吳永仁

（中山ABB變壓器有限公司，廣東 中山 528449）

眾所周知，鋼鐵行業(yè)是高能耗、高物耗、高污染的典型“三高”產(chǎn)業(yè)之一，據(jù)統(tǒng)計，我國鋼鐵行業(yè)能耗占全國工業(yè)總能耗的15.18%，所排放的廢水廢氣占工業(yè)總排量的14%，固體廢物排放量占工業(yè)廢棄物總量的16%。改革開放以來，中國鋼鐵行業(yè)快速發(fā)展，但隨之而來的資源消耗過大、環(huán)境污染嚴(yán)重、資源運輸供給不足等問題也日漸突出，慢慢成為鋼鐵行業(yè)發(fā)展的瓶頸，嚴(yán)重制約鋼鐵行業(yè)的發(fā)展。如何突破該瓶頸成為當(dāng)代鋼鐵人員面臨的主要課題。增效節(jié)能是ABB的核心業(yè)務(wù)，針對鋼鐵行業(yè)目前面臨的瓶頸問題，ABB給出了有效可行的解決方案：將其成熟的變壓器技術(shù)應(yīng)用到鋼鐵生產(chǎn)工藝中，利用電弧熱效應(yīng)來冶煉鋼鐵——常見的爐煉變壓器有EAF（電弧爐）和LF（精煉爐）兩種。這種冶煉方式比較耗電，但可徹底解決能源運輸問題，同時減少CO2和其它廢氣廢水的排放，降低能耗。

圖1 鋼鐵冶煉現(xiàn)場

電爐變壓器是電爐冶煉工藝的關(guān)鍵部件之一，是整個工藝流程的能源節(jié)點，其作用是將電網(wǎng)提供的高壓電轉(zhuǎn)換成可控可調(diào)節(jié)的低壓電供給熔煉爐電極使用：變壓器的高壓套管與電網(wǎng)連接，低壓通過U型銅管或銅排經(jīng)二次短網(wǎng)和熔煉爐的電極連接。通過控制變壓器的有載調(diào)壓開關(guān)來調(diào)節(jié)熔煉爐電極的電流，滿足煉鋼的需要，圖2是一個常用的電爐冶煉工藝流程布置圖。電爐變壓器都配備有高性能的有載調(diào)壓開關(guān)，由于其切換頻繁，觸頭拉弧現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，開關(guān)內(nèi)變壓器油污染嚴(yán)重，所以開關(guān)在線濾油機也是必備的。電爐變壓器較常規(guī)電力變壓器有以下幾個特點。

圖2 冶煉工藝布置圖

1）頻繁勵磁

常規(guī)電力變壓器是穩(wěn)壓運行，一年半載不斷一次電；電爐變壓器根據(jù)熔煉工藝要求，每天少則調(diào)壓斷電幾十次多則幾百次，變壓器的每次合閘都會對其鐵心和線圈造成極大的沖擊，這就要求設(shè)計時須充分核算變壓器的涌流及抗短路力。

2）運行環(huán)境惡劣

電爐變壓器通常放置在鋼廠或鋁廠的冶煉爐附近，那里不僅溫度高粉塵大，而且空氣中還含有大量的腐蝕性化學(xué)物質(zhì)，這就要求設(shè)計時充分考慮變壓器及其附件的選材，避免變壓器被腐蝕而出現(xiàn)漏油甚至更大意想不到的問題

圖3 ABB超高功率電爐變壓器

3）低壓電流大

對于電爐變壓器來說，幾萬安培的電流算是很普通的，這么大的電流，在其周圍會產(chǎn)生一個相當(dāng)大的交變磁場，極易在其附近的金屬結(jié)構(gòu)件中產(chǎn)生渦流損耗甚至產(chǎn)生熱點，ABB通常使用 fiberglass板和無磁鋼板來代替常規(guī)的鐵結(jié)構(gòu)件以減少渦流損耗同時避免出現(xiàn)熱點。

ABB電爐變壓器和整流變壓器占全球工業(yè)市場份額超過四分之一，過去五年中，ABB向中國鋼鐵客戶提供了超過25臺工業(yè)變壓器，中山ABB還為國外鋼鐵公司提供5臺電爐變壓器。ABB變壓器在價格方面同競爭對手相比并不占優(yōu)勢，但其在運行穩(wěn)定性、可靠性、壽命、溫升控制、抗短路能力、節(jié)能效率等方面優(yōu)勢相當(dāng)突出。這源于ABB變壓器先進的設(shè)計工藝?yán)砟睿瑥姶蟮姆治瞿M平臺，合理的結(jié)構(gòu)布置。下面以 HSSPZ-45000/35系列電爐變?yōu)槔?，簡述一下ABB變壓器的獨特結(jié)構(gòu)。

1）抗短路能力方面

為了使變壓器擁有超強抗短路能力，首先，由于變壓器內(nèi)線圈在短路時會受到相當(dāng)大的幅向應(yīng)力，因此ABB在內(nèi)線圈設(shè)計時，采用線圈自支撐理念，盡量選用大應(yīng)力大尺寸的自粘換位導(dǎo)線來增大其抗短路能力。其次，ABB在線圈結(jié)構(gòu)布置中使其機械和電氣中心重合，安匝沿軸向均布來保證安匝平衡，減少幅向漏磁量，有效控制線圈的軸向短路力。第三，ABB采用優(yōu)質(zhì)高密絕緣件，保證線圈預(yù)壓力大于短路臨界失穩(wěn)力， 有效控制在動態(tài)短路條件下出現(xiàn)線圈沿軸向松散的情況。

2）溫升控制方面

ABB采用了——系列的措施來保證溫升限值及防止熱點出現(xiàn)：首先，為增大鐵心有效散熱面，降低溫升，ABB采用獨特的鐵心油道設(shè)計方案—萬向油道。其次，ABB的設(shè)計軟件能準(zhǔn)確計算出鐵心不同區(qū)域的熱點溫升和損耗分布，并以此為依據(jù)優(yōu)化鐵心油道放置。第三，在線圈結(jié)構(gòu)方面，ABB采用“Z”型冷卻回路，避免出現(xiàn)冷卻死角。第四，用三維有限元分析軟件 INFOLYTICA對變壓器進行熱點分析，防止出現(xiàn)局部過熱。第五，在變壓器整體冷卻方面，ABB可準(zhǔn)確模擬其溫度場分布，并按其來布置冷卻回路，合理選取進出油口和冷卻方式，電爐變壓器通常使用強油水冷OFWF。

圖4 抗短路能力不足產(chǎn)生的嚴(yán)重后果

圖5 電爐變壓器冷卻系統(tǒng)

圖6 溫度場模擬分析

3）噪聲控制方面

首先，ABB選用低噪聲硅鋼片，并合理選用鐵心搭接方式，減少內(nèi)部電磁噪聲。其次，使用獨特的鐵心夾緊結(jié)構(gòu)，避免器身松動。第三，使用專門的核算程序計算油箱尺寸，避免油箱發(fā)生共振。第四，采用獨特的磁屏蔽結(jié)構(gòu)，減少噪聲傳遞及輻射。

圖7 共振核算程序

ABB變壓器除了上述結(jié)構(gòu)特點外，它在能效和外部結(jié)構(gòu)方面也采取了很多有效的措施來保證變壓器的整體性能。對變壓器而言，原則性的理論都一樣，材料決定性能的大方向，細(xì)節(jié)設(shè)計往往是性能保證的關(guān)鍵。

圖8 ABB工業(yè)變壓器組

ABB強大的技術(shù)優(yōu)勢得益于其統(tǒng)一設(shè)計軟件，統(tǒng)一技術(shù)平臺，全球資源共享。ABB所有設(shè)計方案都出于有依據(jù)的分析而不是憑空想象或完全由經(jīng)驗得來，這是ABB的工作模式，也是ABB的技術(shù)優(yōu)勢，是ABB變壓器長期屹立世界前端的根基。當(dāng)然對于中山ABB來說，變壓器沒有最好的，只有更好的，持續(xù)改進是我們永不停止的工作。