Analisi degli incidenti e misure di miglioramento per il bruciore del cambiastufe ad alta tensione del trasformatore EAF

Attualmente, la società gestisce due trasformatori ad arco elettrico (EAF). La tensione secondaria varia da 121 V a 260 V, con una corrente nominale di 504 A / 12,213 A. Il lato ad alta tensione dispone di otto posizioni di presa, utilizzando un regolatore di tensione a circuito aperto azionato da motore. L'equipaggiamento è dotato di un reattore di capacità corrispondente, connesso in serie a prese designate sul lato ad alta tensione. Questi trasformatori sono in funzione da oltre 20 anni. Durante questo periodo, per soddisfare le esigenze evolutive del processo siderurgico, sono state implementate diverse aggiornamenti tecnici sul sistema di controllo degli elettrodi e sul sistema di protezione del trasformatore, mirando a garantire un'operazione sicura e stabile dell'equipaggiamento. Tuttavia, raggiungere questo obiettivo dipende criticamente dalla completezza e affidabilità del circuito di interblocco tra il circuito di protezione secondario del trasformatore EAF e il sistema di controllo degli elettrodi della fornace ad arco. Negli ultimi anni, si sono verificati diversi incidenti di bruciatura del commutatore di presa ad alta tensione, sollevando preoccupazioni sulla affidabilità dei circuiti di interblocco associati.

1 Fenomeno dell'incidente

Le ispezioni del nucleo dei trasformatori hanno rivelato che tutti i guasti coinvolgevano la bruciatura del commutatore di presa sul lato ad alta tensione. In ogni incidente, la protezione secondaria sul lato ad alta tensione ha funzionato in modo affidabile. L'impostazione della protezione contro sovracorrenti istantanee per l'interruttore ad alta tensione era di 6,000 A sul lato primario, il che significa che la protezione si attiverebbe solo se la corrente di cortocircuito attraverso il commutatore di presa superasse 6,000 A istantaneamente. Tuttavia, la corrente nominale del commutatore di presa stessa è solo di 630 A.

2 Analisi delle cause radici

Il processo siderurgico consiste in tre fasi: fusione, ossidazione e riduzione. Durante la fase di fusione, il carico trifase fluttua drammaticamente, generando grandi correnti di impulso spesso non bilanciate. Anche durante la fase di affinamento, i continui cambiamenti nel percorso di scarica d'arco e l'ionizzazione della fessura d'arco portano a correnti di carico costantemente non bilanciate, risultando in componenti zero-sequence. Quando questi componenti zero-sequence vengono riflessi sull'avvolgimento ad alta tensione a stella, causano uno spostamento della tensione al punto neutro.

In base ai fenomeni di guasto osservati, sono stati analizzati vari fattori contribuenti. Sono state condotte studi dettagliati sui circuiti elettrici del sistema di controllo degli elettrodi della fornace ad arco, la relazione di interblocco con il circuito di protezione secondario ad alta tensione e le posizioni del commutatore di presa durante il cambio di marcia. Sono stati ripetutamente eseguiti test sul campo per simulare se le condizioni che portano al guasto potessero verificarsi durante la produzione dell'acciaio. Alla fine, sono state identificate le seguenti carenze nel circuito di protezione di interblocco sul lato ad alta tensione del trasformatore EAF. Durante la produzione dell'acciaio, la verifica di qualsiasi delle seguenti condizioni potrebbe portare alla bruciatura del commutatore di presa:

• Effettuare il cambio di presa dopo lo spegnimento dell'alimentazione ad alta tensione. Durante il processo di cambio di presa utilizzando il controller del commutatore, il display digitale può indicare il completamento, ma il commutatore di presa non ha raggiunto completamente la sua posizione (cioè, l'area di contatto tra i contatti mobili e fissi non ha raggiunto la capacità richiesta). Se l'alimentazione ad alta tensione viene ripristinata in queste condizioni, può portare a cortocircuiti tra le fasi e successivamente alla bruciatura del commutatore di presa durante la produzione dell'acciaio.

• Cambio di presa sotto tensione, cioè modificare direttamente la posizione di presa del commutatore mentre la fornace ad arco è in funzione.

• Alimentazione sotto carico, cioè ripristinare l'alimentazione ad alta tensione mentre gli elettrodi trifase della fornace ad arco sono ancora in contatto con l'acciaio fuso.

3 Misure di miglioramento

A confronto con i trasformatori di potenza convenzionali, i trasformatori EAF presentano le seguenti caratteristiche: maggiore capacità di sovraccarico, maggiore resistenza meccanica, maggiore impedenza a cortocircuito, più livelli di tensione secondaria, rapporti di trasformazione più elevati, bassa tensione secondaria (decine a centinaia di volt) e alta corrente secondaria (migliaia a decine di migliaia di ampere). Il controllo della corrente nella fornace ad arco viene ottenuto cambiando le connessioni di presa sul lato ad alta tensione del trasformatore e regolando le posizioni degli elettrodi.

Durante la produzione dell'acciaio, in base ai requisiti del processo e alla natura operativa del trasformatore EAF, le due unità di apparati ad alta tensione installate davanti alla fornace operano decine o anche centinaia di volte al giorno. Ciò pone rigide esigenze sulle prestazioni degli interruttori a vuoto e sull'affidabilità delle operazioni di protezione. Pertanto, il progetto prevede una configurazione "uno in uso, uno in stand-by", controllata dalla postazione operativa davanti alla fornace. L'alimentazione è fornita tramite cavi di alimentazione ad alta tensione dalla sottostazione centrale a 66 kV della società.

Dato le carenze nel circuito di controllo di protezione di interblocco, è essenziale prevenire le condizioni che portano alla bruciatura del commutatore di presa durante le operazioni di produzione dell'acciaio. Attraverso l'analisi del circuito di interblocco, i test di simulazione, lo studio strutturale del commutatore di presa e la comprensione del processo di produzione dell'acciaio, sono state sviluppate le seguenti misure correttive:

• Proibire l'alimentazione ad alta tensione fino al completo completamento del cambio di presa;

• Proibire il cambio di presa mentre il lato ad alta tensione è alimentato;

• Proibire l'alimentazione del trasformatore sotto carico.

4 Conclusione

Implementando le soluzioni sopra descritte per affrontare le carenze nel circuito di controllo di protezione di interblocco del trasformatore EAF, l'affidabilità del sistema di interblocco è stata significativamente migliorata. Questo previene efficacemente gli errori operativi da parte del personale che possono causare danni all'equipaggiamento, assicurando l'operazione sicura, stabile e affidabile dei trasformatori EAF. Garantisce inoltre il completamento con successo dei compiti di produzione dell'acciaio della società e riduce sostanzialmente i costi di manutenzione dell'equipaggiamento.