电炉变压器运行状况及发展方向111-杨华

对大容量埋弧炉变压器相关问题的几点建议

杨华

前言：埋弧炉是一种耗能巨大的电炉，埋弧炉属于电阻电弧炉，，以炉料电阻发热为主，电弧很小，也伴有产热的化学反应，埋弧炉变压器由于炉料原料品位及电源电压经常变化，要求变压器有较多的调压级数，每级输出电压极差较小。

随着埋弧炉的技术向大型化、密闭式、高效率的发展。要求埋弧炉变压器向大容量、调压级数多、相对低的阻抗及较强的机械强度的方向发展。

一、温升

随着埋弧炉变压器容量的增大，电流越来越大，温升突显重要。

大型电炉变压器高压线圈由于导线截面大，可根据实际情况选择组合导线，这样可以达到缩小线圈尺寸，降低有效材料的作用。如图1

a)二组合导线 b)三组合导线

图1

除了正常的各股组合导线分组换位外，还要在整个线圈的中间进行一次组合导线中每根导线的标准换位。这样才能均衡各根导线的电阻和电抗。

对于大容量的埋弧炉变压器来说由于线圈的幅向比较大，线圈上放置导油板，绕组中有挡油板5个，分4个油区，（外进外出）必须用密度为1.2—1.3g/cm3的硬板制作，外挡油板的外限与外撑条尺寸相同，以保证线圈围板的机械强度，结构见图2

a)带档油板结构油流走向 b)不带档油板结构油流走向

图2

在非导向油循环的结构中，在连接上部和下部轴向油道（水平油道）中的油流完全取决于油的热效应和湍流效应，而且在幅向油道中的油流速度要比轴向油道的油流速度低许多。

在强迫导向油循环结构中，先将冷却器的油送入绕组底部的集油管，然后，再按适当的比例使其通过各个主要绕组，在绕组内部每隔一度距离就要设置油流导向隔板。这些导向隔板交替阻挡绕组内部和外部轴向油道，所以冷却油在绕组内部必须沿着曲线路径流经水平油道，如图2所示。从而确保绕组各个部位有足够的油流，热传递的速率在很大程度上决定于油流速度，所以导向冷却结构将引起较低的绕组对油温差。当放置挡油板时，其绕组的温差要比无挡油隔板小5K—10K左右。

二、调压

大型埋弧炉变压器对二次工作电压值的大小非常敏感，尽管电压升降只有几伏的数值，电炉也会做出显著地反映，加上冶炼品种可能变换，炉料的成分可能波动，处理炉况都需选用恰当的的电压级。容量越大调压范围越大，对于大型的埋弧炉变压器的调压方式常用的有35级及以下采用带串联变压器调压的正反调

调压方式，35级以上采用带串联变压器调压粗细调调压方式，如图3所示。

a)正反调压示意图 a)粗细调压示意图

图3

电炉变压器的调压线圈通常为铁心柱外第一个线圈，它要承担线圈的轴向应力，径向应力，和两撑条间的线饼弯曲应力，所以线圈本身的机械强度，稳定性，及铁心间可靠撑紧尤为重要。

当分接线匝从调压绕组上切除或加入到调压绕组上时，由于与绕组的铰链磁通和漏磁通路径要发生变化，这将导致变压器阻抗随着调压位置的不同而发生变化，变压器设计者所能做的事情是如何将这些阻抗变化降低到最小程度。

大型的埋弧炉变压器调压线圈分为多螺旋式调压线圈、立绕层式调压线圈，

线圈排列方式如图4所示。

a)单层立绕圆筒式 b)双层立绕圆筒式 c)多螺旋式 图4

由图可见，立绕圆筒式调压线圈的导线是轴向排列的，螺旋式调压线圈是幅向排列的。比较而言:

1、立绕层式调压线圈，立绕的层式调压线圈尺寸紧凑，能降低重量和损耗，如果调压级数多范围大，可将调压线圈分为两个独立的线圈，既易于保证质量，又降低每个调压线圈的幅向应力，增加导线的机械强度。

a----导线的幅向尺寸；

b----导线的轴向尺寸；

由公式可以看出，弯曲应力与导线的幅向尺寸的平方成反比。可见导线立绕的层式调压线圈弯曲应力小，机械强度高。

2导线立绕的层式调压线圈各调压级之间的阻抗变化相对平滑，由图5可见， q 1l 12 a 2

b σx= n 12 6

a)调压线圈立绕圆筒式漏磁面积示意图 b)调压线圈螺旋式漏磁面积示意图

图5

例如第一级调压与第N级时的漏磁面积几乎没有变化而对于螺旋式调压线圈

各级之间的漏磁面积是发生变化的，所以各级之间的阻抗变化相对明显。

∑D----漏磁面积

由阻抗公式可见阻抗与漏磁面积成正比。

3.立绕圆筒式调压线圈尺寸紧凑，幅向尺寸相对较小，在它外面的高压线圈

和低压线圈的直径都相对较小，能降低有效材料的重量和损耗。

4立绕圆筒式调压线圈的涡流损耗相对较大，散热面相对小。但调压线圈的容

量是串联变压器的容量，占整个电炉变压器的一部分，可以通过降低电流密度来

解决，综合看是一种值得推广的调压线圈形式。

三、操作过电压的抑制

电力系统的过电压可分为大气过电压、操作过电压、谐振过电压。电炉变压器与电力变压器工作方式显著不同。电炉变压器的操作过电压及谐振过电压将远远大于电力变压器。

操作过电压的产生：由于操作（合闸、拉闸），事故（接地、短路、断线等）或其他原因，从一种状转变为另一种稳态的过渡过程可能产生对危险的过电压。在开断变压器空载电流时，因为真空电流的截流现象，电流可能在自然零点前被切断。由于空载变压器就是一个电感线圈，只要电流变化速率很大U l=di/dt很大，就会产生过电压.

多次重燃过电压：多次重燃过电压的幅值不一定很高，通常可能比截流过电压低，但波形的前陡度大，等效频率高，容易导致线圈总绝缘的损坏。

电容传递过电压：如有较大的三相不平衡，如果中性点出现对地电压（零序电压）U0，其零序电压将通过绕组间的电容耦合，此时，低压侧出现电容传递过电压。

操作过电压的抑制，对于操作过电压电炉变压器应给予充分的考虑，使电炉变压器绝缘裕度高于同等级的电力变压器更重要的是加装过电压抑制装置。

由于过电压前沿陡度有时很大，所以纵绝缘裕度必须加强，如匝绝缘，段绝缘的要适当加大。为减少电容传递带来的损害也应提高二次的绝缘水平。

控制线端电应力值增高的最有效的措施是增大绕组的串连电容。

电炉变压器66KV以上电压等级常常采用纠结连续式线圈，大型电炉变压器由于并绕根数多，采用内屏蔽式线圈从工艺的情况更易于实现。见图6

a)纠结式线圈 b)屏蔽式线圈