Analiza Wypadków i Środki Poprawy dla Spalenia Wysokiego Napięcia Przełącznika Bezstykowego Transformatora EAF
Obecnie firma operuje dwoma transformatorami pieca elektrycznego (EAF). Napięcie wtórne wahadło się w zakresie od 121 V do 260 V, z prądem znamionowym 504 A / 12 213 A. Strona wysokiego napięcia ma ogółem osiem pozycji zwarcia, wykorzystując sterowaną silnikowo regulację napięcia poza obwodem. Urządzenie jest wyposażone w reaktor o odpowiedniej pojemności, podłączony szeregowo do określonych zwarcia na stronie wysokiego napięcia. Te transformatory są w użyciu przez ponad 20 lat. W tym okresie, aby spełnić zmieniające się wymagania procesu hutniczego, wprowadzono kilka modernizacji technicznych systemu sterowania elektrodami i systemu ochrony transformatora, mających na celu zapewnienie bezpiecznej i stabilnej pracy urządzenia. Jednak osiągnięcie tego celu zależy krytycznie od kompletności i niezawodności obwodu wzajemnego blokowania między obwodem ochronnym wtórnym transformatora EAF a systemem sterowania elektrodami pieca elektrycznego. W ostatnich latach wystąpiły kilka incydentów spalania się przełącznika zwarcia strony wysokiego napięcia, co budzi obawy co do niezawodności związanych z tym obwodów wzajemnego blokowania.
1 Zjawisko awarii
Przegląd rdzeni transformatorów wykazał, że wszystkie awarie obejmowały spalenie się przełącznika zwarcia strony wysokiego napięcia. W każdym przypadku ochrona wtórna strony wysokiego napięcia działała niezawodnie. Ustawienie natychmiastowej ochrony przeciwprądowej dla przełącznika strony wysokiego napięcia wynosiło 6 000 A na stronie pierwotnej, co oznacza, że ochrona aktywowałaby się tylko wtedy, gdy prąd zwarciowy przez przełącznik przekroczyłby 6 000 A natychmiastowo. Jednak prąd znamionowy samego przełącznika zwarcia wynosi tylko 630 A.
2 Analiza przyczyn podstawowych
Proces huty stali składa się z trzech etapów: topienia, utleniania i redukcji. W trakcie etapu topienia trójfazowe obciążenie ulega drastycznym wahaniom, generując duże prądy wzbudzające, które często są nierównowagowe. Nawet w trakcie etapu rafinacji ciągłe zmiany ścieżki rozładowania łuku i jonizacji szczeliny łuku prowadzą do ciągle nierównowagowych prądów obciążenia, powodując składowe zerowego rzędu. Gdy te składowe zerowego rzędu są odbite na gwiazdowo połączonej cewce wysokiego napięcia, powodują przesunięcie napięcia punktu neutralnego.
Na podstawie zaobserwowanych zjawisk awaryjnych analizowano różne warunki sprzyjające. Przeprowadzono szczegółowe badania obwodów elektrycznych systemu sterowania elektrodami pieca elektrycznego, relacji wzajemnego blokowania obwodu ochronnego wtórnego strony wysokiego napięcia oraz pozycji przełącznika zwarcia podczas zmiany biegów. Repejtowane testy terenowe symulowały, czy warunki prowadzące do awarii mogą wystąpić podczas produkcji stali. Ostatecznie zidentyfikowano następujące niedostatki w obwodzie wzajemnego blokowania ochrony strony wysokiego napięcia transformatora EAF. Podczas produkcji stali wystąpienie jednego z poniższych stanów może doprowadzić do spalenia się przełącznika zwarcia:
Wykonanie zmiany zwarcia po wyłączeniu zasilania wysokiego napięcia. W trakcie procesu zmiany zwarcia przy użyciu kontrolera przełącznika zwarcia, wyświetlanie cyfrowe może wskazywać zakończenie, ale przełącznik zwarcia nie dotarł jeszcze do pełnej pozycji (tzn. obszar kontaktu między stykami ruchomymi i nieruchomymi nie osiągnął wymaganej pojemności). Jeśli zasilanie wysokiego napięcia zostanie przywrócone w tych warunkach, może to prowadzić do zwarć fazowych i następnie do spalenia się przełącznika zwarcia podczas produkcji stali.
Zmiana zwarcia pod napięciem, tj. bezpośrednia zmiana pozycji zwarcia przełącznika zwarcia podczas działania pieca elektrycznego.
Włączenie pod obciążeniem, tj. przywrócenie zasilania wysokiego napięcia, gdy trójfazowe elektrody pieca elektrycznego są nadal w kontakcie ze stopioną stalą.
3 Środki poprawczy
W porównaniu do konwencjonalnych transformatorów energetycznych, transformatory EAF charakteryzują się następującymi cechami: wyższą zdolnością do przeciążeń, większą wytrzymałością mechaniczną, większym impedancją zwarciowym, wieloma poziomami napięcia wtórnego, wyższymi stosunkami transformacji, niskim napięciem wtórnym (dziesiątki do setek woltów) i wysokim prądem wtórnym (tysiące do dziesiątek tysięcy amperów). Sterowanie prądem w piecu elektrycznym odbywa się poprzez zmianę połączeń zwarcia na stronie wysokiego napięcia transformatora i dostosowanie pozycji elektrod.
Podczas produkcji stali, zgodnie z wymaganiami procesowymi i naturą operacyjną transformatora EAF, dwa zainstalowane na froncie pieca urządzenia wysokiego napięcia działają dziesiątki lub nawet setki razy dziennie. To stawia surowe wymagania dotyczące wydajności przekaźników próżniowych i niezawodności operacji ochronnych. Dlatego projekt uwzględnia konfigurację "jeden w użyciu, jeden w gotowości", sterowaną ze stanowiska operatora na froncie pieca. Zasilanie odbywa się poprzez kabele zasilania wysokiego napięcia z centralnej podstacji firmy o napięciu 66 kV.
Biorąc pod uwagę niedostatki w obwodzie wzajemnego blokowania ochrony, kluczowe jest zapobieżenie warunkom prowadzącym do spalenia się przełącznika zwarcia podczas operacji hutniczych. Poprzez analizę obwodu wzajemnego blokowania, testy symulacyjne, badania konstrukcyjne przełącznika zwarcia i zrozumienie procesu hutniczego, opracowano następujące środki korygujące:
Zabronić włączenia zasilania wysokiego napięcia, dopóki zmiana zwarcia nie zostanie całkowicie zakończona;
Zabronić zmiany zwarcia podczas zasilania strony wysokiego napięcia;
Zabronić włączenia transformatora pod obciążeniem.
4 Podsumowanie
Poprzez wdrożenie powyższych rozwiązań mających na celu usunięcie niedostatków w obwodzie wzajemnego blokowania ochrony transformatora EAF, znacznie wzrosła niezawodność systemu wzajemnego blokowania. Efektywnie zapobiega to błędom personelu prowadzącym do uszkodzeń sprzętu, gwarantując bezpieczną, stabilną i niezawodną pracę transformatorów EAF. Zapewnia to również pomyślne wykonanie zadań produkcyjnych huty stali przez firmę oraz znacznie obniża koszty utrzymania sprzętu.
