Phân tích tai nạn và biện pháp cải thiện cho việc cháy máy đổi áp cao thế của biến áp EAF

Hiện tại, công ty đang vận hành hai biến áp lò hồ quang điện (EAF). Điện áp thứ cấp dao động từ 121 V đến 260 V, với dòng điện định mức là 504 A / 12,213 A. Bên cao thế có tổng cộng tám vị trí chốt, sử dụng điều chỉnh điện áp ngoài mạch bằng động cơ. Thiết bị được trang bị cuộn cảm có dung lượng tương ứng, nối tiếp vào các chốt chỉ định trên bên cao thế. Các biến áp này đã hoạt động hơn 20 năm. Trong suốt thời gian này, để đáp ứng nhu cầu thay đổi của quá trình luyện thép, một số nâng cấp kỹ thuật đã được thực hiện trên hệ thống điều khiển điện cực và hệ thống bảo vệ biến áp, nhằm đảm bảo an toàn và ổn định trong vận hành thiết bị. Tuy nhiên, việc đạt được mục tiêu này phụ thuộc rất nhiều vào sự hoàn thiện và tin cậy của mạch liên kết giữa mạch bảo vệ thứ cấp của biến áp EAF và hệ thống điều khiển điện cực của lò hồ quang. Trong những năm gần đây, đã xảy ra một số vụ cháy chập máy đổi chốt cao thế, gây lo ngại về độ tin cậy của các mạch liên kết liên quan.

1 Hiện tượng tai nạn

Kiểm tra lõi biến áp cho thấy tất cả các sự cố đều liên quan đến cháy chập máy đổi chốt bên cao thế. Trong mỗi sự cố, bảo vệ thứ cấp bên cao thế hoạt động đáng tin cậy. Cài đặt bảo vệ quá dòng tức thì cho công tắc cao thế là 6,000 A ở phía sơ cấp, nghĩa là bảo vệ chỉ kích hoạt nếu dòng ngắn mạch qua máy đổi chốt vượt quá 6,000 A tức thì. Tuy nhiên, dòng định mức của máy đổi chốt chỉ là 630 A.

2 Phân tích nguyên nhân gốc rễ

Quá trình luyện thép bao gồm ba giai đoạn: tan chảy, oxi hóa và khử. Trong giai đoạn tan chảy, tải ba pha dao động mạnh, tạo ra dòng xung lớn thường không cân đối. Ngay cả trong giai đoạn tinh chế, các thay đổi liên tục trong đường dẫn phóng điện hồ quang và ion hóa khe hở hồ quang dẫn đến dòng tải không cân đối liên tục, tạo ra thành phần thứ tự không. Khi các thành phần thứ tự không này phản ánh lên cuộn dây cao thế đấu sao, chúng gây ra sự dịch chuyển điện áp điểm trung tính.

Dựa trên các hiện tượng sự cố được quan sát, các điều kiện góp phần đã được phân tích. Các nghiên cứu chi tiết đã được tiến hành về mạch điện của hệ thống điều khiển điện cực lò hồ quang, mối quan hệ liên kết giữa mạch bảo vệ thứ cấp cao thế, và vị trí của máy đổi chốt trong quá trình chuyển số. Các thử nghiệm thực địa đã được thực hiện lặp đi lặp lại để mô phỏng xem liệu các điều kiện dẫn đến sự cố có thể xảy ra trong quá trình luyện thép hay không. Cuối cùng, các thiếu sót sau đây trong mạch bảo vệ liên kết bên cao thế của biến áp EAF đã được xác định. Trong quá trình luyện thép, việc xảy ra bất kỳ một trong các điều kiện sau có thể dẫn đến cháy chập máy đổi chốt:

• Thực hiện đổi chốt sau khi tắt nguồn cao thế. Trong quá trình đổi chốt sử dụng bộ điều khiển máy đổi chốt, màn hình số có thể hiển thị hoàn thành, nhưng máy đổi chốt chưa hoàn toàn đạt vị trí (tức là diện tích tiếp xúc giữa tiếp điểm di chuyển và tiếp điểm tĩnh chưa đạt dung lượng yêu cầu). Nếu nguồn cao thế được khôi phục trong điều kiện này, nó có thể dẫn đến ngắn mạch pha và cháy chập máy đổi chốt trong quá trình luyện thép.

• Đổi chốt dưới điện áp, tức là thay đổi vị trí chốt của máy đổi chốt trực tiếp trong khi lò hồ quang đang hoạt động.

• Khôi phục điện dưới tải, tức là khôi phục nguồn cao thế trong khi ba điện cực của lò hồ quang vẫn tiếp xúc với thép lỏng.

3 Biện pháp cải tiến

So với các biến áp điện thông thường, biến áp EAF có các đặc điểm sau: khả năng quá tải cao hơn, cường độ cơ học lớn hơn, trở kháng ngắn mạch lớn hơn, nhiều mức điện áp thứ cấp, tỷ lệ biến đổi cao hơn, điện áp thứ cấp thấp (mấy chục đến vài trăm volt) và dòng điện thứ cấp cao (hàng nghìn đến hàng chục nghìn ampe). Điều khiển dòng điện trong lò hồ quang được thực hiện bằng cách thay đổi các kết nối chốt trên bên cao thế của biến áp và điều chỉnh vị trí của các điện cực.

Trong quá trình luyện thép, theo yêu cầu công nghệ và bản chất hoạt động của biến áp EAF, hai tủ công tắc cao thế được lắp đặt trước lò hoạt động hàng chục hoặc thậm chí hàng trăm lần mỗi ngày. Điều này đòi hỏi hiệu suất cao của công tắc chân không và độ tin cậy của các hoạt động bảo vệ. Do đó, thiết kế bao gồm cấu hình "một sử dụng, một dự phòng", được điều khiển từ trạm điều khiển trước lò. Nguồn điện được cung cấp qua cáp điện cao thế từ trạm biến áp trung tâm 66 kV của công ty.

Do các thiếu sót trong mạch bảo vệ liên kết, cần phải ngăn chặn các điều kiện dẫn đến cháy chập máy đổi chốt trong quá trình vận hành luyện thép. Qua phân tích mạch liên kết, thử nghiệm mô phỏng, nghiên cứu cấu trúc của máy đổi chốt và hiểu biết về quá trình luyện thép, các biện pháp khắc phục sau đây đã được phát triển:

• Cấm khôi phục điện cao thế cho đến khi đổi chốt hoàn tất;

• Cấm đổi chốt khi bên cao thế đang có điện;

• Cấm khôi phục điện cho biến áp dưới tải.

4 Kết luận

Bằng cách thực hiện các giải pháp nêu trên để giải quyết các thiếu sót trong mạch bảo vệ liên kết của biến áp EAF, độ tin cậy của hệ thống liên kết đã được tăng cường đáng kể. Điều này giúp ngăn chặn các lỗi vận hành do người lao động gây ra, đảm bảo an toàn, ổn định và tin cậy trong vận hành biến áp EAF. Đồng thời, nó cũng đảm bảo hoàn thành thành công các nhiệm vụ sản xuất thép của công ty và giảm đáng kể chi phí bảo trì thiết bị.