Analýza poruch a opatření k vylepšení pro lehké plynové alarmy v transformátoru 25 MVA obloukového ohníku

Transformátor elektrického obloukového peci o výkonu 25 MVA v určité společnosti je zařízením dováženým z bývalého Sovětského svazu. Skládá se ze tří jednofázových transformátorů, každý s výkonem 8,333 MVA, s připojovací skupinou D,d0. Primární napětí činí 10 kV a sekundární napětí se pohybuje v rozmezí 140 až 230,4 V. Metoda změny cípů je změna cípů pod zátěží s 21 stupni (stupně 11, 12 a 13 jsou spojeny dohromady, celkem 23 poloh). Každá fáze může být nezávisle regulována, což umožňuje samostatné nastavení fází A, B a C během tavby pro udržení vyváženého proudu mezi třemi fázovými elektrodami.

Během normálního provozu transformátor fáze B zaznamenal dvě případy lehkého plynového poplachu. Po uvolnění plynu bylo obnoveno napájení a provoz se vrátil k normálu. Současně byly odebrány vzorky oleje pro analýzu plynovou chromatografii a výsledky nezaznamenaly žádné neregulárnosti. V té době byl problém především připisován vniknutí vzduchu způsobeného únikem v části olejového systému s negativním tlakem. V následujících dnech se však lehké plynové poplachy opakovaly často, dosahujíce až 6–7krát za směnu. Následné vzorkování oleje a analýza plynovou chromatografii odhalily neregulární výsledky.

1. Analýza lehkého plynového poruchy v transformátoru elektrického obloukového peci

Analýza plynovou chromatografií je založena na plynech rozpustných v oleji; pokud koncentrace překročí rozpustnost oleje, vytváří se volný plyn. Složení těchto plynů (v μL/L) je úzce spojeno s typem a závažností vnitřních poruch. Tato metoda tedy umožňuje detekci vnitřních poruch transformátoru již v rané fázi a kontinuální monitorování místa a vývoje těchto poruch.

Závěr analýzy: Celkové uhlovodíky a hladina acetylenu překročily přijatelné limity. Podle pravidel kódování tří-poměrové metody je kombinace kódů 1-0-1, což naznačuje, že typ poruchy je obloukový výboj.

2. Zjištění a analýza při vytažení jádra

2.1 Zjištění při vytažení jádra

Pro rychlé odstranění skrytých vad zařízení a prevenci eskalace poruchy bylo provedeno vytažení jádra. Inspekce odhalila, že porucha pochází z kontaktů polaritového spínace v zapojení změny cípů pod zátěží, které ukazovaly na závažné přehřívání a výrazné spáleniny.

2.2 Analýza přehřívání a poškození kontaktů polaritového spínace

2.2.1 Dlouhodobý přetížený proud na kontaktech

Vypočítaný nominální proud procházející kontaktem polaritového spínace byl 536 A. V důsledku častého přetíženého provozu pece přesáhl skutečný proud kapacitu spínace, což vedlo k nadměrnému teplotnímu stoupnutí na kontaktech. Toto přehřívání vytvořilo lokální horké skvrny, což zvýšilo odpornost kontaktu a iniciovalo „nezapletený cyklus“ vedoucí k rozkladu oleje, vzniku volného plynu a následným lehkým plynovým poplachům.

2.2.2 Dlouhodobý provoz kontaktů polaritového spínace ve stejné poloze

Polaritový spínač je vlastně výběrový spínač s dvěma polohami: jedna pro napěťové cípy 1–10 a druhá pro cípy 11–23. Ve skutečném provozu bylo sekundární napětí pece konstantně provozováno na cípech 21–23, což způsobilo, že kontakty spínace zůstaly dlouhou dobu ve stejné poloze. To eliminuje normální mechanické čistění povrchu kontaktu, což brání samočištění povrchu. Organické kontaminanty se akumulovaly, vytvářejí stabilní tmavou izolační vrstvu. Tato vrstva postupně snižuje nosnou schopnost proudu, zvyšuje odpornost kontaktu a teplotu. Zvýšená teplota dále urychluje depozici kontaminantů, posiluje „nezapletený cyklus“ a vede k vzniku volného plynu a plynovým poplachům.

3 Opatření k zlepšení

3.1 Zvýšení nosné schopnosti proudu na kontaktech a snížení odpornosti kontaktu

Pro řešení častých přetížení pece a splnění výrobních požadavků byly kontakty polaritového spínace přestavěny. Na základě skutečných měření a bez změny montážních rozměrů byla šířka původní lineární kontaktní plochy zvětšena o 2 mm pro zvýšení nosné schopnosti proudu. Původní pokovování chrom-niklem bylo nahrazeno tvrdým stříbrem a tloušťka pokovování byla zvýšena o 0,5 mm. Toto zlepšilo kontaktní tlak, snížilo odpornost kontaktu a zvýšilo vedení proudu.

3.2 Pravidelný provoz polaritového spínace bez zátěže

Pro prevenci dlouhotrvajícího nepohyblivého provozu a souvisejícího zvýšení odpornosti byl do prevencní zkoušky transformátoru zahrnut pravidelný provoz polaritového spínace bez zátěže. Uživatelé byli také povinni provést provoz spínace bez zátěže jednou za měsíc. Cílem je mechanické čistění povrchu kontaktu, odstranění depozit a snížení odpornosti kontaktu.

4 Závěr

Přehřívání kontaktů v zapojení změny cípů transformátoru patří mezi hlavní problémy ovlivňující stabilní provoz. Je nezbytné včas a přesně identifikovat povahu a místo poruchy pro cílená opravná opatření. Zkušenosti by měly být kontinuálně akumulovány pro zlepšení přesnosti analýzy. Pro lehké plynové poplachy v transformátoru elektrického obloukového peci byly prostřednictvím komplexní analýzy identifikovány kořenové příčiny a byla implementována efektivní opatření k odstranění skryté vady. Po více než dvou letech provozu se nepřihodily žádné podobné neregulárnosti. Toto řešení zabránilo ekonomickým ztrátám spojeným s odstraněním, opravou a neočekávaným výpadkem transformátoru, dosahující významných ekonomických výhod.