Análise de Falhas e Medidas de Melhoria para Alarmes de Gás Leve em Transformador de Forno Elétrico de 25 MVA

Um transformador de forno elétrico de arco de 25 MVA em uma determinada empresa é um equipamento importado da antiga União Soviética. Ele consiste em três transformadores monofásicos, cada um com potência nominal de 8,333 MVA, com um grupo de conexão D,d0. A tensão primária é de 10 kV, e a tensão secundária varia de 140 a 230,4 V. O método de troca de reatores é por meio de troca de reatores sob carga com 21 posições (as posições 11, 12 e 13 são combinadas como uma posição, totalizando 23 posições). Cada fase pode ser regulada independentemente, permitindo o ajuste separado das fases A, B e C durante a fundição para manter o equilíbrio de corrente entre os eletrodos trifásicos.

Durante a operação normal, o transformador da fase B experimentou duas ocorrências de alarmes de gás leve. Após a liberação do gás, a energia foi restaurada e a operação retornou ao normal. Amostras de óleo foram coletadas simultaneamente para análise cromatográfica de gases, e os resultados não mostraram anomalias. Na época, o problema foi atribuído principalmente à entrada de ar devido a vazamentos na seção de pressão negativa do sistema de tubulação de óleo. No entanto, nos dias seguintes, os alarmes de gás leve ocorreram frequentemente, chegando a 6-7 vezes por turno. Análises subsequentes de amostras de óleo e análises cromatográficas de gases revelaram resultados anormais.

1. Análise do Defeito de Gás Leve no Transformador do Forno Elétrico

A análise cromatográfica de gases baseia-se nos gases dissolvidos no óleo; quando a concentração ultrapassa o limite de solubilidade do óleo, forma-se gás livre. A composição desses gases (em μL/L) está intimamente relacionada ao tipo e à gravidade dos defeitos internos. Portanto, esse método pode detectar defeitos internos do transformador em um estágio inicial e monitorar continuamente a localização e o desenvolvimento desses defeitos.

Conclusão da análise: Os níveis totais de hidrocarbonetos e acetileno excederam os limites aceitáveis. De acordo com as regras de codificação do método das três razões, a combinação de códigos é 1-0-1, indicando que o tipo de defeito é descarga de arco.

2. Resultados e Análise da Inspeção com Levantamento do Núcleo

2.1 Resultados da Inspeção com Levantamento do Núcleo

Para eliminar prontamente os riscos ocultos do equipamento e prevenir a escalada do defeito, realizou-se uma inspeção com levantamento do núcleo. A inspeção revelou que o defeito originou-se nos contatos do seletor de polaridade dentro do reator de troca de reatores sob carga, que apresentavam superaquecimento severo e danos significativos por queima.

2.2 Análise do Superaquecimento e Danos aos Contatos do Seletor de Polaridade

2.2.1 Corrente de Sobrecarga de Longo Prazo nos Contatos

A corrente nominal através dos contatos do seletor de polaridade foi calculada em 536 A. Devido à operação frequente sob sobrecarga do forno, a corrente real excedeu a capacidade nominal do interruptor, causando um aumento excessivo da temperatura nos contatos. Este superaquecimento formou pontos quentes localizados, aumentando a resistência de contato e iniciando um "círculo vicioso" que levou à decomposição do óleo, à geração de gás livre e, posteriormente, a alarmes de gás leve.

2.2.2 Operação de Longo Prazo dos Contatos do Seletor de Polaridade na Mesma Posição

O seletor de polaridade é essencialmente um interruptor seletor com duas posições: uma para as tomadas de tensão 1-10 e outra para as tomadas 11-23. Na operação real, a tensão secundária do forno era consistentemente operada nas tomadas 21-23, fazendo com que os contatos do interruptor permanecessem na mesma posição por longos períodos. Isso eliminou a ação de limpeza normal, impedindo a autolimpeza da superfície de contato. Contaminantes orgânicos se acumularam, formando um filme isolante escuro e estável. Este filme reduziu progressivamente a capacidade de condução de corrente, aumentou a resistência de contato e elevou a temperatura do contato. A temperatura elevada acelerou ainda mais o depósito de contaminantes, reforçando o "círculo vicioso" e resultando na geração de gás livre e alarmes de gás.

3 Medidas de Melhoria

3.1 Aumentar a Capacidade de Condução de Corrente dos Contatos e Reduzir a Resistência de Contato

Para lidar com as sobrecargas frequentes do forno e atender às demandas de produção, os contatos do seletor de polaridade foram remanufaturados. Com base em medições reais e sem alterar as dimensões de instalação, a largura da superfície de contato linear original foi aumentada em 2 mm para melhorar a capacidade de corrente. O revestimento original de liga de cromo-níquel foi substituído por revestimento de prata dura, e a espessura do revestimento foi aumentada em 0,5 mm. Isso melhorou a pressão de contato, reduziu a resistência de contato e melhorou a condutividade.

3.2 Operação Regular Sem Carga do Seletor de Polaridade

Para evitar a operação prolongada estacionária e o aumento associado da resistência, foram incluídas operações adicionais sem carga do seletor de polaridade durante os testes preventivos do transformador. Os usuários também foram solicitados a realizar uma operação sem carga do interruptor uma vez por mês. O objetivo é limpar mecanicamente a superfície de contato, removendo depósitos e reduzindo a resistência de contato.

4 Conclusão

Os defeitos de superaquecimento nos contatos do reator de troca de reatores são um dos principais problemas que afetam a operação estável. A identificação oportuna e precisa da natureza e localização do defeito é essencial para ações corretivas direcionadas. As lições aprendidas devem ser acumuladas continuamente para melhorar a precisão da análise. Para os alarmes de gás leve no transformador do forno elétrico, as causas raiz foram identificadas por meio de uma análise abrangente, e medidas eficazes foram implementadas para eliminar o risco oculto. Após mais de dois anos de operação, não ocorreram anomalias semelhantes. Essa solução evitou perdas econômicas associadas à remoção, reparo e tempo de inatividade não programado do transformador, alcançando benefícios econômicos significativos.