Análise de Accidentes e Medidas de Melora para o Sobreaquecemento do Selector de Tensión de Alta Voltaaxe do Transformador EAF

Actualmente, a empresa opera dous transformadores de forno eléctrico de arco (EAF). A tensión secundaria varía entre 121 V e 260 V, cunha corrente nominal de 504 A / 12.213 A. O lado de alta tensión ten un total de oito posicions de toma, utilizando un regulador de tensión fora de circuito accionado por motor. O equipo está equipado cun reactor de capacidade correspondente, conectado en serie a tomas designadas no lado de alta tensión. Estes transformadores levan máis de 20 anos en funcionamento. Ao longo deste período, para atender ás demandas evolutivas do proceso siderúrgico, se implementaron varias actualizacións técnicas no sistema de control de electrodos e no sistema de protección do transformador, co obxectivo de asegurar un funcionamento seguro e estable do equipo. No entanto, lograr este obxectivo depende críticamente da completude e fiabilidade do circuito interbloqueo entre o circuito de protección secundario do transformador EAF e o sistema de control de electrodos do forno eléctrico. Nos últimos anos, ocorreron varios incidentes de queima do selector de tomas de alta tensión, levantando preocupacións sobre a fiabilidade dos circuitos interbloqueo asociados.

1 Fenómeno do accidente

As inspeccións do núcleo dos transformadores revelaron que todos os fallos implicaban a queima do selector de tomas do lado de alta tensión. En cada incidente, a protección secundária do lado de alta tensión funcionou de maneira fiable. A configuración de protección de sobrecorrente instantánea para o interruptor de alta tensión era de 6.000 A no lado primario, significando que a protección só se activaría se a corrente de curto-circuíto a través do selector de tomas excedese 6.000 A instantaneamente. No entanto, a corrente nominal do selector de tomas é só de 630 A.

2 Análise da causa raíz

O proceso siderúrgico consiste en tres etapas: fusión, oxidación e redución. Durante a etapa de fusión, a carga trifásica fluctúa dramaticamente, xerando grandes correntes de entrada que son frecuentemente desequilibradas. Incluso durante a etapa de refinado, as continuas cambios na traxectoria de descarga do arco e na ionización da brecha do arco provocan correntes de carga constantemente desequilibradas, resultando en componentes de sequencia cero. Cando estes componentes de sequencia cero se reflejan na bobina de alta tensión conectada en estrela, causan un desprazamento da tensión do punto neutro.

Com base nos fenómenos de fallo observados, analizáronse varias condicións contributivas. Realizáronse estudos detallados nos circuitos eléctricos do sistema de control de electrodos do forno eléctrico, na relación de interbloqueo co circuito de protección secundario de alta tensión e nas posicións do selector de tomas durante o cambio de marchas. Realizaron pruebas de campo repetidas para simular se podían producir as condicións que levaban ao fallo durante o proceso siderúrgico. Finalmente, identificáronse as seguintes deficiencias no circuito de protección interbloqueo do lado de alta tensión do transformador EAF. Durante o proceso siderúrgico, a ocorrência de calquera das seguintes condicións podería levar á queima do selector de tomas:

• Realizar o cambio de tomas despois do apagado de alta tensión. Durante o proceso de cambio de tomas usando o controlador de selector de tomas, o visor digital pode indicar que o proceso está completo, pero o selector de tomas non chegou completamente á súa posición (é dicir, a área de contacto entre os contactos móveis e fixos non alcanzou a capacidade necesaria). Se a alta tensión se restablece nestas condicións, pode levar a curtos-circuitos entre fases e posterior queima do selector de tomas durante o proceso siderúrgico.

• Cambio de tomas baixo tensión, é dicir, cambiar directamente a posición de tomas do selector de tomas mentres o forno eléctrico está en funcionamento.

• Energización baixo carga, é dicir, restablecer a alta tensión mentres os tres electrodos trifásicos do forno eléctrico están aínda en contacto co acero fundido.

3 Medidas de mellora

Comparado cos transformadores convencionais, os transformadores EAF teñen as seguintes características: maior capacidade de sobrecarga, maior resistencia mecánica, maior impedancia de curto-circuíto, múltiples niveis de tensión secundaria, maiores ratios de transformación, baixa tensión secundaria (decenas a centos de voltios) e alta corrente secundaria (miles a decenas de miles de amperios). O control da corrente no forno eléctrico realiza-se cambiando as conexións de tomas no lado de alta tensión do transformador e axustando as posicións dos electrodos.

Durante o proceso siderúrgico, segundo os requisitos do proceso e a natureza operativa do transformador EAF, as dúas unidades de interruptores de alta tensión instaladas na parte frontal do forno operan decenas ou incluso centos de veces por día. Isto impón rigorosas demandas ao rendemento dos interruptores de vacío e á fiabilidade das operacións de protección. Polo tanto, o deseño incorpora unha configuración "un en uso, un en reserva", controlada desde a estación de operación da parte frontal do forno. A enerxía eléctrica fornécese mediante cables de alta tensión desde a subestación central de 66 kV da empresa.

Dadas as deficiencias no circuito de control de protección interbloqueo, é esencial prevenir as condicións que levan á queima do selector de tomas durante as operacións siderúrgicas. A través do análise do circuito interbloqueo, as probas de simulación, o estudo estrutural do selector de tomas e a comprensión do proceso siderúrgico, desenvolvéronse as seguintes medidas correctivas:

• Proibir a energización de alta tensión ata que o cambio de tomas estea completamente finalizado;

• Proibir o cambio de tomas mentres o lado de alta tensión está energizado;

• Proibir a energización do transformador baixo carga.

4 Conclusión

Ao implementar as solucións anteriores para abordar as deficiencias no circuito de control de protección interbloqueo do transformador EAF, a fiabilidade do sistema de interbloqueo aumentou significativamente. Isto prevén eficazmente que os erros operativos do persoal provoquen danos no equipo, asegurando un funcionamento seguro, estable e fiable dos transformadores EAF. Tamén garante a finalización con éxito das tarefas de produción siderúrgica da empresa e reduce substancialmente os custos de manutención do equipo.