Ⅰ. 沙特钢铁厂电弧炉供配电系统的应用需求

 

1. 电炉短流程炼钢的负荷特征

沙特钢铁工业依托天然气资源，形成气基直接还原铁（DRI）加电弧炉短流程的生产结构，主要企业分布在朱拜勒、拉比格、拉斯海尔等工业区。冶炼与精炼用电通常占全厂用电量 60% 以上，电炉变压器因此成为决定产量、吨钢电耗与设备可用率的核心装备。
电弧炉一个冶炼周期依次经历点弧、熔化、熔清、升温、出钢。熔化期电弧长度剧变，炉料塌落造成周期性短路，二次侧电流在数十千安量级反复冲击。以 100 t 超高功率炉、日出钢 20～24 炉、吨钢电耗 350～450 kWh 计，变压器每日承受的分合与短路冲击可达数十次，运行强度远高于普通配电变压器。

从供电角度看，电弧炉属典型冲击性负荷：通电时功率骤升，接弧中断或停炉时功率骤降，无功需求随之大幅摆动。这要求变压器具备足够的短时过载能力与快速调压响应，也要求配套开关设备适应频繁操作工况。

2. 沙特电网与现场条件的适配要求

沙特电力公司（SEC）中压配电序列为 33 kV 与 13.8 kV，低压侧 380 V 或 400 V，额定频率 60 Hz。设备不能直接套用国内 50 Hz、110/35/10 kV 方案，主要差异见表1。

表1　中国与沙特钢铁项目电网典型参数对照

项目	中国典型配置	沙特典型配置
电网频率	50 Hz	60 Hz
高压进线	110 kV / 35 kV	132 kV / 33 kV
中压配电	35 kV / 10 kV	33 kV / 13.8 kV
低压配电	400 V	380 V 或 400 V
夏季极端环境温度	40 ℃ 级	50 ℃ 级，内陆可达 52 ℃ 以上
环境特征	常规工业粉尘	沙尘暴、沿海盐雾
变压器适用标准	GB 1094 系列	IEC 60076 系列、SEC 规范、SASO 认证

频率变化会改变铁心磁通、阻抗百分比与冷却风机工作点，沿用 50 Hz 设计易造成阻抗偏差与温升裕度不足，本项目设备均按 60 Hz 重新核算，并提供对应型式试验报告。

3. 供配电系统的三个层级

电炉主回路由 33 kV 或 13.8 kV 进线经电炉变压器降至 200～450 V，经短网与石墨电极送入炉内，容量最大、工况最严酷；精炼与公辅系统由 LF 变压器、除尘风机、冷却水循环及连铸传动构成，负荷平稳但失电即造成整炉钢水降级；厂区配电由 13.8 kV/0.4 kV、33 kV/0.4 kV 配电变压器与低压柜承担，供电控、仪表、照明与检修。

Ⅱ. 沙特钢铁厂电炉变压器选型面临的主要挑战

   * 动态负荷与短路冲击。电炉变压器容量通常按每吨炉容 600～800 kVA 配置，超高功率炉取上限。容量偏小会延长熔化时间、推高电耗；阻抗偏低则短路电流过大，加剧电极与短网热负荷。按 IEC 60076-5，短路试验后电抗变化率须控制在 2% 以内。

   * 低电压、大电流的二次侧设计。二次侧电压 200～450 V、电流可达 10～60 kA，短网与出线端子易产生附加损耗与局部过热，须对大截面铜排、套管间距、电磁屏蔽与短网阻抗专项设计，避免端子温升超标与绝缘加速老化。

   * 60 Hz 与本地电压序列差异。沙特项目普遍要求符合 IEC 60076 并取得 SASO 认证及 SABER 注册，招标文件通常要求提供 60 Hz 型式试验、损耗与阻抗实测数据，国内 50 Hz 报告不能替代。

   * 高温、沙尘与盐雾。夏季极端温度达 50 ℃ 以上，沙尘堆积散热器降低散热效率，沿海工业区存在盐雾腐蚀。按 40 ℃ 常规设计的设备在此工况下往往需降容 5%～10%。

   * 电能质量与并网要求。电弧炉引起电压波动、闪变与 2、3、4、5、7 次谐波，须配置 SVC 或滤波装置，并与变压器阻抗、保护定值统一核算。按沙特电网对公共连接点的考核要求，闪变与谐波畸变率均需在并网前完成实测验证。

   * 老旧设备替换。服役超过 20 年的电炉变压器普遍存在铭牌缺失、绝缘老化与损耗上升，替换还须核对安装尺寸、基础油池与短网接口，否则存在到场无法就位的返工风险。

Ⅲ. 恒丰帅电炉变压器及配电系统解决方案

1. 系统架构与核心设备

恒丰帅（HENGFENGSHUAI）按“冶炼主回路—精炼与公辅—厂区配电”三级架构配置成套设备，统一电气接口与保护配合。电能流向为：33 kV 或 13.8 kV 进线 → 中压开关柜 → 电炉变压器（含串联电抗器）→ 短网 → 石墨电极 → 熔池；同期经 LF 变压器向钢包精炼炉供电，经配电变压器降压至 380/400 V 供公辅系统。

核心设备分工：电炉变压器承担降压与有载调压，跟踪各冶炼阶段功率需求；串联电抗器限制短路电流、稳定电弧燃烧；LF 变压器按电炉变压器容量的 20%～40% 配置，调压级数多、单级压差小，满足精炼精细控温；中压开关柜完成合分、保护、计量与测控；配电变压器与低压柜为除尘、水泵、连铸传动供电，并对大容量电动机预留软启动或变频接口。

 

2. 电炉变压器选型的八项参数核对

恒丰帅依据客户技术规范、炉型资料与供电系统条件逐项核对以下参数，确保设备与生产工况匹配：

   * 额定容量。按每吨炉容 600～800 kVA 初选，再结合冶炼周期与过载能力复核；100 t 超高功率炉通常配置 80～100 MVA。

   * 一次侧电压。按 SEC 进线确定为 33 kV 或 13.8 kV，大型联合钢厂可采用 132 kV 直接进线。

   * 二次侧电压与电流。最高电压 400～450 V、最低 200～250 V，额定电流按容量换算，典型 10～60 kA。

   * 调压方式与级数。有载调压，典型 17～23 级，级电压 8～20 V。

   * 阻抗电压。含电抗器后 6%～12%，按炉型与系统短路容量核定。

   * 冷却方式。按环境温度与负荷曲线确定 ONAN/ONAF/OFAF 组合，50 ℃ 环境下留 10%～15% 散热余量。

   * 绝缘与温升。按 IEC 60076-3 确定 LI/AC 水平，绕组温升 ≤65 K，顶层油温升 ≤60 K。

   * 运行条件与验收。明确年运行小时、负荷曲线、安装方式、适用标准及试验项目清单。


上述参数在采购前一次性确认，可显著降低设计变更、制造偏差与交付延误的风险。

3. 高温、沙尘与盐雾环境配置

温升按 50 ℃ 环境校核，散热器面积较常规增加 10%～15%，冷却风扇可分组投切，低负荷时减少冷却组投入以降低辅机能耗；油箱采用全密封结构，配胶囊式储油柜与免维护呼吸器，外部附件加装防尘罩，散热器翅片间距加大便于冲洗。内陆厂区采用 C4 级防腐，干膜厚度不低于 150 μm；沿海厂区采用 C5-M 重防腐，干膜厚度不低于 250 μm，通过 720 h 中性盐雾试验，户外箱体防护等级不低于 IP54。

4. 开关柜、辅助配电与替换服务

中压开关柜按 36 kV 与 17.5 kV 配置，额定电流 630～1250 A，短路开断 25～31.5 kA，满足 IEC 62271-200 内部电弧等级 IAC AFLR；配机械寿命不低于 10 000 次的真空断路器。配电变压器按 33/0.4 kV 与 13.8/0.4 kV 供货，容量 500～2500 kVA，联结组 Dyn11，损耗按 IEC 60076-20 与 SASO 能效控制；低压柜按 IEC 61439 设计，主母排至 4000 A，短时耐受 65 kA/1 s。

替换项目提供现场测绘与接口核对：复核原设备铭牌、基础尺寸、油池容积、进出线方位与短网接口，必要时以三维扫描复原安装空间；图纸缺失时按实测数据反推电气参数，并在技术协议中明确停炉窗口与调试责任界面。

5. 技术文件与质量支持

设备交付同步提供技术参数表、产品图纸、选型计算书与出厂试验报告。对于有特殊检验要求的项目，可在技术协议中明确适用标准、检验项目、见证方式与文件清单，并配合业主或第三方机构完成 SASO 认证、SABER 注册及现场验收。采购阶段一次性确认参数与文件范围，可减少制造、验收与运维环节的沟通成本，随机技术文件提供中英文版本，便于 EPC 承包商与业主归档。

Ⅳ. 推荐产品与关键技术参数

1. 电炉变压器

采用 HSSPZ 系列有载调压结构，可按炉容、二次侧电压与工艺定制，典型参数见表2。

表2　电炉变压器典型技术参数

参数项目	典型范围 / 指标
额定容量	50 / 60 / 80 / 100 / 120 / 130 MVA（可定制）
一次侧额定电压	33 kV / 13.8 kV / 132 kV
二次侧额定电压	200～450 V，有载调压 17～23 级
二次侧额定电流	10～60 kA
阻抗电压	6%～12%（含电抗器）
联结组别	Yd11
冷却方式	ONAN / ONAF / OFAF
额定频率	60 Hz（可提供 50 Hz 版本）
温升限值	绕组 ≤65 K，顶层油 ≤60 K
局部放电	≤10 pC（1.5 Um）
噪声水平	≤75 dB(A)，距设备 1 m
设计寿命	≥30 年
防腐等级	C4 / C5-M
适用标准	IEC 60076、IEC 60214-1、SASO 认证

获取更多电炉变压器产品信息
 

2. 钢包精炼炉变压器

表3　钢包精炼炉（LF）变压器典型技术参数
 

参数项目	典型范围 / 指标
额定容量	10 / 16 / 20 / 25 / 32 / 40 MVA
电压组合	33 kV 或 13.8 kV / 250～420 V
调压方式	有载调压，级差小、级数多
阻抗电压	6%～8%
联结组别 / 冷却	Yd11；ONAN / ONAF
频率 / 温升	60 Hz；绕组 ≤65 K，顶层油 ≤60 K
设计寿命	≥30 年

 

3. 中压开关柜与配电变压器

表4　中压开关柜（33 kV / 13.8 kV）典型技术参数
 

参数项目	典型范围 / 指标
额定电压	36 kV / 17.5 kV
额定电流	630～1250 A
短路开断 / 短时耐受	25～31.5 kA；25 kA / 3 s
内部电弧等级	IAC AFLR（IEC 62271-200）
断路器	真空断路器，机械寿命 ≥10 000 次
防护 / 频率	IP4X（柜体）、IP54（户外）；60 Hz
适用标准	IEC 62271-200、IEC 62271-100

获取更多中压开关柜产品信息




表5　配电变压器（33/0.4 kV、13.8/0.4 kV）典型技术参数

参数项目	典型范围 / 指标
额定容量	500 / 800 / 1250 / 1600 / 2000 / 2500 kVA
联结组别 / 阻抗	Dyn11；6%
冷却 / 防护	ONAN；IP54（户外）
损耗水平	按 IEC 60076-20 与 SASO 能效控制
防腐 / 寿命	C4 / C5-M；≥25 年

获取更多配电变压器产品信息
 

Ⅴ. 恒丰帅方案的技术优势

   * 60 Hz 专项电磁设计。铁心磁通密度按额定电压下不超过 1.60 T 控制，阻抗与损耗按 60 Hz 重新计算，避免套用 50 Hz 方案造成的阻抗偏差与温升不足，出厂提供 60 Hz 实测数据。

   * 短路承受与热稳定。绕组采用导电率不低于 99.9% IACS 的高纯度无氧铜，配换位导线降低环流损耗；按 IEC 60076-5 完成短路校核，满足每日数十次短路冲击，短路后电抗变化率控制在 2% 以内。

   * 高温工况的冷却冗余。按 50 ℃ 环境校核温升，散热面积预留 10%～15% 余量，OFAF 第三级冷却可支撑 1.2 倍额定负荷连续运行 2 h。

   * 低损耗与经济性。大容量机组额定工况效率不低于 98.5%。以 100 MVA、损耗率降低 0.1 个百分点、年运行 7000 h 计，每年减少损耗电量约 70 万 kWh。

   * 防腐与合规交付。C5-M 体系通过 720 h 中性盐雾试验，全密封油箱降低维护频次；按 IEC 60076 提供电压比、阻抗、损耗、温升、绝缘、雷电冲击与局放试验报告，配合 SASO 认证、SABER 注册及第三方见证。

   * 一站式配套与接口协调。电炉变压器、LF 变压器、中压开关柜与配电变压器由同一供方供货，电压等级、保护定值与接口尺寸统一设计，减少 EPC 环节的多方协调与现场返工。

Ⅵ. 应用场景与容量配套

方案适用于新建电弧炉车间主回路与公辅配电、钢包精炼炉与真空脱气装置供电、连铸与轧钢线配电、除尘与冷却水系统配电，以及服役超过 20 年的电炉变压器、开关柜整体替换。分期建设的钢厂，主变压器可按单台容量分步投入，预留并联运行与扩容接口。

表6　电弧炉容量与变压器典型配套关系
 

电弧炉公称容量	变压器额定容量	二次侧最高电压	二次侧额定电流（参考）
70 t	50～60 MVA	350～400 V	约 80～100 kA
80 t	60～70 MVA	380～420 V	约 90～105 kA
100 t	80～100 MVA	400～450 V	约 110～145 kA
130 t	100～130 MVA	420～460 V	约 135～180 kA
150 t	120～150 MVA	430～480 V	约 160～200 kA

注：二次侧电流按最高二次电压与额定容量换算，实际值受调压级数与短网压降影响；LF 变压器按上表容量的 20%～40% 配套。最终容量须结合炉型、冶炼周期与业主规范核定。

Ⅶ. 典型配置参考

 

1. 新建 100 t 超高功率电弧炉＋LF 车间

主回路配 1 台 100 MVA、33 kV/400～450 V 有载调压电炉变压器，配串联电抗器与 33 kV 进线柜；精炼区配 1 台 32 MVA LF 变压器；公辅区配 2 台 2000 kVA、33/0.4 kV 配电变压器及低压柜，分别承担除尘风机、冷却水循环与连铸传动供电。全套按 60 Hz、50 ℃ 环境、C4/C5-M 防腐供货，主回路与公辅回路分设计量，避免冶炼冲击负荷对辅助系统造成电压扰动。
 

2. 70 t 电弧炉变压器整体替换

按“先测绘、后设计、再制造”推进：复测基础尺寸、油池、进出线方位与短网接口；新设备容量提升至 55～60 MVA，采用 ONAN/ONAF 冷却与有载调压，外形与原设备一致，确保在既定停炉窗口内完成更换与调试。
 

3. 公辅系统配电整体配套

按负荷清单配置 13.8 kV/0.4 kV 配电变压器 4～6 台，单台 800～2500 kVA，配套低压柜与电动机控制回路；对除尘风机、水泵等大容量电动机预留软启动与变频接口，并按工艺分区设置计量，便于分区能耗考核。
 

Ⅷ. 常见问题解答

问 1：电炉变压器容量如何确定？
答：按每吨炉容 600～800 kVA 初选，再结合冶炼周期、吨钢电耗与过载能力校核。100 t 超高功率炉通常配 80～100 MVA；若采用连续加料与泡沫渣操作、冶炼周期缩短至 45 min 以内，宜取上限并留 10% 余量。

问 2：与普通配电变压器的主要区别？
答：电炉变压器面向低电压、大电流与周期性短路冲击，二次侧 200～450 V、电流可达 10～60 kA，配多级有载调压与专用阻抗；普通配电变压器以电压变换和长期稳定运行为主，阻抗一般 4%～6%。

问 3：为什么沙特项目必须按 60 Hz 设计？
答：频率变化改变铁心磁通、阻抗百分比与风机工作点。50 Hz 设备直接用于 60 Hz 系统，阻抗偏差可达 15%～20%，影响短路电流分配与保护配合，冷却风量亦偏离设计值，须重新核算并出具 60 Hz 型式试验报告。

问 4：高温环境是否需要降容？
答：按 50 ℃ 专项设计并配 OFAF 第三级冷却、留 10%～15% 散热余量的设备可额定连续运行；沿用 40 ℃ 标准设计的设备通常需降容 5%～10%，采购时应在技术协议中明确温度基准与降容曲线。

问 5：替换项目需提供哪些资料？
答：原设备铭牌参数、图纸与安装尺寸、基础与油池条件、短网接口形式、运行记录及停炉窗口。资料缺失时可由供方现场测绘反推参数，但应在合同中约定接口确认的责任界面。

问 6：采购电炉变压器应提供哪些参数？
答：额定容量、一次侧与二次侧电压、二次侧电流、调压范围与级数、阻抗、冷却方式、额定频率、环境温度、安装方式、防腐等级、适用标准及验收文件清单；替换项目还须提供原设备参数与接口资料，便于一次性完成选型核对。

Ⅸ. 联系恒丰帅电气

如您正在规划沙特钢铁厂新建、电弧炉线扩建或既有电炉变压器替换改造，欢迎提供电压序列、炉型与容量、二次侧电压电流、环境温度、场址条件及适用标准，恒丰帅将据此提供电炉变压器、LF 变压器、中压开关柜与配电变压器的选型建议与成套配置方案。

邮箱：hfs@hengfengshuai.com　　　

   获取方案