Analisi dei guasti e misure di miglioramento per gli allarmi di gas leggero nel trasformatore di fornace ad arco da 25 MVA

Un trasformatore da 25 MVA per forno elettrico ad arco in una certa azienda è un equipaggiamento importato dall'ex Unione Sovietica. È composto da tre trasformatori monofasi, ciascuno con una potenza nominale di 8,333 MVA, con un gruppo di connessione D,d0. La tensione primaria è di 10 kV, mentre la tensione secondaria varia da 140 a 230,4 V. Il metodo di cambiamento di presa è a carico con 21 passi (i passi 11, 12 e 13 sono combinati in un solo passo, per un totale di 23 posizioni). Ogni fase può essere regolata indipendentemente, permettendo l'aggiustamento separato delle fasi A, B e C durante la fusione per mantenere un corrente bilanciata tra le tre elettrodi trifase.

Durante il funzionamento normale, il trasformatore della fase B ha sperimentato due casi di allarmi di gas leggero. Dopo la liberazione del gas, l'energia è stata ripristinata e il funzionamento è tornato alla normalità. Sono stati prelevati campioni di olio contemporaneamente per l'analisi cromatografica dei gas, e i risultati non hanno mostrato anomalie. All'epoca, il problema era stato attribuito principalmente all'ingresso di aria dovuto a perdite nella sezione a pressione negativa del sistema di tubazioni dell'olio. Tuttavia, nei giorni successivi, gli allarmi di gas leggero si sono verificati frequentemente, raggiungendo fino a 6-7 volte per turno. Successivi prelievi di olio e analisi cromatografiche dei gas hanno rivelato risultati anomali.

1. Analisi del guasto di gas leggero nel trasformatore del forno ad arco

L'analisi cromatografica dei gas si basa sui gas che si dissolvono nell'olio; quando la concentrazione supera il limite di solubilità dell'olio, si forma gas libero. La composizione di questi gas (in μL/L) è strettamente correlata al tipo e alla gravità dei guasti interni. Pertanto, questo metodo può rilevare i guasti interni del trasformatore in uno stadio iniziale e monitorare continuamente la posizione e lo sviluppo di tali guasti.

Conclusione dell'analisi: i livelli totali di idrocarburi e acetilene hanno superato i limiti accettabili. Secondo le regole di codifica del metodo dei tre rapporti, la combinazione di codici è 1-0-1, indicando che il tipo di guasto è una scarica ad arco.

2. Risultati e analisi dell'ispezione con sollevamento del nucleo

2.1 Risultati dell'ispezione con sollevamento del nucleo

Per eliminare prontamente i pericoli nascosti dell'equipaggiamento e prevenire l'escalation del guasto, è stata eseguita un'ispezione con sollevamento del nucleo. L'ispezione ha rivelato che il guasto aveva origine nei contatti dello switch di polarità all'interno del cambio di presa a carico, che mostravano un sovraccarico termico e danni da bruciatura significativi.

2.2 Analisi del sovraccarico termico e dei danni ai contatti dello switch di polarità

2.2.1 Corrente di sovraccarico a lungo termine sui contatti

La corrente nominale attraverso i contatti dello switch di polarità è stata calcolata a 536 A. A causa dell'operazione a sovraccarico frequente del forno, la corrente effettiva ha superato la capacità nominale dello switch, causando un aumento eccessivo della temperatura ai contatti. Questo sovraccarico termico ha formato punti caldi localizzati, aumentando la resistenza dei contatti e innescando un "circolo vizioso" che ha portato alla decomposizione dell'olio, alla formazione di gas libero e successivamente agli allarmi di gas leggero.

2.2.2 Operazione a lungo termine dei contatti dello switch di polarità nella stessa posizione

Lo switch di polarità è essenzialmente uno switch selettore con due posizioni: una per le prese di tensione 1-10 e l'altra per le prese 11-23. In pratica, la tensione secondaria del forno è stata operata costantemente nelle prese 21-23, facendo sì che i contatti dello switch rimanessero in una sola posizione per periodi prolungati. Ciò ha eliminato l'azione di pulizia normale, impedendo la pulizia automatica della superficie di contatto. I contaminanti organici si sono accumulati, formando un film isolante stabile e scuro. Questo film ha progressivamente ridotto la capacità di portare corrente, aumentando la resistenza dei contatti e alzando la temperatura. La temperatura elevata ha ulteriormente accelerato il deposito di contaminanti, rafforzando il "circolo vizioso" e generando gas libero e allarmi di gas.

3 Misure di miglioramento

3.1 Aumentare la capacità di portare corrente dei contatti e ridurre la resistenza dei contatti

Per affrontare i sovraccarichi frequenti del forno e soddisfare le esigenze di produzione, i contatti dello switch di polarità sono stati rifatti. Basandosi su misurazioni reali e senza alterare le dimensioni di installazione, la larghezza della superficie di contatto lineare originale è stata aumentata di 2 mm per migliorare la capacità di portare corrente. Il rivestimento originale in lega cromo-nichel è stato sostituito con un rivestimento in argento duro, e lo spessore del rivestimento è stato aumentato di 0,5 mm. Ciò ha migliorato la pressione di contatto, ridotto la resistenza dei contatti e migliorato la conduttività.

3.2 Operazione a vuoto regolare dello switch di polarità

Per prevenire l'operazione stazionaria prolungata e l'aumento associato della resistenza, sono state incluse operazioni a vuoto aggiuntive dello switch di polarità durante i test preventivi del trasformatore. Gli utenti sono stati inoltre richiesti di eseguire un'operazione a vuoto dello switch una volta al mese. Lo scopo è quello di pulire meccanicamente e pulire la superficie di contatto, rimuovendo i depositi e riducendo la resistenza dei contatti.

4 Conclusione

I guasti di sovraccarico termico nei contatti del cambio di presa del trasformatore sono tra i principali problemi che influiscono sul funzionamento stabile. L'identificazione tempestiva e accurata della natura e della posizione del guasto è essenziale per azioni correttive mirate. Le lezioni apprese dovrebbero essere accumulate continuamente per migliorare l'accuratezza dell'analisi. Per gli allarmi di gas leggero nel trasformatore del forno ad arco, le cause radicate sono state identificate attraverso un'analisi completa, e sono state implementate misure efficaci per eliminare il pericolo nascosto. Dopo più di due anni di funzionamento, non sono state riscontrate anomalie simili. Questa soluzione ha evitato le perdite economiche associate alla rimozione, alla riparazione e allo stop imprevisto del trasformatore, ottenendo benefici economici significativi.