他们考虑到涡流效应会增加计量电量，请求公司解决这种技术难题。攻关组向客户解释了涡电流效益产生的原理和经过理论计算得到的附加电量微乎其微，通过改进后的远程费控装置完全避免了这种现象，达到了让客户放心用电，也消除了他们的疑虑，体现了公司“你用点，我用心”的内涵。

4.效果及应用

经过对阳光铝塑、青海明胶、黄河电力检修公司、健康二号家属院等28 户客户的原方案安装远程费控装置进行改造，取消了三孔分相的进出线方式，改为单孔进出线，即三相进线同孔进线。通过这样的技术改进不但减少了供电企业的电量损失，排除了危害设备安全运行的隐患，保证了用电安全，达到了预期的目的，也消除了客户疑虑，树立了公司的优质服务形象。目前该技术革新已在青海省电力公司系统内广泛推广应用。