Analýza nehody a zlepšovací opatření pro vysokonapěťové přepínací čidlo transformátoru EAF

V současné době společnost provozuje dva elektrické obloukové peci (EAF) transformátory. Sekundární napětí se pohybuje v rozmezí od 121 V do 260 V, s jmenovitým proudem 504 A / 12,213 A. Na vysokonapěťové straně je celkem osm poloh odboček, které využívají motorové řízení napěťové regulace mimo okruh. Zařízení je vybaveno odpovídající kapacitou reaktoru, připojeného sériově k určeným odbočkám na vysokonapěťové straně. Tyto transformátory jsou v provozu již více než 20 let. Během tohoto období bylo provedeno několik technických vylepšení na systému ovládání elektrod a systému ochrany transformátoru, aby byl zajištěn bezpečný a stabilní provoz zařízení. Dosáhnout tohoto cíle je však klíčově závislé na kompletnosti a spolehlivosti interlockového obvodu mezi sekundárním ochranným obvodem EAF transformátoru a ovládacím systémem elektrod obloukové pece. V posledních letech se však několikrát stalo, že došlo k shoření vysokonapěťového přepínače odboček, což vyvolalo obavy ohledně spolehlivosti těchto interlockových obvodů.

1 Příznaky nehody

Při prohlídce jádra transformátorů bylo zjištěno, že všechny selhání se týkala shoření vysokonapěťového přepínače odboček. V každém případě fungovala sekundární ochrana na vysokonapěťové straně spolehlivě. Nastavení okamžitého přetížení ochrany vysokonapěťového spínace bylo 6,000 A na primární straně, což znamená, že ochrana by se aktivovala pouze tehdy, pokud by krátkozavodný proud procházející přepínačem odboček přesáhl 6,000 A okamžitě. Nicméně, jmenovitý proud samotného přepínače odboček činí pouze 630 A.

2 Analýza hlavní příčiny

Proces výroby oceli se skládá ze tří fází: tavení, oxidace a redukce. Během fáze tavení se třífázové zatížení dramaticky mění, což vede k vytvoření velkých startovacích proudů, které jsou často nerovnovážné. I během fáze rafinace vedou nepřetržité změny v cestě uvolňování oblouku a ionizaci obloukového průtahu k neustále nerovnovážným zatěžovacím proudům, což vede k vzniku nulových složek. Když se tyto nulové složky odrazí na hvězdicově zapojené vysokonapěťové vinutí, způsobí posunutí napětí neutrálního bodu.

Na základě pozorovaných příznaků selhání byly analyzovány různé podmínky, které k tomu přispěly. Byla provedena detailní studie elektrických obvodů ovládacího systému elektrod obloukové pece, interlockového vztahu mezi sekundárním ochranným obvodem na vysokonapěťové straně a polohami přepínače odboček během přepínání. Opakovaně byly provedeny terénní testy, aby bylo simulováno, zda by mohly během výroby oceli nastat podmínky vedoucí ke selhání. Nakonec byly identifikovány následující nedostatky v interlockovém ochranném obvodu na vysokonapěťové straně EAF transformátoru. Během výroby oceli může vznik jakékoli z následujících podmínek vést ke shoření přepínače odboček:

• Provádění přepínání odboček po vypnutí vysokého napětí. Během procesu přepínání odboček pomocí ovladače přepínače může digitální displej ukazovat dokončení, ale přepínač odboček nemusí být plně dosazen (tj. kontaktová plocha mezi pohyblivými a stacionárními styky nemusí dosáhnout požadované kapacity). Pokud je v takových podmínkách obnoveno vysoké napětí, může dojít k mezifázovému krátkému spojení a následnému shoření přepínače odboček během výroby oceli.

• Přepínání odboček pod napětím, tj. přímé změny polohy přepínače odboček během provozu obloukové pece.

• Zapínání pod zatížením, tj. obnova vysokého napětí, zatímco tři fáze elektrod obloukové pece jsou stále v kontaktu s roztavenou ocelí.

3 Opatření k vylepšení

V porovnání s běžnými síťovými transformátory mají EAF transformátory následující charakteristiky: vyšší přetížení, větší mechanickou pevnost, větší krátkozavodní impedance, více úrovní sekundárního napětí, vyšší transformační poměry, nízké sekundární napětí (desítky až stovky voltů) a vysoký sekundární proud (tisíce až desetitisíce amperů). Kontrola proudu v obloukové peci je dosažena změnou propojení odboček na vysokonapěťové straně transformátoru a úpravou polohy elektrod.

Během výroby oceli, podle požadavků procesu a charakteristik EAF transformátoru, se dvě vysokonapěťové spínací skříně umístěné před pecí provozují desítky až stovkykrát denně. To klade striktní požadavky na výkon vakuumových spínačů a spolehlivost ochranných operací. Proto je design zahrnuje konfiguraci "jeden v provozu, jeden v rezervě", řízenou z operační stanice před pecí. Elektřina je dodávána vysokonapěťovými kabely z centrální podsítě společnosti o napětí 66 kV.

S ohledem na nedostatky v interlockovém ochranném obvodu je klíčové zabránit podmínkám, které vedou ke shoření přepínače odboček během provozu výroby oceli. Prostřednictvím analýzy interlockového obvodu, simulačních testů, strukturní studie přepínače odboček a pochopení procesu výroby oceli byla vyvinuta následující opravná opatření:

• Zakázat zapínání vysokého napětí, dokud není přepínání odboček plně dokončeno;

• Zakázat přepínání odboček, pokud je vysokonapěťová strana zapnuta;

• Zakázat zapínání transformátoru pod zatížením.

4 Závěr

Implementací výše uvedených řešení k odstranění nedostatků v interlockovém ochranném obvodu EAF transformátoru byla významně zlepšena spolehlivost interlockového systému. Toto efektivně previne chyby provozovatelů, které by mohly způsobit poškození zařízení, a zajišťuje bezpečný, stabilní a spolehlivý provoz EAF transformátorů. Tím je také zajištěno úspěšné dokončení výrobních úkolů společnosti v oblasti výroby oceli a významně sníženy náklady na údržbu zařízení.