Sattumanalyysi ja parannuskeinot EAF-muuntajan korkean jännitteen säätöventtiilin palamisen varalta

Yhtiö toimittaa parhaillaan kaksi sähkökaariuunin (EAF) muuntimia. Sekundäärijännite vaihtelee 121 V:n ja 260 V:n välillä, ja suunnitellut virta on 504 A / 12 213 A. Korkeajännitesivulla on yhteensä kahdeksan napakohtaa, ja jännitteen säätö tehdään moottorin avulla poissa sijainnista. Laitteistoon on varustettu vastaava kapasiteetin reaktori, joka on kytketty sarjaan korkeajännitesivun tiettyihin napeisiin. Nämä muuntimet ovat olleet käytössä yli 20 vuotta. Tässä ajassa teräksen valmistusprosessin muuttuvien vaatimusten mukaisesti on toteutettu useita teknisiä päivityksiä elektronivaljastussysteemiin ja muuntimen suojaukseen, tavoitteena olla varmistamassa laitteen turvallinen ja vakaa toiminta. Tämän tavoitteen saavuttaminen riippuu kuitenkin olennaisesti EAF-muuntimen sekundäärisuojauksen ja kaariuunin elektronivaljastussysteemin välisen lukituspiirin täydellisyydestä ja luotettavuudesta. Viime vuosina on tapahtunut useita korkeajännitenapakohdan polttoon johtaneita tapahtumia, mikä on herättänyt huolta liittyvien lukituspiirien luotettavuudesta.

1 Onnettomuuden ilmiö

Muuntimien ytimen tarkastukset paljastivat, että kaikki epäonnistumiset olivat korkeajännitenapakohdan polttoon johtavia. Jokaisessa tapauksessa korkeajännitesivun sekundäärisuojaukset toimivat luotettavasti. Korkeajännitekytkimen hetkellisen ylikuormitusvarmuuskynnyksen oli asetettu 6 000 A primääripuolella, eli suojauksen aktivoituisi vain, jos napakohdan läpi kulkeva lyhyysvirta ylittäisi hetkellisesti 6 000 A. Napakohdan omasta puolestaan suunniteltu virta on vain 630 A.

2 Syiden analyysi

Teräksen valmistusprosessi koostuu kolmesta vaiheesta: sulattaminen, hapettaminen ja reduktio. Sulattamisvaiheessa kolmifasedinen kuorma vaihtelee voimakkaasti, mikä aiheuttaa suuria virrannopeittoja, jotka ovat usein epätasapainossa. Jopa rafinointivaiheessa arkkipäästöjen polkujen jatkuvat muutokset ja arkkiviivan ionisaatio johtavat jatkuvasti epätasapainoiseen kuormavirtaan, mikä luo nollajärjestön komponentteja. Kun nämä nollajärjestön komponentit heijastuvat tähtikytkentäisen korkeajännitesivun ylle, ne aiheuttavat neutraalipisteen siirtymisen.

Havaittujen onnettomuusilmiöiden pohjalta analysoitiin erilaisia tekijöitä. Tehtiin yksityiskohtaisia tutkimuksia kaariuunin elektronivaljastussysteemin sähköpiireihin, korkeajännitekytkimen sekundäärisuojauksen lukituspiiriin ja napakohdien asemaan vaihtovaiheissa. Kenttätestejä toistettiin simuloimaan, voisivatko onnettomuuden aiheuttavat olosuhteet syntyä teräksen valmistuksen aikana. Lopulta havaittiin seuraavat puutteet EAF-muuntimen korkeajännitesivun lukituspiirissä. Teräksen valmistuksen aikana mikä tahansa seuraavista olosuhteista voi johtaa napakohdan polttoon:

• Napamuutos korkeajännitteen katkaisemisen jälkeen. Napamuutoksen aikana napakohdan ohjaimen näyttö voi osoittaa, että prosessi on valmis, mutta napakohdat eivät ole vielä täysin paikoillaan (eli liikkuvien ja paikanomisten kosketusten välillä ei ole tarvittavaa kosketusala). Jos korkeajännite palautetaan näissä olosuhteissa, se voi johtaa vaihevälisten lyhyyskuormituksen ja napakohdan polttamiseen teräksen valmistuksen aikana.

• Napamuutos jännitteellä, eli napakohdan paikan muuttaminen suoraan, kun kaariuuni on käynnissä.

• Jännitteen palauttaminen kuormalla, eli korkeajännitteen palauttaminen, kun kaariuunin kolme fasettia ovat edelleen kosketuksessa sulatuksen kanssa.

3 Parannuskeinot

Verrattuna perinteisiin sähkömuuntimiin, EAF-muuntimilla on seuraavat ominaisuudet: suurempi ylikuormituskyky, parempi mekaaninen vahvuus, suurempi lyhyyskuormitusimpedanssi, useampi sekundäärijännite, suurempi muuntosuhde, alhainen sekundäärijännite (kymmeniä tai satoja voltteja) ja suuri sekundäärivirta (tuhat tai kymmeniätuhatta amperia). Kaariuunissa virtasuuntausta hallitaan muuttamalla korkeajännitesivun napeita ja säätämällä elektronien asemaa.

Teräksen valmistuksen aikana prosessivaatimuksien ja EAF-muuntimen toiminnan mukaisesti uunin edessä asennetut kaksi korkeajännitekytkintä toimivat useita kertoja tai jopa satoja kertoja päivässä. Tämä asettaa tiukat vaatimukset tyhjiökytkinten toiminnalle ja suojauksen luotettavuudelle. Siksi suunnitelmassa on otettu käyttöön "yksi käytössä, toinen varalla" -konfiguraatio, jota ohjataan uunin edessä olevasta operaatiosijainnista. Sähkö tarjotaan yhtiön 66 kV keskuslaitokselta korkeajännitekaapeleiden kautta.

Lukituspiirin puutteiden vuoksi on olennaista estää napakohdan polttamista johtavat olosuhteet teräksen valmistuksen aikana. Lukituspiirin analysoinnin, simulointitestauksen, napakohdan rakenteellisen tutkimuksen ja teräksen valmistusprosessin ymmärtämisen perusteella kehitettiin seuraavat korjaustoimet:

• Kielletään korkeajännitteen palauttaminen ennen napamuutoksen täydellistä suorittamista;

• Kielletään napamuutos, kun korkeajännite on päällä;

• Kielletään muuntimen palauttaminen kuormalla.

4 Yhteenveto

Yllä mainittujen ratkaisujen avulla EAF-muuntimen lukituspiirin puutteisiin on puututtu, mikä on merkittävästi parantanut lukitusjärjestelmän luotettavuutta. Tämä estää tehokkaasti henkilöstön operaatiovirheet aiheuttaman laitetuhoja, taaten EAF-muuntimien turvallisen, vakauden ja luotettavan toiminnan. Se takaa myös yrityksen teräksen valmistuksen tuotannon tehtävien onnistuneen suorittamisen ja vähentää huomattavasti laitteen ylläpitokustannuksia.