Fehleranalyse und Verbesserungsmaßnahmen für Leichtgasalarme in 25 MVA Lichtbogenschmelzofen-Transformator

Ein 25 MVA Elektrolichtbogenofen-Transformator in einem bestimmten Unternehmen ist ein Gerät, das aus der ehemaligen Sowjetunion importiert wurde. Er besteht aus drei Einphasen-Transformator, jeder mit einer Leistung von 8,333 MVA und einer Schaltgruppe D,d0. Die Primärspannung beträgt 10 kV, und die Sekundärspannung variiert zwischen 140 und 230,4 V. Das Spannungsstufenschaltverfahren erfolgt unter Last mit 21 Stufen (Stufen 11, 12 und 13 sind zu einer Stufe zusammengefasst, insgesamt 23 Positionen). Jede Phase kann unabhängig reguliert werden, was eine separate Anpassung der Phasen A, B und C während des Schmelzvorgangs ermöglicht, um einen ausgeglichenen Strom über die dreiphasigen Elektroden zu gewährleisten.

Während des normalen Betriebs kam es bei dem B-Phasen-Transformator zweimal zur Auslösung eines leichten Gasalarms. Nach dem Gasablass wurde die Energieversorgung wiederhergestellt und der Betrieb kehrte zum Normalzustand zurück. Gleichzeitig wurden Ölproben für eine Gaschromatographie entnommen, und die Ergebnisse zeigten keine Auffälligkeiten. Zu diesem Zeitpunkt wurde das Problem hauptsächlich auf Luftintrusion aufgrund eines Lecks im negativ gepressten Teil des Ölführungs Systems zurückgeführt. In den folgenden Tagen traten jedoch häufig leichte Gasalarme auf, bis zu 6-7 Mal pro Schicht. Spätere Ölproben und Gaschromatographien ergaben aber auffällige Ergebnisse.

1. Analyse des leichten Gasfehlers am Lichtbogenofen-Transformator

Die Gaschromatographie basiert auf in Öl gelösten Gasen; wenn die Konzentration die Löslichkeit des Öls überschreitet, bildet sich freies Gas. Die Zusammensetzung dieser Gase (in μL/L) steht in engem Zusammenhang mit Art und Schwere interner Fehler. Daher kann diese Methode interne Transformatorfehler bereits in einem frühen Stadium erkennen und deren Ort und Entwicklung kontinuierlich überwachen.

Analyseergebnis: Die Gesamthydrokarbon- und Acetylenwerte haben akzeptable Grenzwerte überschritten. Gemäß den Codierungsregeln der Dreiratio-Methode ergibt die Kombination 1-0-1, dass der Fehler vom Typ Bogenentladung ist.

2. Kernhebungprüfungsergebnisse und -analyse

2.1 Kernhebungprüfungsergebnisse

Um versteckte Geräteprobleme zeitnah zu beseitigen und eine Fehlerausbreitung zu verhindern, wurde eine Kernhebungprüfung durchgeführt. Die Prüfung ergab, dass der Fehler an den Polwechselkontakten im Unterlast-Spannungsstufenschalter seinen Ursprung hatte, die starke Überhitzung und erhebliche Verbrennungen aufwiesen.

2.2 Analyse der Überhitzung und Beschädigung der Polwechselkontakte

2.2.1 Langfristiger Überlaststrom an den Kontakten

Der berechnete Nennstrom durch den Polwechselkontakt betrug 536 A. Aufgrund des häufigen Überlastbetriebs des Ofens überstieg der tatsächliche Strom die Kapazität des Schalters, was zu einem starken Temperaturanstieg am Kontakt führte. Diese Überhitzung bildete lokale Heißstellen, erhöhte den Kontaktwiderstand und initiierte einen „Teufelskreis“, der zur Zersetzung des Öls, zur Bildung von freiem Gas und schließlich zu leichten Gasalarms führte.

2.2.2 Langfristiger Betrieb der Polwechselkontakte an derselben Position

Der Polwechselkontakt ist im Wesentlichen ein Wählkontakt mit zwei Positionen: eine für Spannungstäfer 1-10 und die andere für Täfer 11-23. Im tatsächlichen Betrieb wurde die Sekundärspannung des Ofens ständig an Täfern 21-23 betrieben, wodurch die Kontakte über lange Zeiträume an derselben Position blieben. Dies eliminierte die normale Wischbewegung, die eine Selbstreinigung der Kontaktoberfläche ermöglicht. Organische Verunreinigungen sammelten sich, bildeten einen stabilen, dunklen Isolierfilm. Dieser Film reduzierte die Stromtragfähigkeit, erhöhte den Kontaktwiderstand und erhöhte die Kontaktemperatur. Die erhöhte Temperatur beschleunigte die Verunreinigungsablagerung weiter, verstärkte den „Teufelskreis“ und führte zur Freisetzung von Gas und Gasalarms.

3 Verbesserungsmaßnahmen

3.1 Erhöhung der Stromtragfähigkeit der Kontakte und Reduzierung des Kontaktwiderstands

Um häufige Ofenüberlastungen zu bewältigen und die Produktionsanforderungen zu erfüllen, wurden die Polwechselkontakte neu hergestellt. Basierend auf tatsächlichen Messungen und ohne Änderung der Montageabmessungen wurde die Breite der ursprünglichen linearen Kontaktfläche um 2 mm erhöht, um die Stromtragfähigkeit zu verbessern. Die ursprüngliche Chrom-Nickel-Legierung wurde durch eine Hartsilberplattierung ersetzt, und die Platingstärke wurde um 0,5 mm erhöht. Dies verbesserte den Kontaktdruck, reduzierte den Kontaktwiderstand und erhöhte die Leitfähigkeit.

3.2 Regelmäßiger Leerlaufbetrieb des Polwechselkontakts

Um langfristige statische Betriebsbedingungen und damit verbundene Widerstandssteigerungen zu verhindern, wurden zusätzliche Leerlaufdurchgänge des Polwechselkontakts während der präventiven Transformatortests eingeführt. Benutzer wurden auch angewiesen, einmal pro Monat einen Leerlaufdurchgang des Kontakts durchzuführen. Der Zweck ist die mechanische Reinigung und Entfernung von Ablagerungen, um den Kontaktwiderstand zu reduzieren.

4 Fazit

Überhitzungsfehler an den Kontakten des Transformatoren-Spannungsstufenschalters gehören zu den wesentlichen Problemen, die den stabilen Betrieb beeinträchtigen. Eine zeitnahe und genaue Identifizierung der Fehlerart und -position ist entscheidend für gezielte Korrekturmaßnahmen. Erfahrungen sollten kontinuierlich gesammelt werden, um die Analysegenauigkeit zu verbessern. Für die leichten Gasalarms am Lichtbogenofen-Transformator wurden die Grundursachen durch eine umfassende Analyse identifiziert, und wirksame Maßnahmen wurden implementiert, um das versteckte Problem zu beseitigen. Nach mehr als zwei Jahren Betrieb traten keine ähnlichen Auffälligkeiten auf. Diese Lösung verhinderte wirtschaftliche Verluste, die mit dem Entfernen, Reparieren und unplanmäßigen Stilllegen des Transformers verbunden wären, und erzielte erhebliche wirtschaftliche Vorteile.