壳式电炉变压器的结构分析

２０１１年１２月第１４卷第１２期　贵州电力技术　２０１　１，Ｖｏｌ，１４，Ｎｏ．１２　ＧＵＩＺＨＯＵ　ＥＬＥＣＴＲＩＣ　ＰＯＷＥＲ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　专题研讨　

Ｓｐｅｃｉａｌ　Ｒｅｐｏｒｔｓ　

壳式电炉变压器的结构分析　霍慧芝　（贵州师范大学，贵州贵阳５５００１４）　

摘要：通过电炉变压器的心式和壳式结构在工艺性能上的对比，说明壳式电炉变压器在工艺性能上有一定的优越　性。并详细分析了壳式电炉变压器的特点，得出结论，电炉变压器应向壳式铁心结构发展。　关键词：电炉变压器；壳式；设计；工艺性能；特点　文章编号：１００８—０８３Ｘ（２０１１）１２—００２３—０２中图分类号：ＴＭ４文献标识码：Ｂ　

变压器的结构类型历来分为心式和壳式二大　类。我国电炉变压器一向以心式为主，并且积累了　很多设计、制造经验，也基本上满足了电炉冶炼工业　的要求。但在国际变压器制造业中，壳式电炉变压　器具有相当的规模和水平，如美国西屋电气公司、挪　威国民工业公司、比利时ＡＣＥＣ公司等，一直在生产　着壳式电炉变压器。这种变压器能够最大限度地满　足用户需要，并具有阻抗低、损耗小、重量轻等优点。　据美国西屋电气公司宣称，壳式电炉变压器与心式　电炉变压器相比，重量可减少４０％，油重可减少　５０％，机械强度可提高３０％—４０％，占地面积可减　少３０％—　０％，安装费用可减少１５％—２０％。国内　虽然有几家变压器厂制造一些壳式电炉变压器，但　其结构、制造工艺、技术经济指标等与国外同类产品　相比，差距还是很大的。所以，研制高水平的壳式电　炉变压器是今后产品结构调整的方向。　通过一台电炉变压器采用心式结构和壳式结构　进行设计对比，可发现，壳式铁心电炉变压器比心式　铁心电炉变压器耗材少，重量轻、体积小，损耗低。　

１　从工艺性能上对电炉变压器采用壳式和　心式的对比　

表　心式铁心电炉变压器与壳式铁心电炉变压器工艺性能对比表　

综上所述，电炉变压器采用壳式铁心结构，其经　济指标和技术指标均明显优于心式铁心结构，工艺　性能上有一定的优越性。尤其在能源匮乏的现在和　将来，电炉变压器更应向壳式铁心结构发展，因此我　对壳式铁心电炉变压器作进一步的探讨。　２采用壳式变压器的特点　２．１机械力小、强度好　理论计算表明，壳式变压器的辐向电磁力是很　小的。轴向电磁力大，但当漏磁组较多时，也能使其　明显降低，图１是漏磁组为６的情况，如它与漏磁组　为２时的主要参数相同时，由于其每个漏磁组的匝　数降为１／３，每组的机械力也将降为１／９。而且壳式　变压器的线圈完全被绝缘件所包围，铁心又包围它　们，铁心与油箱用木撑条卡紧，整个器身紧固十分牢　靠，短路力能通过绝缘件、铁心直接传至油箱，不像　心式结构的线圈支撑面少。所以相比之下，壳式变　压器的机械强度高。　

・２３．　贵州电力技术　第１４卷　晋杼　晋晋　Ｄ－６时机植力分布　图Ｄ一６时机械力分布图　２．２绕组耐冲击性能强　由于壳式变压器绕组的线饼数少，线饼的辐向　尺寸大，因此线饼间电容较大，而线饼对地电容却很　小，线圈第ｎ段对地电位为：　Ｅ　ｎ　＝　式中：Ｅ一外施冲击电压　Ｎ一总段数　ｎ一第ｎ段　入＝　（ＣＰ＝ＣＫＮ，Ｃ　ｓ＝ｃｃ／Ｎ）　￣／　ｓ　ｃ　一每段对地电容　ｃ　一段间电容　线饼对地电容与线饼问电容的比值的平方根　决定了起始电压的分布。壳式变压器的　值一般在　０．５～１．５之间，而心式变压器的　值通常在５—３０之　间。所以当冲击电压侵入壳式变压器时，起始电压基　本上为线性分布，电压梯度大为减少。同时由于壳式　结构的固有电容较大，使得绕组电压振荡的时间加　长，这可使暂态电压在绕组达到辐值之前已经衰减，　因此壳式绕组具有很好的耐过电压的冲击性能。　２．３阻抗低　壳式变压器的每一相可分成若干个漏磁组，且　线饼辐向尺寸大，阻抗可设计为２％～３％，其机械　力和负载损耗亦小。由于变压器无功功率大为减　少，炉子自然功率因数增加。　２．４绕组最热点温度低　由于线饼间油隙是油流的唯一通道，因此流人　和流出绕组的油温差很小，最热点温度将下降５℃。　如果设计上没有考虑这一问题，它将增加５％左右　的额外过载能力。　２．５分相调压对磁路没有影响　分相调压的三相磁通不再对称，对心式变压器必　须采用五柱铁心。但在壳式铁心中，每一相已经有一　个独立磁路，磁路的不对称将不影响铁心的设计。　．２４．　２．６引线短且易于平衡　线端出线及分接线都在绕组上部尽可能短地引　出，低压绕组出头可以采用相同的长度，从而消除低压　引线的阻抗不平衡，减少了炉子作业时的功率转移。　２．７便于油箱内部完成二次侧Ｄ（或Ｙ）联结　假如在心式变压器油箱内部完成二次侧Ｄ（或Ｙ）　联结，套管布置及电流分布需特别注意。为了得到对　称的阻抗分布，套管应以三角形布置为宜，每相套管之　问在变压器外约ｌｍ处并联联结。若这些套管在变压　器内部并联联结，对电流分布将会产生严重问题。　壳式电炉变压器的相互并联又相互独立的低压　绕组为克服这一问题提供了便利条件，将每个低压　绕组联结成Ｄ（或Ｙ），得到并联的与每组低压绕组　数相同的独立接线组，这些接线组的阻抗近似相等。　２．８损耗低　我们知道在工程上，负载损耗中附加损耗所占　的比例，在一定程度上反映了变压器的技术性能和　经济性能。壳式变压器的附加损耗较同规格的心式　变压器小，这主要是因为以下几点：　（１）壳式变压器的绕组采用多漏磁组数的结　构。漏磁组数灵活多变是壳式变压器的重要特点之　一。

当变压器的单台容量增大时，漏磁组数同时增　

大，而每个漏磁组的容量数并不增大，则漏磁通密度　不增大，变压器轴向短路力不增大，附加损耗比值不　增大，局部过热的现象也就不会出现。　（２）壳式变压器矩形绕组的长边处于铁心包围　之中，外露绕组漏磁扩散空问小，因此附加损耗减小。　（３）由于线圈被铁心包围，起到一定的屏蔽作　用，因而油箱的杂散损耗也减小了。这样，壳式变压　器的总损耗就降低了。　综上所述，壳式电炉变压器较心式而言，具有众　多的优点。电炉变压器应向壳式铁心结构发展。当　然，壳式变压器也有其发生故障后难于检修的缺点，　需要将铁心全部拆除后，才能处理线圈，这就要求壳　式变压器具有较高的可靠性。　（下转第３４页）　贵州电力技术　第１４卷　０ｓ，当所供变压器故障时线路保护的无选择性动作　由重合闸来补救。　３．４简化零序Ⅳ段　零序Ⅳ段即高阻接地段，即要求在高阻接地故　障发生时仍然有灵敏度，行标里有规定按一次值不　大于３００Ａ整定。我们采取不完全配合的方法对其　进行简化，也就是如果零序灵敏段大于３００　Ａ，零序　Ⅳ段电流定值直接取３００　Ａ，时间与相邻线路的零　序Ⅳ段配；如果零序灵敏段不大于３００　Ａ，零序Ⅳ段　取实际计算的躲线末变压器其他侧故障的最大不平　衡电流为定值，比零序Ⅲ段小即可，时间与相邻线路　的零序Ⅳ段配，这种计算方法节省了大量的零序Ⅳ　段电流定值的配合计算时间。　

参考文献：　［１］贵阳供电局地区电网２０１１年度运行方式［ｚ］．贵阳供电局　２０１１，（０２）．　

张薇薇，黄新．贵阳供电局地区电网２０１０年度继电保护整定　方案［ｚ］．贵阳电力调度中心，２０１０，（０４）．　ＲＣＳ一９４３Ａ高压输电线路成套装置技术和使用说明书［ｚ］．　南京南瑞继保电气有限公司．　ＣＳＣ一１６３Ａ系列数字式线路保护装置说明书［ｚ］．北京四方　继保自动化股份有限公司．　ＤＬ／Ｔ５８４—２００７《３～１１０ｋＶ电网继电保护装置运行整定规程》　［ｚ］．中华人民共和国电力行业标准，２００７，（１２）．　中国南方电网地区电网继电保护整定原则［ｚ］．中国南方电　网电力调度通信中心，２００９，（Ｏ３）．　廖晓玉，张太升，杜凌，鄢安河，程鹏．继电保护整定计算的　简化［Ｊ］．继电器，２００３，（０８）．　李达坚．低压配电线路无功优化的应用模式及效果［Ｊ］．广东　电力，２００５（２）．　

收稿日期：２０１１—０５—１６　作者简介：　张薇薇（１９８ｌ一）女，硕士，工程师，主要从事继电保护整定计算　工作。ｅ—ｍａｉｌ：ｇＹ—ｚｄｊｓ＠１６３．ｃｏｎ　（本文责任编辑：龙海丽）　

Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｆ　ｏｐｔｉｍａｌ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｅｔｔｉｎｇ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｇｕｉｙａｎｇ　ｐｏｗｅｒ　ｇｒｉｄ　１　１０　ｋＶ　ｌｉｎｅ　Ｚｈａｎｇ　Ｗｅｉｗｅｉ　（Ｇｕｉｙａｎｇ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ　５５０００２　Ｇｕｉｚｈｏｕ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｏ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｇｕｉｙａｎｇ　ｄ，ｉｎ　ａｌｌｕｓｉｏｎ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｅｔ—　ｔｉｎｇ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　１　１０　ｋＶ　ｌｉｎｅ，ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍａｌ　ｓｃｈｅｍｅ　ｉｓ　ｏｆｆｅｒｅｄ．Ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｓｃｈｅｍｅ，ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｏ　１　１０　ｋＶ　ｌｉｎｅ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｉｂｅｒ　ｃｕｒ—　ｒｅｎｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｓｉｍｐｌｉｆｙ　ｔｈｅ　ｓｅｔｔｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｂａｃｋｕｐ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｔｏ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｒｅ—　ｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　１　ｔ０ｋＶ　ｌｉｎｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｔｏ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙ　ｏｆ　ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ　ｗｏｒｋ，ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅ—　ｌａｙ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｓｅｔｔｉｎｇ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｗｏｒｋ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：１　１０ｋＶ　ｌｉｎｅ；ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｉｂｅｒ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；ｓｅｔｔｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　－一＿　（上接第２４页）　参考文献：　收稿日期：２０１１—０５—２８　［１］崔立君编．特种变压器理论与设计．［Ｍ］科学技术文献出版社．　作者简介：　１９９６年５月．　霍慧芝（１９６８一　），女，研究生，副教授，从事电气工程教学。ｅ一　［２］　沈阳变压器研究所编．变压器计算手册．［Ｍ］１９８５年９月．　ｍａｉｌ：ｈｕｏｈｕｉｚｈｉｌ１０３＠１２６．ｃｏｒｎ　［３］　霍慧芝．电炉变压器的结构设计探讨．［Ｊ］变压器２００７（８）．　（本文责任编辑：龙海丽）