Analyse d'accident et mesures d'amélioration pour le brûlage du changeur de prises haute tension du transformateur EAF

Actuellement, l'entreprise exploite deux transformateurs de four à arc électrique (EAF). La tension secondaire varie de 121 V à 260 V, avec un courant nominal de 504 A / 12 213 A. Le côté haute tension dispose de huit positions de prises de terre au total, utilisant une régulation de tension hors circuit par moteur. L'équipement est équipé d'un réacteur de capacité correspondante, connecté en série aux prises de terre désignées du côté haute tension. Ces transformateurs sont en service depuis plus de 20 ans. Au cours de cette période, pour répondre aux exigences évolutives du processus sidérurgique, plusieurs mises à niveau techniques ont été effectuées sur le système de contrôle des électrodes et le système de protection des transformateurs, dans le but d'assurer un fonctionnement sûr et stable de l'équipement. Cependant, l'atteinte de cet objectif dépend crucialement de la complétude et de la fiabilité du circuit de verrouillage entre le circuit de protection secondaire du transformateur EAF et le système de contrôle des électrodes du four à arc. Ces dernières années, plusieurs incidents de brûlure des changeurs de prise de terre haute tension se sont produits, soulevant des inquiétudes quant à la fiabilité des circuits de verrouillage associés.

1 Phénomène d'accident

Les inspections du cœur des transformateurs ont révélé que tous les dysfonctionnements impliquaient une brûlure du changeur de prise de terre du côté haute tension. Dans chaque incident, la protection secondaire du côté haute tension a fonctionné de manière fiable. Le réglage de la protection contre les surintensités instantanées du disjoncteur haute tension était de 6 000 A du côté primaire, ce qui signifie que la protection ne s'activait que si le courant de court-circuit passant par le changeur de prise de terre dépassait 6 000 A instantanément. Cependant, le courant nominal du changeur de prise de terre lui-même n'est que de 630 A.

2 Analyse des causes racines

Le processus de fabrication de l'acier comporte trois étapes : la fusion, l'oxydation et la réduction. Pendant la phase de fusion, la charge triphasée fluctue de manière importante, générant de forts courants d'entrée souvent déséquilibrés. Même pendant la phase de raffinage, les changements continus du chemin de décharge de l'arc et de l'ionisation de l'interstice d'arc entraînent des courants de charge constamment déséquilibrés, produisant des composantes de séquence zéro. Lorsque ces composantes de séquence zéro sont reflétées sur l'enroulement haute tension en étoile, elles provoquent un déplacement de la tension du point neutre.

Sur la base des phénomènes de défaillance observés, diverses conditions contributives ont été analysées. Des études détaillées ont été menées sur les circuits électriques du système de contrôle des électrodes du four à arc, la relation de verrouillage entre le circuit de protection secondaire haute tension et les positions du changeur de prise de terre lors des changements de rapport. Des tests sur le terrain ont été répétés pour simuler si les conditions conduisant à la défaillance pouvaient se produire pendant la fabrication de l'acier. En fin de compte, les déficiences suivantes dans le circuit de protection de verrouillage du côté haute tension du transformateur EAF ont été identifiées. Pendant la fabrication de l'acier, la survenue de l'une des conditions suivantes pourrait entraîner la brûlure du changeur de prise de terre :

• Effectuer un changement de prise de terre après l'arrêt de l'alimentation haute tension. Pendant le processus de changement de prise de terre à l'aide du contrôleur de changeur de prise de terre, l'affichage numérique peut indiquer que le changement est terminé, mais le changeur de prise de terre n'a pas entièrement atteint sa position (c'est-à-dire que la surface de contact entre les contacts mobiles et fixes n'a pas atteint la capacité requise). Si l'alimentation haute tension est rétablie dans ces conditions, cela peut entraîner des courts-circuits entre phases et une brûlure subséquente du changeur de prise de terre pendant la fabrication de l'acier.

• Changement de prise de terre sous tension, c'est-à-dire modification directe de la position de prise de terre du changeur de prise de terre pendant le fonctionnement du four à arc.

• Alimentation sous charge, c'est-à-dire rétablissement de l'alimentation haute tension alors que les trois électrodes triphasées du four à arc sont encore en contact avec l'acier en fusion.

3 Mesures d'amélioration

Comparativement aux transformateurs de puissance conventionnels, les transformateurs EAF présentent les caractéristiques suivantes : une capacité de surcharge plus élevée, une plus grande résistance mécanique, une impédance de court-circuit plus grande, plusieurs niveaux de tension secondaire, des rapports de transformation plus élevés, une tension secondaire basse (de dizaines à des centaines de volts) et un courant secondaire élevé (de milliers à des dizaines de milliers d'ampères). Le contrôle du courant dans le four à arc est réalisé en modifiant les connexions de prise de terre du côté haute tension du transformateur et en ajustant les positions des électrodes.

Pendant la fabrication de l'acier, selon les exigences du processus et la nature opérationnelle du transformateur EAF, les deux cellules d'armoire haute tension installées devant le four fonctionnent des dizaines ou même des centaines de fois par jour. Cela place des exigences rigoureuses sur les performances des interrupteurs à vide et la fiabilité des opérations de protection. Par conséquent, la conception intègre une configuration "un en service, un en réserve", contrôlée depuis la station d'opérateur devant le four. L'alimentation est fournie via des câbles d'alimentation haute tension provenant de la sous-station centrale de 66 kV de l'entreprise.

Compte tenu des déficiences du circuit de commande de protection de verrouillage, il est essentiel d'empêcher les conditions qui entraînent la brûlure du changeur de prise de terre pendant les opérations de fabrication de l'acier. À travers l'analyse du circuit de verrouillage, les tests de simulation, l'étude structurelle du changeur de prise de terre et la compréhension du processus de fabrication de l'acier, les mesures correctives suivantes ont été élaborées :

• Interdire l'alimentation haute tension jusqu'à ce que le changement de prise de terre soit entièrement terminé ;

• Interdire le changement de prise de terre lorsque le côté haute tension est alimenté ;

• Interdire l'alimentation du transformateur sous charge.

4 Conclusion

En mettant en œuvre les solutions ci-dessus pour remédier aux déficiences du circuit de commande de protection de verrouillage du transformateur EAF, la fiabilité du système de verrouillage a été considérablement améliorée. Cela permet d'empêcher efficacement les erreurs opérationnelles par le personnel de causer des dommages à l'équipement, assurant ainsi un fonctionnement sûr, stable et fiable des transformateurs EAF. Cela garantit également l'achèvement réussi des tâches de production sidérurgique de l'entreprise et réduit considérablement les coûts de maintenance de l'équipement.