تحلیل حوادث و اقدامات بهبود برای سوختن تغییردهنده تپ در فشار بالا ترانسفورماتور EAF

در حال حاضر، شرکت دو ترانسفورماتور پرتاب الکتریکی (EAF) را به کار گرفته است. ولتاژ ثانویه از ۱۲۱ V تا ۲۶۰ V متغیر است و جریان اسمی آن ۵۰۴ A / ۱۲,۲۱۳ A می‌باشد. سمت فشار قوی ۸ موقعیت تپ دارد که تنظیم ولتاژ بدون بار با استفاده از موتور انجام می‌شود. تجهیزات با یک واکنش‌دهی همگردی با ظرفیت مناسب مجهز شده که به تپ‌های مشخص شده در سمت فشار قوی به صورت سری متصل شده است. این ترانسفورماتورها بیش از ۲۰ سال در حال عملکرد هستند. طی این مدت، برای تأمین نیازهای تکامل یافته فرآیند تولید فولاد، چندین به‌روزرسانی فنی در سیستم کنترل الکترود و سیستم محافظت ترانسفورماتور اعمال شده است تا عملکرد ایمن و پایدار تجهیزات تضمین شود. اما دستیابی به این هدف به کامل بودن و قابل اعتماد بودن مدار تعاملی بین مدار محافظ ثانویه ترانسفورماتور EAF و سیستم کنترل الکترود فرکسیون الکتریکی بستگی زیادی دارد. در سال‌های اخیر، چندین حادثه سوختن تغییر دهنده تپ سمت فشار قوی رخ داده است که نگرانی‌هایی درباره قابلیت اطمینان مدارهای تعاملی مرتبط ایجاد کرده است.

۱ پدیده حادثه

بررسی‌های مرکزی ترانسفورماتورها نشان داد که تمام خرابی‌ها شامل سوختن تغییر دهنده تپ سمت فشار قوی بوده است. در هر حادثه، محافظ ثانویه سمت فشار قوی به صورت قابل اعتماد عمل کرده است. تنظیم محافظ جریان فوری برای کلید فشار قوی ۶,۰۰۰ A در سمت اولیه بوده که به این معناست که محافظ فقط در صورتی که جریان خورد کوتاه از طریق تغییر دهنده تپ بیش از ۶,۰۰۰ A فوری شود، فعال می‌شود. اما جریان اسمی تغییر دهنده تپ خود فقط ۶۳۰ A است.

۲ تحلیل علت اساسی

فرآیند تولید فولاد شامل سه مرحله است: ذوب، اکسیداسیون و کاهش. در مرحله ذوب، بار سه‌فاز به طور چشمگیری نوسان می‌کند و جریان‌های خورشیدی بزرگی ایجاد می‌کند که اغلب غیرتعادلی هستند. حتی در مرحله پالایش، تغییرات مداوم در مسیر تخلیه آرک و یونیزاسیون فاصله آرک منجر به جریان‌های بار غیرتعادلی مداوم می‌شود که مؤلفه‌های صفر را ایجاد می‌کند. وقتی این مؤلفه‌های صفر بر روی سیم‌پیچ فشار قوی ستاره‌ای انعکاس می‌یابند، باعث جابجایی ولتاژ نقطه محاوره می‌شوند.

بر اساس پدیده‌های خرابی مشاهده شده، شرایط مختلف مشارکت‌کننده مورد تحلیل قرار گرفت. مطالعات دقیقی روی مدارهای الکتریکی سیستم کنترل الکترود فرکسیون الکتریکی، رابطه تعاملی بین مدار محافظ ثانویه سمت فشار قوی و موقعیت‌های تغییر دهنده تپ در حین تغییر دندانه انجام شد. آزمایش‌های میدانی مکرراً برای شبیه‌سازی اینکه آیا شرایط منجر به خرابی در طول تولید فولاد ممکن است رخ دهد یا خیر انجام شد. در نهایت، کمبودهای زیر در مدار محافظ تعاملی سمت فشار قوی ترانسفورماتور EAF شناسایی شد. در طول تولید فولاد، وقوع هر یک از شرایط زیر می‌تواند منجر به سوختن تغییر دهنده تپ شود:

• تغییر تپ پس از قطع برق فشار قوی. در طول فرآیند تغییر تپ با استفاده از کنترل‌کننده تغییر دهنده تپ، نمایش دیجیتال ممکن است تکمیل شدن را نشان دهد، اما تغییر دهنده تپ به طور کامل به موقعیت خود نرسیده است (یعنی مساحت تماس بین تماس‌های متحرک و ثابت به ظرفیت مورد نیاز نرسیده است). اگر برق فشار قوی در این شرایط باز شود، می‌تواند منجر به خورد کوتاه فاز به فاز و سوختن تغییر دهنده تپ در طول تولید فولاد شود.

• تغییر تپ در حالت ولتاژ، یعنی تغییر مستقیم موقعیت تپ تغییر دهنده تپ در حالی که فرکسیون الکتریکی در حال عمل است.

• بازپرداخت برق تحت بار، یعنی بازپرداخت برق فشار قوی در حالی که الکترودهای سه‌فاز فرکسیون الکتریکی هنوز با فولاد ذوب شده تماس دارند.

۳ اقدامات بهبود

در مقایسه با ترانسفورماتورهای برق معمولی، ترانسفورماتورهای EAF ویژگی‌های زیر را دارند: ظرفیت بیشتر برای بار اضافی، قدرت مکانیکی بیشتر، موانع کوتاه بزرگتر، سطوح ولتاژ ثانویه متعدد، نسبت تبدیل بالاتر، ولتاژ ثانویه پایین (ده‌ها تا صدها ولت) و جریان ثانویه بالا (هزاران تا ده‌ها هزار آمپر). کنترل جریان در فرکسیون الکتریکی با تغییر اتصالات تپ در سمت فشار قوی ترانسفورماتور و تنظیم موقعیت‌های الکترود انجام می‌شود.

در طول تولید فولاد، بر اساس نیازهای فرآیند و طبیعت عملکرد ترانسفورماتور EAF، دو واحد کلید فشار قوی نصب شده در جلوی فرکسیون هر روز ده‌ها یا حتی صدها بار عمل می‌کنند. این وضعیت الزامات سختگیرانه‌ای را بر عملکرد کلیدهای خلأ و قابلیت اطمینان عملیات محافظتی می‌نهد. بنابراین، طراحی شامل کنفیگوراسیون "یک در حال استفاده، یک در حالت آماده‌به‌کار" است که از ایستگاه عملگر جلوی فرکسیون کنترل می‌شود. برق از طریق کابل‌های برق فشار قوی از زیراستانیون مرکزی ۶۶ kV شرکت تأمین می‌شود.

با توجه به کمبودهای موجود در مدار محافظ تعاملی، ضروری است تا شرایط منجر به سوختن تغییر دهنده تپ در طول عملیات تولید فولاد جلوگیری شود. از طریق تحلیل مدار تعاملی، تست‌های شبیه‌سازی، مطالعه ساختاری تغییر دهنده تپ و درک فرآیند تولید فولاد، اقدامات اصلاحی زیر توسعه یافته است:

• منع بازپرداخت برق فشار قوی تا زمانی که تغییر تپ به طور کامل تکمیل شود؛

• منع تغییر تپ در حالتی که سمت فشار قوی برق دارد؛

• منع بازپرداخت برق ترانسفورماتور تحت بار.

۴ نتیجه‌گیری

با اجرای راه‌حل‌های فوق برای رفع کمبودهای موجود در مدار محافظ تعاملی ترانسفورماتور EAF، قابلیت اطمینان سیستم تعاملی به طور قابل توجهی افزایش یافته است. این امر به طور موثری از خرابی تجهیزات به دلیل خطاهای عملیاتی شخصیل جلوگیری می‌کند و عملکرد ایمن، پایدار و قابل اعتماد ترانسفورماتورهای EAF را تضمین می‌کند. همچنین تضمین می‌کند که وظایف تولید فولاد شرکت به طور موفقیت‌آمیزی تکمیل شود و هزینه‌های نگهداری تجهیزات به طور قابل توجهی کاهش یابد.