摘要：本文介绍电弧炉变压器运行基本情况，根据过电压产生原理从理论数据上分析电弧炉变压器过电压产生原因，并结合现场设备维护经验采取了氧化锌避雷器和阻容保护吸收过电压的保护措施。经设备合理选型，实际运行情况表明采取的保护措施可较好地处理过电压问题。

    1 基本情况
    某特殊钢冶炼系统现有1座60T高阻抗交流电弧炉（EAF），配套1台电弧炉变压器。该变压器型号为HSSPZ-35000/35，额定容量为35000kVA，额定电压为35kV，联接组别为Ydl 1，配套的高压停送电装置为西门子3AH4系列真空断路器（（2套，一用一备）。在电弧炉变压器运行过程中，其油色谱分析数据部分超标。经分析，初步判断C2H2、H2气体超标是因过电压导致变压器内部绝缘损坏击穿出现放电。

    2 过电压分析
    在电弧炉正常冶炼操作过程中，电极调节控制采用西门子ACaNEC神经元模糊恒阻抗控制系统，以避免电流较大波动。正常断电流程为停电信号发出后，电弧炉电极提升，脱离钢水液面，电弧炉变压器进入空载状态，罗氏线圈检测到弧流接近零值时向断路器发出分闸信号。但在电弧炉冶炼初期情况复杂易出现塌料现象或因操作原因导致电弧炉变压器电流突变，继电保护系统速断跳闸，变压器带负荷断电，引起的操作过电压在绝缘薄弱环节形成拉弧、放电。操作过电压大部分为截流过电压，本文以真空开关在全负荷下突然开断情况来分析操作过电压。
    电弧炉变压器联接组别如图1所示。一次侧绕组可等效为一个大电感，绕组间及临近线圈间存在分布电容些电容可用一个与变压器绕组并联的等效电容来表示弧炉变压器一次侧等效电路如图2所示。



    当真空开关开断并快速灭弧时，电源即与负载完全分离，电磁能与电场能互相转换，形成高频能量振荡，并逐步衰减。电感L和电容C中储存的能量分别为：

    电感L中的电流不能突变，其储存的能量转移至电容C，使电容电压升高。由于能量转移过程中要消耗一部分能量，因此实际作用于电容C上的过电压能量约为理论值的50%。假设电容C的电压为E'，即：

    式中，Em=35kV；电感L和电容C通过变压器铭牌参数和开路试验进行计算。

    当cosω=1，Io取电弧炉变压器一次侧运行电流最大值400A时，E'达到最大，为95kV。
    西门子3AH4系列真空断路器技术参数：额定电压U、=40. 5kV；额定短时工频耐受电压Ud=85kV；额定雷电冲击耐受电压Up=195kV。因Up > E'max > Ud，故操作时过电压会突破真空断路器、高压线路、电弧炉变压器的薄弱点，造成设备损坏。损坏形式以真空断路器绝缘击穿放电为主，以电弧炉变压器主绝缘和匝间绝缘损坏为辅，都会造成严重的经济损失。

    3 过电压处理措施
    对于过电压，目前在电弧炉冶金领域常用的主要防护措施是加装氧化锌避雷器和阻容吸收保护装置。
    3.1加装氧化锌避雷器
    氧化锌避雷器实际是一个非线性压敏电阻，在工作电压下呈极大电阻，漏电流为微安级，不影响电网运行；在过电压下，其阻值剧降并呈稳压特性，一般可将过电压限制在2倍相电压以下，且阀片间有一定电容量，对残压突变有抑制作用。
    3.2并联阻容吸收保护装置
    由于电弧炉变压器绕组分布电容C= 400nF，极小，因此接入并联电容c后，相当于增大了变压器负载电容，减小了特征阻抗，显然有利于降低操作过电压。电阻R主要的作用是限制放电电流，保护电容。C和R的取值涉及大量理论计算，若根据估算和MATLAB仿真软件，则一般每相电阻取100～200～，电容取0. 1～0. 2μF。
    通过以上分析，选用SYB-ZR-3 5Z型三相复合式阻容过电压保护器，自动接入电网工频电压52kV±10%，其额定电容为0.1μF±10%。阻容吸收保护装置接入电路后，即改变了高频振荡回路，过电压抑制效果较好，实测最大过电压标么值相对地1.7、相间1.8，明显低于阻容保护装置装设在开关侧工况和装设各种型式MOA工况。虽然阻容吸收保护装置体积较大，且可能增加稳态时的对地电流，但是防过电压效果十分明显，因而在现场条件允许的情况下，可优先考虑在电抗器就地装设阻容吸收保护装置。

    4 结束语
    针对操作过电压对电弧炉变压器的影响，采用了安装氧化锌避雷器和阻容吸收保护装置的处理措施。氧化锌避雷器的主要优点是能量吸收能力强，可用于防雷电等大电流冲击；阻容吸收保护装置的主要优点是起始工作电压低，可有效减小电流冲击对设备的影响。两者相辅相成，具有良好的防过电压效果。