Анализ аварии и меры по улучшению для высоковольтного переключателя отпайки трансформатора ЭДП

В настоящее время компания эксплуатирует два трансформатора дуговой электростали (EAF). Напряжение вторичной обмотки варьируется от 121 В до 260 В, с номинальным током 504 А / 12,213 А. На стороне высокого напряжения имеется восемь позиций отбора, использующих регулировку напряжения вне цепи с помощью моторного привода. Оборудование оснащено реактором соответствующей мощности, подключенным последовательно к определенным точкам отбора на стороне высокого напряжения. Эти трансформаторы находятся в эксплуатации более 20 лет. За этот период, чтобы удовлетворить меняющиеся требования процесса выплавки стали, были проведены несколько технических модернизаций системы управления электродами и системы защиты трансформатора, направленных на обеспечение безопасной и стабильной работы оборудования. Однако достижение этой цели критически зависит от полноты и надежности взаимосвязанной цепи между вторичной защитной цепью трансформатора EAF и системой управления электродами дуговой печи. В последние годы произошло несколько инцидентов с перегоранием переключателей высокого напряжения, что вызывает опасения по поводу надежности связанных с ними взаимосвязанных цепей.

1 Феномен аварии

При осмотре сердечников трансформаторов выяснилось, что все отказы связаны с перегоранием переключателей на стороне высокого напряжения. В каждом случае вторичная защита на стороне высокого напряжения работала надежно. Установка мгновенной защиты от сверхтоков для высоковольтного выключателя составляла 6,000 А на первичной стороне, что означает, что защита активируется только при превышении короткозамкнутого тока через переключатель более 6,000 А. Однако номинальный ток самого переключателя составляет всего 630 А.

2 Анализ причин

Процесс выплавки стали состоит из трех этапов: плавление, окисление и восстановление. На этапе плавления трехфазная нагрузка сильно колеблется, генерируя большие пусковые токи, которые часто несимметричны. Даже на этапе рафинирования постоянные изменения пути разрядного дугового разряда и ионизации дугового промежутка приводят к постоянно несимметричным нагрузочным токам, образующим нулевые последовательные компоненты. Когда эти нулевые последовательные компоненты отражаются на звездообразной обмотке высокого напряжения, они вызывают смещение напряжения нейтральной точки.

На основе наблюдаемых явлений отказов были проанализированы различные условия, способствующие этим отказам. Были проведены детальные исследования электрических цепей системы управления электродами дуговой печи, взаимосвязи между вторичной защитной цепью высокого напряжения и положениями переключателя при переключении передач. Повторные полевые испытания проводились для моделирования условий, приводящих к отказу во время выплавки стали. В конечном итоге были выявлены следующие недостатки в взаимосвязанной защитной цепи на стороне высокого напряжения трансформатора EAF. Во время выплавки стали возникновение любого из следующих условий может привести к перегоранию переключателя:

• Переключение после отключения высокого напряжения. В процессе переключения с использованием контроллера переключателя, цифровой дисплей может показывать завершение, но переключатель еще не полностью достиг своей позиции (то есть контактная площадь между движущимися и неподвижными контактами не достигла необходимой емкости). Если при таких условиях восстановить высокое напряжение, это может привести к фазовым коротким замыканиям и последующему перегоранию переключателя во время выплавки стали.

• Переключение под напряжением, то есть прямое изменение положения переключателя, когда дуговая печь находится в работе.

• Включение под нагрузкой, то есть восстановление высокого напряжения, когда трехфазные электроды дуговой печи все еще контактируют с расплавленной сталью.

3 Меры улучшения

По сравнению с обычными силовыми трансформаторами, трансформаторы EAF имеют следующие характеристики: большую перегрузочную способность, большую механическую прочность, большее короткозамкнутое сопротивление, множество уровней вторичного напряжения, большие коэффициенты трансформации, низкое вторичное напряжение (десятки до сотен вольт) и высокий вторичный ток (тысячи до десятков тысяч ампер). Контроль тока в дуговой печи осуществляется путем изменения соединений отбора на стороне высокого напряжения трансформатора и регулировки положения электродов.

Во время выплавки стали, в соответствии с требованиями процесса и эксплуатационными характеристиками трансформатора EAF, две установки высоковольтного коммутационного оборудования, установленные перед печью, выполняют десятки или даже сотни операций в день. Это предъявляет строгие требования к производительности вакуумных выключателей и надежности защитных операций. Поэтому в конструкцию включена конфигурация "один в работе, один в резерве", управляемая с операторской станции перед печью. Электроэнергия подается через высоковольтные кабели питания от центральной подстанции компании на 66 кВ.

Учитывая недостатки в взаимосвязанной защитной цепи, необходимо предотвратить условия, приводящие к перегоранию переключателя во время операций по выплавке стали. Через анализ взаимосвязанной цепи, имитационные испытания, структурное исследование переключателя и понимание процесса выплавки стали, были разработаны следующие корректирующие меры:

• Запретить включение высокого напряжения до полного завершения переключения;

• Запретить переключение, когда сторона высокого напряжения под напряжением;

• Запретить включение трансформатора под нагрузкой.

4 Заключение

Реализация вышеуказанных решений для устранения недостатков взаимосвязанной защитной цепи трансформатора EAF значительно повысила надежность системы взаимосвязи. Это эффективно предотвращает ошибки в действиях персонала, которые могут привести к повреждению оборудования, обеспечивая безопасную, стабильную и надежную работу трансформаторов EAF. Это также гарантирует успешное выполнение задач по выплавке стали компании и существенно снижает затраты на обслуживание оборудования.