三次开断变压器原版.doc

HSSPZ-12500/110电炉变压器原理简见1、 结构简述： 该变压器由主变压器和辅助变压器共装于一个油箱组成 主变压器每个铁芯柱上套有5个线圈，从内向外依次为：W7：电容补偿及动力负荷线圈（绝缘等级10kV）W3：调压线圈，由10个调压段共绕为双螺旋式（绝缘等级20kV）W4：调压基本线圈（绝缘等级20kV）W1：高压线圈，也称一次线圈（110kV绝缘等级）W2Z：低压线圈（绝缘等级5kV） 辅变每个铁芯柱上套有2个线圈，从内向外依次为：W5：辅变激磁线圈，也称辅变高压线圈（20kV绝缘等级）W6：辅变低压线圈 主变低压W2Z与辅变低压W6相串联，构成二次回路。二者共绕成“8”字线圈，装配时同时套装在主辅变的最外层，因而要求主辅变铁芯主心距及“8”字线圈尺寸都必须准确 调压线圈W3各调压段与有载分接开关连接，通过有载开关的极性开关可与调压基本线圈W4正串或反串，W3和W4二者串联后经过三次侧断路器K1向辅变激磁线圈W5供电。W3、W4、W5及有载分接开关和炉控断路器K1共同构成三次回路 线圈W7向补偿电容及动力供电，为4次回路2、 调压原理：当一次线圈W1接入110kV电网后，在主变其余四个线圈上均感应出固定不变的电压，二次低压线圈W2的感应电压设计为U2Z=84V，三次调压线圈W3通过与其相连的有载分接开关的变换，可将W3的部分或全部线段与调压基本线圈W4正串或反串，而得到串联后的电压U4U3，该变压器共19档，即U4U3有19个不同的电压值（见铭牌图表格）当三次侧断路器K1接通时，电压U4U3加在辅变激磁线圈W5上，即W5的电压U5=U4U3，辅变低压线圈W6将随U5的不同感应得相应的电压U6由于二次侧输出电压U2是由W2与W6串联后输出的，即U2= U2Z+ U6，其中U2Z是固定不变的，而U6的电压随U4U3的改变有19个不同的电压值，实现了调压的目的。3、 三次侧开断原理：正常运行时，三次侧断路器K1是闭合的，使主变W3、W4串联后的电压能加在辅变激磁线圈W5上，使二次侧向电炉输出U2（U2Z+U6）当电炉冶炼工艺需使路子断电时（如加料，或出钢），应先将炉控断路器K1开断，此时辅变W5断电，然后按顺序闭合电极短路开关K2及K3，这样主变低压绕组W2的电压U2Z就加到辅变低压绕组W6上，因为W5是开路的，所以辅变处于空载状态，具有很大的激磁电抗，在二次低压回路内仅流过辅变的空载电流，而炉子电极两端已被K3开关短路接地了，没有电了，因此可以对炉子安全操作，而此时一次线圈还连在110kV的电网上。因为是用三次侧开关切断整个变压器二次输出电压的，所以成为三次侧开断。当需要恢复运行时，按相反程序操作即可。电炉经常性的炉控操作以及因电极工作短路引起的过电流跳闸，均由三次侧断路器K1实现，而110kV高压侧断路器只用来接通和断开空载变压器和对变压器内部故障的保护。4、 几点说明：（1） 三次侧开断电炉变压器，保留了从110kV直接供电，而从三次侧实现了炉控操作，与一次侧110kV开关开断相比，它解决了110kV断路器频繁操作维护复杂，工作量大，投资大的问题（2） 该变压器主变三次侧的星点和辅变三次侧的星点相连，是给零序电流通路（3） K2短路开关的串联电阻R是为限制辅变的激磁涌流的，由于K3短路开关合闸时，相当于辅变空载投入殿宇，有较大的励磁涌流（可为额定空载电流的几十甚至百余倍），可能大大超过K3开关的接通能力，因而增加K2串R回路，限制浪涌电流于较小值后，再合K3（4） 安全电容器是用于吸收从高压侧经高低压绕组间电容传输低压线圈上的过电压的，一般取C=0.51f即可认为安全（5） 本设计采用了单独的动力、补偿绕组W7,由于调压过程中，主变磁通不变，故该绕组输出电压恒定。该输出既可用作补偿，也可用于动力，其容量是由客户确定。关于110kV直降电炉变压器两种方案的比较当今，随着国家产业结构调整，现代电炉正向着大型化和超高功率化发展。大家知道，电炉在生产过程中要消耗大量的能源，因此提高综合能效，对节约能源具有深远的意义。同时大型电炉的发展，对向其供电的变压器的安全可靠运行，提出了更加严格的要求：1、 容量不断增大，负载具有很大的冲击性和不对称性，同时它还是强大的谐波源，它使电网产生波动，甚至引起系统谐振。因此大型电炉通常要求从60kV220kV电网直接供电。2、 变压器必须高度可靠，有足够的抗短路强度和较高的绝缘，经得起经常的短路冲击和频繁的操作过电压，同时也要求有较大的过载能力。3、 要求有较大的调压范围（1315级），可进行有载调压且操作频繁。4、 当用60kV220kV电网供电时，应设置中压功率因数补偿。5、 频繁的操作（加料、出料、电极短路、过电流跳闸，修炉、更换电极等）要有满足运行要求的高性能断路器与之配合。目前国内虽有110kV断路器可供选择，但维护复杂，占地大，因此投资和维护费用也大。在使用上，因不能装设在炉前，也不方便。在国外，七十年代已大量采用了从60kV220kV高压电网直接供电，炉控断路器设在中间回路或三次回路。我们称为三次侧开断变压器，它省去了降压变电所或网侧的调整变压器，不但节约了投资，同时也降低了维操电耗。我国第一台110kV直降电炉变压器（保变厂生产）于1970年在峨眉铁合金厂投运成功，直到10年后的1980年底，我国的第二台和第三台110kV直降三次侧开断电炉变压器才几乎同时投入运行，这其中的一台就是我厂为30吨炼钢炉生产的HSSPZ-12500/110电炉变压器，该产品在邢台冶金轧辊厂一直运行良好。现在110kV直降三次侧开断电炉变压器的制造技术已很成熟。近年来，由于110kV级六氟化硫断路器的采用，出现了一次侧开断单铁芯的110kV直降电炉变压器，它和上述三次侧开断方式比较优劣如何呢？1、 断路方式及断路器的比较： 由于电炉需要频繁操作，每次加料、维护等工艺操作都需给电炉断电。一次侧开断方式就必须让110kV六氟化硫断路器开断，操作之后再合闸送电。三次侧开断方式对这样的工艺操作不需要切断110kV电源，只需让三次侧的35kV真空断路器开断，再合上电极短路开关K2和K3，就是电炉断电并接地了，可以安全操作。 对电炉冶炼中常发生的电极短路过电流保护，一次侧开断方式会使110kV六氟化硫断路器跳闸，而三次侧开断方式只会让三次侧的35kV真空断路器跳闸，而一次110kV仍安全送着电。由上述可知：跳闸同样次数，110kV六氟化硫断路器的维修工作量远大于35kV真空断路器。前者的变电站投资也远大于35kV真空断路器开关柜加一个普通110kV贫油开关站的成本。且35kV真空断路器已是我国十分成熟和普及的产品；而110kV六氟化硫断路器不仅昂贵，维护量大，还不够环保。2、 为补偿及动力负荷供电的比较：一次侧开断方式为变磁通调压，因而想得到一个恒电压输出的线圈是十分困难的。为供给补偿电容和动力负荷较恒定的电压，目前较常用的方法是在该线圈上抽头并连到另一开关上，与调节二次电压的有载分接开关同步调。这就使一台变压器装了两台有载开关，增加了成本。现在的产品常将供电容和动力线圈的开关只采用价格低的无载开关，每调一次电容动力的开关，就需将110kV断路器开断一次，这样影响了冶炼效率和开关寿命。为尽量减少这样的操作，往往电容电压常运行在低于额定值的档位而降低了补偿功能，应该说这也是不得已的办法。三次侧开断方式的主变压器是恒磁通的，各线圈均恒定电压，完全可以方便地设置一个合适电容及动力运行电压的线圈，也可通过适当时机使调压线圈兼为补偿和动力供电，完全不存在上述的问题。3、 调压方式及调压开关的比较 一次侧开断单铁芯的变压器，其调压线圈与一次线圈串联，一般电炉调压范围较大，因此其调压线圈有载分接开关以及变压器至分接开关的阴险一般均会高于110kV星点的绝缘等级40kV。三次侧开断方式的调压系统是独立的，可以根据35kV有载分接开关的最佳运行点来设计调压系统，一般常设计为20 kV绝缘等级，让35 kV有载分接开关在绝缘上有较大裕度，大大提高了变压器运行可靠性。 一次侧开断单铁芯不要期待有载分接开关切换的是全容量，而三次开断方式切换的仅是辅助变压器的容量（即12全容量），这样降低了调压成本，提高了调压可靠性。尤其要求大调压范围时，由于分接开关级容量的限制，使一次侧开断单铁芯方式成为不可能。 从调压效果看：一次开断单铁芯方式变压器的二次电压级差不相等，二次电压高时级差大，二次电压低时级差小，若要等级差，需付出较多代价，甚至会由于开关级容量限制而行不通。三次侧开断方式由于是带辅助变压器调压，其二次输出是等级差的，不存在上述的困难。4、 电流测量及保护的比较：三次侧开断方式三次系统的电流I3与二次低压电流I2之比为一常数，即I2：I3=W5:W6,其W5和W6分别为辅助变压器高低压线圈的匝数，均为定值，因而在辅变一次线圈端逃入测量和保护用的电流互感器，就可很方便地实现对电炉负载电流的测量和过流保护。一次开断单铁芯变压器只有110kV或二次几百伏，几万安培的线圈，想测量和保护电炉就很不方便和直接了，不论将电流互感器置于110kV侧或部分低压出线处，不仅结构上复杂，成本高，且也不直接（一次电流还包含着补偿和动力，二次出线各组电流分配不均）从而降低了保护的灵敏度和可靠性。5、 变压器结构容量的比较：假定额定容量为PH，要求二次电压为127V181V；则调压范围为（10.175）。一次侧开断单铁芯方式变压器的结构容量为1. 175PH 三次侧开断方式变压器的结构容量为1.5PH，比一次开断高28%调压范围大，三次开断结构容量均大于一次开断式，这正是三次开断方式为其诸多优越性付出的代价。当然这仅是初略的从结构容量上比较。从变压器结构上看，三次侧开断方式由于是双铁芯的（有主变和辅变），主辅变的低压线圈共绕为“8”字型绕组后，同时套装在主变、辅变对应芯柱的外层，就要求加工尺寸准确。由于结构较复杂，因而对设计人员的技术水平、经验，对制造工艺、试验水平等均有着较高的要求。6、 采用单铁芯变压器，调压范围大于20%时，经济性便不占优势，该变压器调压范围为127V181V，调压范围为42.5%，可见该变压器的经济型已变差。同时，该变压器是变磁通调压，当二次电压最高时，一次绕组闲置部分最大，过电压入侵时，闲置部分的端部易产生电压振荡，对绕组和开关的绝缘很不利。7、 从电压特性讲，单铁芯变压器在二次电压调整过程中，阻抗电压变化大，在7%14%，而三次开断高压阻抗范围在7%9%之间，中压特性要优于