Olycksanalys och förbättringsåtgärder för överföringsbrännning av högspänningsstegare i EAF-transformator

Företaget driver för närvarande två elektriska bågeugnstransformatorer (EAF). Sekundärläget ligger mellan 121 V och 260 V, med en strömstyrka på 504 A / 12,213 A. Högläget har totalt åtta tapppositioner, vilket utnyttjar motorstyrd avkopplad spänningsreglering. Utrustningen är utrustad med en reaktor av motsvarande kapacitet, som är seriekopplad till angivna tapper på högläget. Dessa transformatorer har varit i drift i över 20 år. Under denna period, för att möta de föränderliga kraven i stålproduktionen, har flera tekniska uppgraderingar genomförts på elektrodkontrollsystemet och transformatorskyddssystemet, med målet att säkerställa säker och stabil utrustningsdrift. Att nå detta mål beror dock kritiskt på fullständigheten och tillförlitligheten i kopplingskretsen mellan sekundärskyddskretsen för EAF-transformatorn och elektrodkontrollsystemet för bågeugnen. De senaste åren har det inträffat flera händelser med bränning av högspännings-tappchangers, vilket ger anledning till oro för tillförlitligheten hos de associerade kopplingskretsarna.

1 Händelsefenomen

Granskningar av transformatorernas kärnor visade att alla fel innebar bränning av högspännings-tappchangers. I varje incident fungerade sekundärskyddet på högläget pålitligt. Inställningen för ögonblicklig överströmningsskydd på högspänningsbryggan var 6,000 A på primärläget, vilket betyder att skyddet endast aktiveras om kortslutningsströmmen genom tappchangen överskrider 6,000 A ögonblickligen. Dock är den nominella strömstyrkan för tappchangen bara 630 A.

2 Rotorsaksanalys

Stålproduktionsprocessen består av tre steg: smältning, oxidation och reduktion. Under smältningsskedet fluktuerar trefasbelastningen drastiskt, vilket genererar stora inruschströmmar som ofta är obalanserade. Även under raffineringsstadiet leder kontinuerliga förändringar i bågeutsläppets väg och bågklyvningens jonisering till konstant obalanserade belastningsströmmar, vilket resulterar i nollsekvenskomponenter. När dessa nollsekvenskomponenter reflekteras på stjärnkopplingen i högspänningsvindningen orsakar de en förskjutning av neutralpunkten.

Baserat på observerade feltecken analyserades olika bidragande villkor. Detaljerade studier genomfördes på elektriska kretsar för bågeugnens elektrodkontrollsystem, kopplingsrelationen mellan högspänningssekundärskyddskretsen och positionerna för tappchangers under växling. Fälttester utfördes upprepade gånger för att simulera om de villkor som leder till fel kan inträffa under stålproduktion. Slutligen identifierades följande bristande aspekter i kopplings- och skyddskretsen på högläget för EAF-transformatorn. Under stålproduktion kan inträffandet av något av följande villkor leda till bränning av tappchangers:

• Genomförande av tappväxling efter avstängning av högspänning. Under tappväxlingsprocessen med tappchangernas reglerare kan den digitala displayen indikera slutförande, men tappchangen har inte fullt ut nått sin position (dvs. kontaktytan mellan rörelse- och statiska kontakter har inte nått den nödvändiga kapaciteten). Om högspänning återställs under dessa förhållanden kan det leda till fas-till-fas-kortslutning och därmed bränning av tappchangen under stålproduktion.

• Tappväxling under spänning, dvs. direkt ändring av tappchangers positioner medan bågeugnen är i drift.

• Inmatning under last, dvs. återställning av högspänning medan de tre faserna av bågeugnens elektroder fortfarande är i kontakt med smält stål.

3 Förbättringsåtgärder

Jämfört med konventionella strömförsertransformatorer har EAF-transformatorer följande egenskaper: högre överbelastningskapacitet, större mekanisk styrka, större kortslutningsimpedans, flera sekundära spänningsnivåer, högre transformationsförhållanden, låg sekundärläge (tiotals till hundratals volt) och hög sekundärström (tusentals till tiotusentals amper). Strömkontroll i bågeugnen uppnås genom att ändra tappanslutningar på högläget av transformatorn och justera elektrodpunkterna.

Under stålproduktion, enligt processkrav och driftsart för EAF-transformatorn, opererar de två högspänningsbryggorna installerade vid ugnens framsida dussintals eller hundratals gånger per dag. Detta ställer höga krav på prestanda för vakuumventiler och tillförlitlighet i skyddsoperationer. Därför inkluderar designen en "en i användning, en i beredskap" konfiguration, styrd från operatörsstationen vid ugnens framsida. Ström levereras via högspänningskablar från företagets 66 kV centrala understation.

Med tanke på bristerna i kopplings- och skyddskretsen är det viktigt att förhindra de villkor som leder till bränning av tappchangers under stålproduktionsoperationer. Genom analys av kopplingskretsen, simuleringstester, strukturstudier av tappchangers och förståelse för stålproduktionsprocessen utvecklades följande korrektiva åtgärder:

• Förbjuda högspänningstillförsel förrän tappväxlingen är fullständigt slutförd;

• Förbjuda tappväxling under energiförsörjning på högläget;

• Förbjuda energiförsörjning av transformatorn under last.

4 Slutsats

Genom att implementera ovanstående lösningar för att adressera bristerna i EAF-transformatorns kopplings- och skyddskrets har tillförlitligheten i kopplingsystemet betydligt förbättrats. Detta förhindrar effektivt att personalens driftfel orsakar skada på utrustningen, vilket säkerställer säker, stabil och tillförlitlig drift av EAF-transformatorerna. Det garanterar också framgångsrik genomförandet av företagets stålproduktionsuppgifter och minskar betydligt underhållskostnaderna för utrustningen.