Analyse van ongeval en verbeteringsmaatregelen voor brand in de hoge-spanningsschakelaar van de EAF-transformatie

Momenteel bedrijft het bedrijf twee elektrische boogoven (EAF) transformatoren. De secundaire spanning varieert van 121 V tot 260 V, met een nominale stroom van 504 A / 12.213 A. De hoogspanningszijde heeft in totaal acht tap-standen, waarbij gebruik wordt gemaakt van motorbestuurde off-circuit spanningregeling. Het apparaat is uitgerust met een reactor van overeenkomstige capaciteit, die in serie is aangesloten op de aangewezen tappen aan de hoogspanningszijde. Deze transformatoren zijn al meer dan 20 jaar in gebruik. Gedurende deze periode zijn er verschillende technische upgrades doorgevoerd op het elektrode besturingssysteem en het transformatie beschermingssysteem, om voldoende te kunnen voldoen aan de evoluerende eisen van het staalproductieproces, met als doel veilig en stabiel apparaatbedrijf te garanderen. Het bereiken van dit doel hangt echter kritisch af van de volledigheid en betrouwbaarheid van het interlock circuit tussen het secundaire beschermingcircuit van de EAF transformer en het elektrode besturingssysteem van de boogoven. In de afgelopen jaren zijn er meerdere incidenten van brand in de hoogspanningstapveranderder voorgekomen, wat zorgen baart over de betrouwbaarheid van de bijbehorende interlock circuits.

1 Ongelukken

Inspecties van de kern van de transformatoren hebben aangetoond dat alle storingen betrekking hadden op brand in de hoogspanningstapveranderder. Bij elk incident werkte de secundaire bescherming aan de hoogspanningszijde betrouwbaar. De instelling voor de instantane overstroombescherming van de hoogspanningschakelaar was 6.000 A aan de primaire zijde, wat betekent dat de bescherming alleen zou activeren als de kortsluitstroom door de tapveranderder de 6.000 A overschreed. De nominale stroom van de tapveranderder zelf is echter slechts 630 A.

2 Oorzakenanalyse

Het staalproductieproces bestaat uit drie fasen: smelten, oxidatie en reductie. Tijdens de smeltfase fluctueert de driefasenbelasting sterk, wat grote inrush-stromen genereert die vaak ongebalanceerd zijn. Zelfs tijdens de verfijningsfase leiden continue veranderingen in het pad van de boogontlading en de ionisatie van de boogopening tot constant ongebalanceerde belastingsstromen, wat nulreekscomponenten veroorzaakt. Wanneer deze nulreekscomponenten worden weerspiegeld op de ster verbonden hoogspanningswinding, veroorzaken ze een verschuiving van de neutrale puntspanning.

Op basis van de waargenomen storingverschijnselen zijn verschillende bijdragefactoren geanalyseerd. Uitgebreide studies werden uitgevoerd op de elektrische circuits van het boogovenelektrode besturingssysteem, de interlockrelatie tussen het secundaire beschermingcircuit aan de hoogspanningszijde en de posities van de tapveranderder tijdens schakeling. Veldtests werden herhaaldelijk uitgevoerd om te simuleren of de omstandigheden die leiden tot storingen konden optreden tijdens het staalproductieproces. Uiteindelijk werden de volgende tekortkomingen in het interlock beschermingcircuit aan de hoogspanningszijde van de EAF transformer geïdentificeerd. Tijdens het staalproductieproces kan het optreden van een van de volgende omstandigheden leiden tot brand in de tapveranderder:

• Tapverandering uitvoeren na het uitschakelen van de hoogspanning. Tijdens het tapveranderingsproces met de tapverandercontroller kan de digitale display aangeven dat het proces is voltooid, maar de tapveranderder is niet volledig in positie (d.w.z. het contactoppervlak tussen de bewegende en statische contacten heeft de vereiste capaciteit nog niet bereikt). Als de hoogspanning onder deze omstandigheden wordt hersteld, kan dit leiden tot fase-tot-fase kortsluitingen en vervolgens tot brand in de tapveranderder tijdens het staalproductieproces.

• Tapverandering onder spanning, d.w.z. direct de tappositie van de tapveranderder wijzigen terwijl de boogoven in bedrijf is.

• Onder spanning inzetten, d.w.z. de hoogspanning herstellen terwijl de driefasenelektroden van de boogoven nog in contact staan met gesmolten staal.

3 Verbeteringsmaatregelen

In vergelijking met conventionele energietransformatoren hebben EAF transformatoren de volgende kenmerken: hogere overbelastingscapaciteit, grotere mechanische sterkte, grotere kortsluitimpedantie, meerdere secundaire spanningniveaus, hogere transformatieverhoudingen, lage secundaire spanning (tientallen tot honderden volt) en hoge secundaire stroom (duizenden tot tienduizenden ampères). Stromen in de boogoven worden gereguleerd door de tapverbindingen aan de hoogspanningszijde van de transformer te wijzigen en de elektrodeposities aan te passen.

Tijdens het staalproductieproces, volgens de processvereisten en de operationele aard van de EAF transformer, worden de twee hoogspanningsafschakelapparaten die aan de ovenfront zijn geïnstalleerd, dagelijks tientallen of zelfs honderden keren ingezet. Dit stelt strenge eisen aan de prestaties van vacuumschakelaars en de betrouwbaarheid van beschermingsoperaties. Daarom is in het ontwerp een "één in gebruik, één in reserve" configuratie opgenomen, bestuurd vanaf de ovenfrontoperatorstation. De energie wordt geleverd via hoogspanningsenergiekabels van de 66 kV centrale substation van het bedrijf.

Gezien de tekortkomingen in het interlock beschermingcontrolecircuit, is het essentieel om de omstandigheden die leiden tot brand in de tapveranderder tijdens het staalproductieproces te voorkomen. Door analyse van het interlock circuit, simulatietests, structuurstudie van de tapveranderder en begrip van het staalproductieproces, zijn de volgende correctieve maatregelen ontwikkeld:

• Hoogspanning inzetten pas nadat de tapverandering volledig is voltooid;

• Tapverandering verbieden terwijl de hoogspanningszijde onder spanning staat;

• De transformer onder belasting inzetten verbieden.

4 Conclusie

Door de bovenstaande oplossingen te implementeren om de tekortkomingen in het interlock beschermingcontrolecircuit van de EAF transformer te verhelpen, is de betrouwbaarheid van het interlocksysteem aanzienlijk verbeterd. Dit voorkomt effectief dat operatieve fouten door personeel leiden tot apparatuurschade, waardoor veilig, stabiel en betrouwbaar apparaatbedrijf wordt gegarandeerd. Het zorgt ook voor het succesvolle voltooien van de staalproductietaken van het bedrijf en vermindert aanzienlijk de onderhoudskosten van het apparaat.