大幅度限制电弧炉变压器分闸过电压的稳压装置

摘要

电弧炉变压器操作频繁，分闸过电压十分严重。现有的限压措施价格高，占地大，所能限制的过电压仍不低于额定电压的三倍左右。本发明采用大容量的吸能器件和专用的能量转化环节，构成特殊的稳压装置，接在三相变压器低压绕组的端部，可以大幅度地限制分闸过电压，从而提高变压器运行的可靠性。本装置结构紧凑，动作可靠，可在炼钢厂和其他冶炼厂内广泛应用。

说明书

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本发明是高电压技术领域（电力系统）中限制变压器分闸过电压的新型保护装置。

钢铁治炼厂内10～35KV电弧炉变压器的切合操作每天多达20～30次以上，目前普遍采用截流能力很强的真空断路器，导致频繁产生很高幅值的分闸过电压，严重地威胁变压器的绝缘结构及其安全运行。目前普遍采用的限压措施，是在变压器的高压对地间设置三个ZnO避雷器，记录表明，其动作十分频繁，甚至每月动作上百次以上，过电压仍然很高;国内研究单位曾为某厂专门设计了四个避雷器的限压方式，其中三个接成星形，另一个接在星形中性点和大地之间，但是实测到的过电压仍在三倍以上。考虑到电炉变压器内调压线圈的绝缘水平相对较弱，过电压的频繁出现将使后者加速老化，从而缩短变压器的工作寿命。为了解决这一问题，广东某钢厂以高价向英国购置两台35KV的真空断路器，所配置的每组ZnO避雷器的价格为600镑，但现场实测到的分闸过电压仍在额定电压的三倍左右。

国内若干治炼厂也有采用在变压器高压侧并接电容器的方法来抑制分闸过电压，但是，特别对于35KV的变压器，多台高压串接电容器占去了很大的空间位置，而且经验表明，分闸时断路器触头间发生的重燃现象将使电容器中的贮能以流动波的形式侵入到断路器的电源侧，造成该处电气设备的对地闪络事故。

本发明的目的，在于采用简单的电气元件和接线组合，借以大幅度地限制上述分闸过电压。

本发明装置的构成原理如图1所示，其中L为变压器的低压绕组，D₁和D₂为整流管，C为电解电容器，作为吸能之用。在正常运行情况下，C被充电到额定电压的幅值，并与电感L基本上处于隔离状态;一旦断路器分闸截流而在L两端出现过电压，D₁或D₂导通，L中的励磁能量随之释放给电解电容C。由于C值选得很大，端部电压升得不高，大电容C起到了稳压作用，即达到了大幅度降压的目的。

C的具体数值根据电磁能的转化规律以及预期过电压的倍数加以计算确定，它与变压器的容量成正比，与变压器额定电压的平方成反比。对于大容量的35KV的电炉变压器，C值为千微法级。

大量的模拟试验以及35KV电炉变压器在正常运行条件下的实测结果证明，利用上述限压装置，能够可靠地将变压器高、低压绕组的对地电压抑制到1.5倍以下，因而基本上消除了这种过电压的危害作用。

为了释放截流过程中C上充电部分的能量，同时，由于变压器绕组设有多个分级头，当次级电压从高调低时，C上的充电电压也应通过泄流随之下降，故在图1中设置了10⁵欧级的并联电阻R₁来达到这一目的。

当限压装置投入到带电变压器的低压侧，或者真空断路器合闸时，电容C和整流管D中将会通过颇大的初始冲击涌流，为此，在主电路中串进一个限流电阻R₂，它将最大涌流抑制到不超过变压器励磁电流的幅值（折算到低压侧），这样，就可根据励磁电流、整流管所能耐受的冲击涌流的容许倍数及其端部出现的最大的恢复电压来选择D₁和D₂。

图2为本发明装置连接到电炉变压器三相低压绕组时的一个实施例子。方框内为限压装置，用六个整流管D接成三相整流电路。由于电解电容C通过D跨接在绕组的线电压上。其吸能效果要比图1中跨接在绕组相电压上的更为有效，同时，考虑到所需限制的截流过电压实际上是单极性的，故此C值的大小可取与图1中的C值相同。

由于限流电阻R₂与C串联，当被截励磁电流转移到限压回路时，将在R₂上产生一定的压降，它与C上直流充电电压迭加的结果使得过电压的幅值有所升高，为了克服这一缺点，图中增设了一个R₂的短接装置。为此，在低压绕组L₂的相间并接一个小容量的单相降压变压器B;由于电炉变压器的次级电压经常变动，故将B的次级电压通过W加以稳压，并经整流后连至一个延时继电器J，其常开触点J₁与R₂相并接。当电炉变压器断电时，J₁打开，R₂投入;通电时，R₂限制了通过D中的充电电流，经过短暂时延，电容C充电完毕，J动作，J₁闭合，R₂被短接，因而整个装置处在无R₂的限压准备状态。

本装置动作可靠，结构紧凑，首台样品的外部尺寸只有25×35×15cm，而且由于处在低压侧，十分安全，可以放在低压绕组的近旁或其他任何地方而几乎不占空间位置。本装置的成本低廉，约为现有避雷器价格的四分之一。