Analyse des Défauts et Mesures d'Amélioration pour les Alarmes de Gaz Léger dans le Transformateur de Four à Arc de 25 MVA

Un transformateur de four électrique à arc de 25 MVA dans une certaine entreprise est un équipement importé de l'ancienne Union soviétique. Il se compose de trois transformateurs monophasés, chacun d'une puissance de 8,333 MVA, avec un groupe de connexion D,d0. La tension primaire est de 10 kV, et la tension secondaire varie de 140 à 230,4 V. Le changement de rapport se fait sous charge avec 21 étapes (les étapes 11, 12 et 13 sont combinées en une seule étape, totalisant 23 positions). Chaque phase peut être réglée indépendamment, permettant un ajustement séparé des phases A, B et C pendant la fusion pour maintenir un courant équilibré sur les électrodes triphasées.

Au cours du fonctionnement normal, le transformateur de la phase B a connu deux cas d'alarmes de gaz léger. Après la libération du gaz, l'alimentation a été rétablie et le fonctionnement est revenu à la normale. Des échantillons d'huile ont été prélevés simultanément pour une analyse par chromatographie gazeuse, et les résultats n'ont révélé aucune anomalie. À ce moment-là, le problème était principalement attribué à l'intrusion d'air due à une fuite dans la section sous pression négative du système de tuyauterie d'huile. Cependant, dans les jours suivants, les alarmes de gaz léger se sont produites fréquemment, atteignant jusqu'à 6-7 fois par quart. Les prélèvements d'huile subséquents et l'analyse par chromatographie gazeuse ont révélé des résultats anormaux.

1. Analyse de la panne de gaz léger dans le transformateur de four à arc

L'analyse par chromatographie gazeuse est basée sur les gaz dissous dans l'huile ; lorsque la concentration dépasse la limite de solubilité de l'huile, un gaz libre se forme. La composition de ces gaz (en μL/L) est étroitement liée au type et à la gravité des défauts internes. Par conséquent, cette méthode peut détecter les défauts internes du transformateur à un stade précoce et surveiller continuellement l'emplacement et l'évolution de tels défauts.

Conclusion de l'analyse : Les hydrocarbures totaux et les niveaux d'acétylène ont dépassé les limites acceptables. Selon les règles de codage de la méthode des trois rapports, la combinaison de codes est 1-0-1, indiquant que le type de défaut est une décharge d'arc.

2. Résultats et analyse de l'inspection après levage du noyau

2.1 Résultats de l'inspection après levage du noyau

Pour éliminer rapidement les dangers potentiels de l'équipement et empêcher l'aggravation de la panne, une inspection après levage du noyau a été effectuée. L'inspection a révélé que le défaut provenait des contacts de commutateur de polarité à l'intérieur du changeur de rapport sous charge, qui présentaient un surchauffage sévère et des dommages par brûlure significatifs.

2.2 Analyse de la surchauffe et des dommages aux contacts de commutateur de polarité

2.2.1 Courant de surcharge à long terme sur les contacts

Le courant nominal passant par les contacts du commutateur de polarité a été calculé à 536 A. En raison de l'exploitation fréquente du four en surcharge, le courant réel a dépassé la capacité nominale du commutateur, provoquant une augmentation excessive de la température au niveau des contacts. Cette surchauffe a formé des points chauds localisés, augmentant la résistance des contacts et initiant un "cycle vicieux" qui a conduit à la décomposition de l'huile, à la formation de gaz libre et à des alarmes de gaz léger subséquentes.

2.2.2 Fonctionnement à long terme des contacts de commutateur de polarité à la même position

Le commutateur de polarité est essentiellement un commutateur sélecteur avec deux positions : l'une pour les prises de tension 1-10 et l'autre pour les prises 11-23. En pratique, la tension secondaire du four a été constamment exploitée aux prises 21-23, faisant rester les contacts du commutateur dans la même position pendant de longues périodes. Cela a éliminé l'action de nettoyage naturelle, empêchant le nettoyage automatique de la surface des contacts. Les contaminants organiques se sont accumulés, formant un film isolant stable et sombre. Ce film a progressivement réduit la capacité de transport de courant, augmenté la résistance des contacts et élevé la température des contacts. La température élevée a encore accéléré le dépôt de contaminants, renforçant le "cycle vicieux" et entraînant la formation de gaz libre et des alarmes de gaz.

3 Mesures d'amélioration

3.1 Augmentation de la capacité de transport de courant des contacts et réduction de la résistance des contacts

Pour répondre aux surcharges fréquentes du four et satisfaire les besoins de production, les contacts du commutateur de polarité ont été refaits. Sur la base de mesures réelles et sans modifier les dimensions d'installation, la largeur de la surface de contact linéaire d'origine a été augmentée de 2 mm pour améliorer la capacité de courant. Le revêtement d'alliage chrome-nickel d'origine a été remplacé par un revêtement d'argent dur, et l'épaisseur du revêtement a été augmentée de 0,5 mm. Cela a amélioré la pression de contact, réduit la résistance de contact et amélioré la conductivité.

3.2 Opérations sans charge régulières du commutateur de polarité

Pour éviter une exploitation prolongée statique et l'augmentation associée de la résistance, des opérations supplémentaires sans charge du commutateur de polarité ont été incluses lors des tests préventifs du transformateur. Les utilisateurs ont également été invités à effectuer une opération sans charge du commutateur une fois par mois. L'objectif est de nettoyer mécaniquement la surface de contact, d'éliminer les dépôts et de réduire la résistance de contact.

4 Conclusion

Les pannes de surchauffe des contacts de changeur de rapport de transformateur sont parmi les principaux problèmes affectant le fonctionnement stable. L'identification rapide et précise de la nature et de l'emplacement de la panne est essentielle pour des actions correctives ciblées. Les leçons apprises doivent être continuellement accumulées pour améliorer la précision de l'analyse. Pour les alarmes de gaz léger dans le transformateur de four à arc, les causes profondes ont été identifiées par une analyse approfondie, et des mesures efficaces ont été mises en œuvre pour éliminer le danger latent. Après plus de deux ans de fonctionnement, aucune anomalie similaire n'est survenue. Cette solution a permis d'éviter des pertes économiques liées au démontage, à la réparation et aux arrêts non planifiés du transformateur, réalisant ainsi des bénéfices économiques significatifs.