Anàlisi d'accidents i mesures d' millora per a la cremallera de tensió elevada del transformador EAF

Actualment, la companyia opera amb dos transformadors d'arc elèctric (EAF). La tensió secundària varia entre 121 V i 260 V, amb una corrent nominal de 504 A / 12.213 A. El costat de alta tensió té un total de vuit posicions de derivació, utilitzant una regulació de tensió fora de circuit motoritzada. L'equipament està dotat d'un reactor de capacitat corresponent, connectat en sèrie a les derivacions designades del costat de alta tensió. Aquests transformadors han estat en operació durant més de 20 anys. Durant aquest període, per satisfer les demandes evolutives del procés de fabricació d'acer, s'han implementat diverses actualitzacions tècniques al sistema de control d'electrodes i al sistema de protecció del transformador, amb l'objectiu d'assegurar l'operació segura i estable de l'equipament. No obstant això, aconseguir aquest objectiu depèn críticament de la completitud i fiabilitat del circuit d'interbloqueig entre el circuit de protecció secundària del transformador EAF i el sistema de control d'electrodes de l'arc furnace. En els últims anys, s'han produït diversos incidents de quema del commutador de derivació de alta tensió, que han generat preocupacions sobre la fiabilitat dels circuits d'interbloqueig associats.

1 Fenomen de l'accident

Les inspeccions del nucli dels transformadors van revelar que tots els errors involucraven la quema del commutador de derivació del costat de alta tensió. En cada incident, la protecció secundària del costat de alta tensió va funcionar de manera fiable. La configuració de la protecció de sobrecorrent instantània del commutador de alta tensió era de 6.000 A al costat primari, el que significa que la protecció només s'activaria si la corrent de curtcircuït a través del commutador de derivació superava 6.000 A instantàniament. No obstant això, la corrent nominal del commutador de derivació és només de 630 A.

2 Anàlisi de la causa arrel

El procés de fabricació d'acer consta de tres etapes: fusió, oxidació i reducció. Durante la fase de fusió, la càrrega trifàsica fluctua dràsticament, generant grans corrents d'inici que sovint són desequilibrades. Fins i tot durant la fase de refinament, els canvis continus en el camí de descàrrega d'arc i la ionització de l'interval d'arc porten a corrents de càrrega constantment desequilibrades, resultant en components de seqüència zero. Quan aquests components de seqüència zero es reflecteixen en la bobina de alta tensió connectada en estrella, causen un desplaçament de la tensió del punt neutre.

Basant-se en els fenòmens d'error observats, es van analitzar diverses condicions contributives. Es van realitzar estudis detallats dels circuits elèctrics del sistema de control d'electrodes de l'arc furnace, la relació d'interbloqueig amb el circuit de protecció secundària de alta tensió, i les posicions del commutador de derivació durant el canvi de rapports. Es van realitzar repetidament proves de camp per simular si les condicions que porten a l'error podrien ocurrir durant la fabricació d'acer. Finalment, es van identificar les següents deficiències en el circuit de protecció d'interbloqueig del costat de alta tensió del transformador EAF. Durante la fabricació d'acer, l'ocurrència de qualsevol de les següents condicions podria portar a la quema del commutador de derivació:

• Realitzar canvis de derivació després de la parada de l'energia de alta tensió. Durante el procés de canvi de derivació utilitzant el controlador del commutador de derivació, la pantalla digital pot indicar la finalització, però el commutador de derivació no ha arribat completament a la seva posició (és a dir, l'àrea de contacte entre els contactes mòbils i estacionaris no ha assolit la capacitat requerida). Si es restableix l'energia de alta tensió en aquestes condicions, pot portar a curts circuits entre fases i posterior quema del commutador de derivació durante la fabricació d'acer.

• Canvi de derivació sota tensió, és a dir, canviant directament la posició de derivació del commutador de derivació mentre l'arc furnace està en funcionament.

• Alimentació sota càrrega, és a dir, restablir l'energia de alta tensió mentre les tres electrodes trifàsiques de l'arc furnace encara estan en contacte amb l'acer fonit.

3 Mesures d' millora

En comparació amb els transformadors d'energia convencionals, els transformadors EAF tenen les característiques següents: capacitat de sobrecàrrega més elevada, major resistència mecànica, impedància de curt circuit més gran, múltiples nivells de tensió secundària, ràtios de transformació més alts, baixa tensió secundària (d'unes dezenes a centenars de volts) i corrent secundària elevada (de milers a dezenes de milers d'amperes). El control de corrent en l'arc furnace s'aconsegueix canviant les connexions de derivació al costat de alta tensió del transformador i ajustant les posicions de les electrodes.

Durante la fabricació d'acer, segons les exigències del procés i la naturalesa operativa del transformador EAF, les dues unitats de maquinari de commutació de alta tensió instal·lades al davant del forno operen dezenes o fins i tot centenars de vegades per dia. Això col·loca exigències rigoroses sobre el rendiment dels commutadors de buit i la fiabilitat de les operacions de protecció. Per tant, el disseny incorpora una configuració "un en ús, un en espera", controlada des de la posta de comandament al davant del forno. La alimentació d'energia es proporciona mitjançant cables d'energia de alta tensió des de la subestació central de 66 kV de la companyia.

Atès les deficiències en el circuit de control de protecció d'interbloqueig, és essencial prevenir les condicions que porten a la quema del commutador de derivació durante les operacions de fabricació d'acer. A través de l'anàlisi del circuit d'interbloqueig, les proves de simulació, l'estudi estructural del commutador de derivació i la comprensió del procés de fabricació d'acer, es van desenvolupar les següents mesures correctores:

• Prohibir la alimentació de alta tensió fins que el canvi de derivació s'hagi completat;

• Prohibir el canvi de derivació mentre el costat de alta tensió està alimentat;

• Prohibir la alimentació del transformador sota càrrega.

4 Conclusió

Mitjançant la implementació de les solucions anteriors per abordar les deficiències en el circuit de control de protecció d'interbloqueig del transformador EAF, la fiabilitat del sistema d'interbloqueig s'ha millorat significativament. Això prevé eficientment que els errors operatius del personal provoquin daños en l'equipament, assegurant l'operació segura, estable i fiable dels transformadors EAF. També garanteix la finalització exitosa de les tasques de fabricació d'acer de la companyia i redueix substancialment els costos de manteniment de l'equipament.