浅谈电炉变压器设计

第３２卷第１５期　Ｖ０１．３２　Ｎｏ．１５　企业技术开发　ＴＥＣＨＮＯＬ０ＧＩＣＡＬ　ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ　ＯＦ　ＥＮＴＥＲＰＲＩＳＥ　２０１３年５月　Ｍａｖ．２０１３　

浅谈电炉变压器设计　

邵　月。吕　丽　

（锦州锦开电器集团，辽宁锦州１２１０００）　

摘要：随着市场的发展，近几年来，电炉变压器的需求量不断增大。文章结合锦州锦开电器集团电炉变压器生产经验，对电炉　变压器设计进行分析。　关键词：电炉变压器；串联变压器；调压；８字形绕组　

中图分类号：ＴＭ４２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６—８９３７（２０１３）１５—０１０７—０２　

电炉变压器属于特种变压器，特种变压器是在电力变　压器的基础上发展起来的，具有特殊用途的变压器。它的　

种类有很多，主要包括电弧炉、矿热炉、电石炉变压器等。　在电力、冶金、矿山、石油、化工等都有广泛的应用。在市场　

竞争极其激烈的情况下，我厂生产的电炉变压器如　ＨＴＳＳＰＺ一２２　０００／１１０、ＨＫＤＳＰＺ一１０　０００／３５电炉变压器通过　

机械工业变压器产品质量检测中心检验，具备国内同类产　

品先进水平，在市场中占有一席之地，受到新老客户的信　赖。下面笔者将对我厂生产的电炉变压器做一简单的介　

绍　

１电炉变压器技术特点　

近几年来，我厂生产的电炉变压器中，矿热炉变压器　居多。矿热炉是一种耗电量很大的电炉，属于电阻电弧炉。　

其电弧很小，以炉料电阻发热为主，且电炉电阻变化不大，　

工作电流平稳。根据矿热炉的特点，矿热炉变压器的一次　侧不需要接电抗器，而且变压器的阻抗电压比较低，要长　

期承受１１０％的额定电流连续运行，及调压级数较多，输出　的级差很小，前几级为恒容输出，后几级为恒流输出。小容　

量的变压器均做成三相的，２０　０００　ｋＶＡ以上的多为３只单　相矿热炉变压器组成三相组。这是由于三相矿热炉变压器　

的大电流短网在长度上各相有很大差异，使三相阻抗严重　

不平衡，造成功率转移和各相的电流和功率不均衡现象。　但是采用３只单相电炉变压器可以围绕电炉对称分布，可　

以缩短短网的长度，使三相阻抗趋于平衡，从而减少电能　损耗，增加电炉运行的功率因数，改善电炉电气特性。虽然　

其总造价高于三相２０％～３０％，但当需要设置备用变压器　时，备用一台单相变压器比备用一台三相变压器要经济。　

因为单相变压器的体积和重量较三相变压器小，有利于运　

输和安装。　１．１调压方式　电炉变压器的特点就是二次电压低、电流大、匝数少，　所以无法在二次设置调压分接头来进行恒磁通调压（电力　

变压器就是采用恒磁通调压）。为了调节电炉变压器的二　

次电压，一般采用变磁通调压、串联变压器调压、和自耦调　压器调压。因为它调压联结方式也有线性调、正反调、粗细　

调，与电力完全相同，就不再赘述。　对于调压级数较多的电炉变压器，当客户对二次电压　

级差没有要求时，可用高压基本线圈串联调压线圈的结构　

作者简介：邵月，锦州锦开电器集团。　形式实现二次调压；当客户要求二次电压级差相等时，就　采用自耦变压器调压和主变压器加串联变压器的结构形　

式实现二次调压，并且这两种都是双器身结构。　

１．２串联变压器　以串联变压器为例，就是让主、串变低压绕组串连在　

一起。它通过分接开关，利用主变的调压线圈单独给串变　提供高压电，通过改变主变的调压绕组的分接来改变串变　

电压，从而改变主、串变低压绕组的合成电压（当开关正接　

时为两电压值之和，当反接时为两电压值之差）。由于主变　调压绕组的匝数相同，所以电压级差相等，使得串变高压　

级差相等，从而串变低压电压级差相等，实现了等差调压。　

这种变压器主要由主变和串变组成。主变通常从里到　外为：铁心一调压一高压—低压，串变为：铁心一高压—低　压。主、串变的低压绕组通常做成一个整体，采用８字形绕　

组。采用８字形绕组的好处就是可以免去串变低压绕组和　

主变低压绕组繁琐的焊接工序，使它们的距离缩小。每个８　字形双饼为一个单元，每相就是由这样的若干个双饼单元　

并联而成。每个单元匝数为２～１０匝左右，每饼８字形绕组　

主、串变的匝数一般情况是相同的，但当调压范围较小时，　串变低压最高电压也较小，如果采用相同的匝数，会使串　

变铁心直径太小，机械强度较差。在这样的情况下，应使串　变低压绕组匝数少于主变，增大串变铁心直径，提高其机　

械强度。另外，为了减小体积，主串变线饼外径间距越小越　

好，通常为８０～１３０　ｍｍ。　串联变压器调压范围广，一次电压不受开关绝缘水平　的限制，可由６３～２２０ｋＶ直接降至电炉所需的电压（十几伏　至几百伏），省去了中间变电站。对于大容量、调压范围大　

的产品较为经济。但其结构复杂，制造费时，维修不便。另　外，这种变压器的体积大，用料多，成本高。遇到这样的情　

况应与客户交流，看看客户的具体情况，有时不一定必须　

用等差调压。用单器身结构变压器也能满足客户需要。这　

不仅为客户节约资金，也为我厂挪出利润空间。　１－３低压引线　在电炉变压器中低压引线电流较大，故一般采用裸铜　

母线（铜排）这样可以降低其本身的涡流损耗。此外还要遵　

守以下原则：　①考虑油中引线在长期工作中的温升，且常在油的最　

热层，故引线对油的温升一般取２０℃。　②铜排与绕组出头一般用磷铜焊条焊接，导线焊接表　面的电流密度不应超过１．５　Ａ／ｍｍ２ｏ铜排与接线片的截面不　

应超过４．８　Ａ／ｍｍ　。

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③为了减少漏磁和附加损耗，低压引线铜排应是窄面　

对着箱壁，且对箱壁及铁轭夹件的距离应大于铜排宽度。　有时考虑焊接工艺和焊接的机械距离，这个尺寸会大一　

些。　④二次出线有顶出线和侧出线两种方式。小型电炉变　

压器常从油箱顶部出线，抽芯检修时油箱不必排油，但绕　组至出线头的引线长，将增加损耗。中、大型电炉变压器常　

从油箱侧部出线，以缩短引线长度降低了电抗和损耗。但　出线头承受油压较大，对密封要求较高，抽芯检修要大量　

排油，且易刮坏出线头。　１．４低压出线端子　

通常不能只从变压器的结构需要出发，而要从接线组　

别（ｄ或ｙ）、出线头的片（根）数、排列方式、间距、供外部连　接的接触面积等方面，结合电炉短网设计统一考虑确定。　

一般可分为两种：铜板式端子和水冷铜管式端子。前一种　

是将出线铜排直接与环氧树脂浇注而成。该树脂与铜具有　相同的膨胀系数，避免因温度变化引起的渗漏，这种端子　

只适合户内使用。对于容量较大的电炉变压器，电流大，只　

能选择后一种。使用空心水冷管，它的好处在于管内流有　循环冷却水，可以提高电流密度。　

２主要的设计工艺特点　

２．１铁心　铁心均采用优质冷轧取向硅钢片，并采用全自动的剪　切线剪切成型，剪切精度高、毛刺小。铁心叠装采用４５。全　

斜接缝、不冲孔、无纬玻璃粘带绑扎工艺制造。对铁心片进　

行涂漆处理，因为铁心绝缘膜会存在质量缺陷或在加工的　过程中造成绝缘破损，用涂漆的办法来增强硅钢片的绝缘　

性，使其保持较低的空载损耗、空载电流及噪声。铁心夹紧　装置采用拉板压钉结构，机械强度高。　

２．２线圈　线圈采用最新主纵绝缘结构，合理选择绕组的结构和　

绝缘，保证绕组有足够的机械强度。线圈采用半硬铜纸包　

扁线绕制，有效的降低了导线损耗，具有承受短路和过载　能力强、低损耗、安全可靠等特点。匝绝缘采用优质绝缘　

纸，绝缘筒采用酚醛纸筒，垫块采用高密度纸板，有效的提　

高了线圈的抗突发短路能力。所有线圈的油隙垫块、撑条　都要进行密压、去毛、倒角处理，提高绝缘强度压钉数量保　

证了足够的器身轴向压紧力，器身装配采用目前最先进的　定位措施，从而确保了该产品的免吊芯性能。　

２．３油箱及低压出线端子　

油箱采用平顶式油箱，箱壁采用大尺寸钢板以减少焊　缝，焊缝要尽量对称分布，以减小焊缝引起的翘曲变形及　

产生的残余应力。焊接时要采用优质的电焊条，提高焊接　

质量，使其油箱结实、密封性好、外观平整，所有密封法兰　均采用沟槽结构，确保变压器油箱、联接处密封严实不渗　

漏油。低压侧采用专业厂家生产的出线导电排及水冷导电　

排（管），满足了电炉变压器长期过载及负载不稳定的要求。　

３电炉变压器动稳定及过电压要求　

①当工作短路电流整定在３倍额定电流，持续时间为６　

ｓ时，电弧炉变压器各部位应无损伤。　②电炉变压器应能承受二次端部的外部短路作用无　

损伤，但短路电流的持续时间应不超过０．５　ｓ。　

③电炉变压器应能承受冶炼过程中所经常出现的操　作过电压作用而无损伤。在使用中，１１０　ｋＶ级的电炉变压　

器操作过电压应控制在２倍额定电压以下，其它电压等级　

的应控制在３倍以下。　

４其它　

所有电炉变压器应装有小车，并应便于牵引，滚轮应　能转向９０。运转。电炉变压器储油柜的油位计、信号温度　

计、铭牌、各种说明牌以及分接开关的操动机构等均不得　放在二次侧。采用胶囊式储油柜，有效的减缓了油的老化。　

电炉变压器的冷却系统采用专业厂家生产的片式散热器、　风冷却器或水冷却器。电炉变压器的套管应选用防污型或　

加强型。１０　ｋＶ套管宜选用导杆式，而不用穿缆式。套管３５　

ｋＶ及以下采用纯瓷油式套管，爬电距离大，可用于重污等　

级环境；６６～１１０　ｋＶＮ采用油纸电容套管。二次仪表接线采　用不锈钢走线槽板和端子箱，使其外观整洁大方、便于操　作，另外还防止信号线裸露在外，风吹日晒，减缓老化速　

度。　

５结语　

电炉变压器与电力变压器相比，在调压方式、线圈、引　线、低压出线端子、油箱及其它配套装置都有很大区别。以　上是对电炉变压器设计的一些粗浅认识，还很不全面。希　

望能对电炉变压器的设计工作起到参考作用。　

参考文献：　

【１］张懋鲁，刘玉建．带串联电容补偿的电炉变压器设计叨．变压　器，２０１２，（７）．