保障电石炉变压器和短网侧稳定高效运行提高电石产量

保障电石炉变压器和短网侧稳定高效运行提高电石产量

花鲁蒙

（中盐吉兰泰氯碱化工有限公司750336）

摘要：分析电石炉变压器和短网影响电石生产的原因，通过技术措施和管理措施保障电石炉变压器和短网侧稳定高效运行提高电石产量和电能利用率。

关键词：分析原因；采取措施；增产降耗

氯碱化工有限公司电石厂（以下简称电石厂）12台电石炉共36台电炉变压器频繁出现绕组变形、烧毁等故障，每次故障均要将变压器送出解体维修，维修周期长，严重影响正常生产。通过采取技术措施和管理措施保障电石炉变压器和短网侧稳定高效运行、降低故障频次，提升电石产量。

一、设备情况

电石厂共有12台功率为27000KW的电石炉，每台炉配置三台HCDSPZ-9000/35型变压器，短网侧额定电压185V、额定电流48650A；补偿方式10.5KV中压补偿，容量3600KVAR；冷却方式强制油循环水冷，内部结构为两组变压器并联使用。自2008生产以来，变压器故障维修20台次，解体后95%为绕组变形、烧毁，并且每次最严重的故障出现在调压绕组。短网损耗大，额定电流时压降在10V以上；通水电缆电流均匀性差，影响一台变压器内并联的两台变压器负荷分布。

二、原因分析

1、变压器方面的原因

变压器的内分为两个主变和调变，共四台变压器共用两个铁芯。每个主变铁芯的立柱外从内向外依次排布着调压绕组、高压绕组、低压8字绕组的固定电压绕组；每个调变铁芯的立柱外从内向外依次排布着调变高压绕组、低压8字绕组的可调电压绕组。变压器1-15档为恒功率档位，16-27档为恒电流档位，调压绕组除调压作用外还兼顾无补偿的作用（每台变压器带补偿容量3600KVAR）。整个电炉变系统如下图：

10.5KV无功补偿为带12%电抗率电抗器的固定补偿，分为两组，一组容量4800KVAR，一组容量6000KVAR。这种配置结构存在以下问题：

a.处在最内层的调压绕组负荷重、电流大、散热不好，组维修变压器的过程中均发现调压绕组的绝缘层明显比其它绕组的颜色深，发黑、脆化。

b.利用调压绕组进行无功补偿只能提高35KV电源侧的功率因数，不能提高短网侧的功率因数，不能提高变压器的出力能力。

c.一个变压器内并联的两台变压器受短网电阻和接触电阻的影响负荷不一致。

d.10.5KV端口电压配合带12%电抗率电抗器的电容补偿后，电容的端电压要超过电容的额定工作电压，目前只能降低35KV进线电压来控制10.5KV电压降至10KV以内。

e.电容器出现短路、接地故障，短路电流对变压器造成冲击引起绕组变形、烧毁（已发生过多次）。

f.电抗器发热，造成电容器室温度超过电容的最高工作温度。

g.对不平衡电流和提高电炉产量无改善。

2、短网电阻和接触电阻的方面的原因

a.短网侧电流大，能耗大。由于短网侧电流高达40KA左右，短网电压降高，电炉电极电压比变压器出线电压低10多伏。

b.短网侧并联运行的通水电缆内部电阻不一致导致一台变压器内部的两台变压器负荷不一致，负荷大的温升高、损耗大、老化快。

c.通水电缆和电极铜瓦、电极铜瓦和电极的接触电阻不一致，也导致一台变压器内部的两台变压器负荷不一致，甚至有些通水电缆就不流过电流。也会导致一台变压器内部的两台变压器负荷不一致，负荷大的温升高、损耗大、老化快。

三、技术方面采取的应对措施

1、取消10.5KV中压无功补偿，改为短网侧补偿。

电石炉无功补偿装置技术经济对比

高压补偿，设备简单，投资少；补偿装置出现故障时电流不通过电石炉变压器；补偿装置不受电石炉变压器接线变换及电石炉其它方面变化的影响。高压补偿方式仅能够提高供电线路的功率因数，不能降低变压器的损耗，不能提高变压器的有功出力，不能提高产量，不能改善三相不平衡的运行工况，不能提高产品品质。因上级电源有集中电容补偿装置，所以采用高压补偿意义不大。

调压组中压补偿，设备简单，投资少；补偿装置出现故障时电流会冲击电石炉变压器。能够提高供电线路的功率因数，不能降低变压器的损耗，不能提高变压器的有功出力，不能提高产量，不能改善三相不平衡的运行工况，不能提高产品品质。

短网侧直接补偿，可以提高电石炉的功率因数，降低电石炉短网和变压器的无功消耗，提高变压器的有功输出能力，分相补偿方式可使三相功率不平衡度下降，达到三相功率相等，达到提高产品产量、降耗的目的。同时，补偿电容工作电压低，可以低成本配置高可靠的元件，组成的设备可靠性高，也降低了调压绕组的负荷、减少发热量。该方式是无功功率补偿目前补偿方式中最合理的。

综合上述情况，本着节能降损、提高产品产量、节约改造成本、提高可靠性的原则，应采用短网侧直接补偿的方式，即可降低补偿电容故障对变压器的冲击又可提高产品产量。

三台9000KVA变压器无功补偿计算。补偿前（COSφ1=0.85）：视在功率：S1=27000KVA；功率因数：COSφ1=0.85；有功功率：P1=S1×COSφ1=27000×0.85=22950kW；无功功率：Q1=√（S12-P12）=14200KVAR。补偿后（COSφ2=0.98）：视在功率：S2=27000KAV；功率因数：COSφ2=0.98；有功功率：P2=S2×cosφ2=27000×0.98=26460KW；无功功率：Q2=√（S22-P22）=5373KVAR。需补偿无功功率：Q=Q2-Q1=14200-5373=8827KVAR。经济效益分析：补偿前有功功率：P1=S1×COSφ1=27000×0.85=22950kW。补偿后有功功率：P2=S2×COSφ2=27000×0.98=26460KW。有功功率提高：P=P2-P1=26460-22950=3510KW。

2、改短网水电缆为铝母线。

目前变压器的每一相通水电缆在40KA电流运行时压降在8-10V左右，按大电流铝母线0.3-0.5A/mm2的载流能力，选用80000mm2（0.5A/mm2）铝母线，取母线温渡为100℃母线电阻率（硬铝）=0.029[1+0.00403*（100-20）]=0.0383496Ωmm2/m，则母线40KA电流时的压降为0.0383496/80000*10*40000=0.19175V，功率损耗7.67KW，代替通水电缆电压降可由8-10V降为0.19175V。损耗由320KW（以8V压降计算）降为7.67KW，节约312.33KW，三台变压器就要节约1873.98KW，每年按使用300天计算，可节约电量13492656KWH，12台电石炉如果全部完成改造，经济效益明显。

3、在不将短网水电缆为铝母线的情况下。因现变压器内部有两组汇流铜排，当外部短网电阻不一样时存在变压器绕组电流不平衡的问题，因此在变压器出口外部要加装汇流铜排，同时为防止短网的电磁振动向变压器传播，要同时增加软连接。

4、在低压侧增加罗氏线圈测量每个低压出线的电流，如发现电流不均则发出警报，在一定时间内不处理，自动停变压器。

5、在变压器的35KV电源侧安装限流电抗器，降低变压器停送电和电石炉运行电流波动对变压器绕组的冲击，同时也可以降低对上级变电站的冲击。

6、对于低压侧软连接存在偶尔短路的现象，可以采取控制好更换的软连接的长度、在软连接外包裹绝缘的青稞纸和白布带、在不同极性的软连接间装绝缘板的措施。

四、管理方面采取的应对措施

1、减少处理料面的次数，加大处理料面的周期，减少停送电次数，减少停送电对变压器的冲击。

2、控制变压器负荷和短网侧电流，不过负荷运行的同时，也要控制变压器短网侧电流不超过变压器额定值运行。

3、每季度做一次油色谱分析，并与上次结果进行比对，除关注氢、乙炔、总烃外，也要关注产气速率的变化。

4、控制35KV进线电压，保证变压器中压侧电压不超过10KV。

5、给电容器加装示温腊片，方便巡检。

6、同时测量变压器低压侧和电炉电极电压，保证短网侧导电情况良好，防止变压器不平衡带负荷运行；同时还可以监视短网耗电情况，发现问题及时处理，降低损耗。

7、变压器尽量工作在低电流高电压状态，可又减少变压器绕组的电磁力，同时降低短网侧损耗。

8、每月对有载调压开关的动作次数进行统计，达到《DLT574-2010变压器分接开关运行维修导则》规定的动作次数和使用年限按照《DLT574-2010变压器分接开关运行维修导则》的要求检修。

总结，通过逐步采取以技术措施和管理措施，可保障电石炉变压器和短网侧稳定高效运行提高电石产量，降低变压器故障频次。

参考文献：

[1]《YBT4268-2012矿热炉低压无功补偿技术规范标准》

[2]《大电流母线的理论基础与设计》西安交通大学

[3]《大电流母线的设计、制造及安装》水利电力出版社

[4]《DLT574-2010变压器分接开关运行维修导则》

作者简介：

花鲁蒙：工程师，现为中盐吉兰泰氯碱化工有限公司电气工程师。