萊鋼煉鋼廠130噸LF精煉爐電氣故障處理

郭宗華 殷志輝

摘要：介紹了萊鋼煉鋼廠130噸LF精煉爐電氣故障的處理和設計過程中電氣元器件的選用方案。

關健詞：精煉爐、變壓器、U型導電板、真空斷路器。

Abstract：introduce treatment on electrical faults of 130 ton LF finery of Laigang Section Steel Factory and selection proposal of electric components during design process.

Key words：finery，Transformer，U Model Current－Conducting Plate and Vacuum Ciecuit Breakerl

中圖分類號： TM4 文獻標識碼： A 文章編號：

0 引言

萊鋼130噸LF精煉爐投運后，多次出現變壓器低壓套管、真空斷路器、PLC系統死機等故障，改造和完善勢在必行。

1 變壓器

1．1 工況和原因分析

變壓器為有載調壓，35KV供電，采用PLC控制和計算機HMI畫面操作，三相12個低壓套管固定在一塊不銹鋼板上，運行中連續出現低壓套管爆裂和有載調壓開關瓦斯報警，經過對變壓器的診斷，發現低壓側套在U型銅管上的為復合樹脂絕緣子，銅管本身不帶散熱裝置是導致在冶煉過程中大電流長時間作用發熱膨脹而迫使套管脹裂的主要原因。

變壓器正常運行及區外故障時主要受到兩種力的作用[1]：一種是鐵芯受到的縱向力，另一種是繞組中受到的軸向力，當變壓器低壓側發生短路故障時，漏磁磁通密度隨短路電流的大小成正比例增加，繞組各部分受到的電磁力將隨著電流的平方而增長，由于短路點很近，短路時的短路電流達30倍的額定值，電磁力增長近千倍，使變壓器同時受到巨大的鐵芯縱向力及繞組軸向力的作用使鐵芯、繞組因受到力矩的作用而發生位移，導體在大電流的作用下迅速發熱，變壓器繞組伴隨發熱而膨脹[2]。

1．2 處理措施

為確保變壓器運行，通過分析制訂如下改造方案：將U型銅管加工成內帶水冷裝置，冷卻水進出口采用球閥控制，用高壓膠管與變壓器主進出水冷裝置相連構成閉路循環系統，將導體產生的熱量帶走，達到最佳冷卻效果。

1） 變壓器U型銅管端面上的導電桿加工成空心的，并鉆成M6深15mm螺孔。

2） 加工黃銅接頭12件。

3） 接頭與U型管連接端面用密封墊12個。

各項準備工作就緒，按要求將加工好的U型銅管進行了更換，連接好冷卻水管，用真空濾油機對變壓器油進行了過濾，對有載調壓開關進行了解體檢查，更換了發黑變質的變壓器油，送電后運行正常。

235KV出線斷路器

精煉爐在冶煉中，多次出現35KV出線柜真空斷路器頻繁跳閘，跳閘后由于其操作機構失靈無法合閘，兩次出現A、C兩相真空泵爆裂和絕緣子爬電導致相間短路事故，其事故原因由作過電壓保護的氧化鋅避雷器引起，該裝置對吸收斷路器分合閘時產生的過電壓有效性差，后經討論比較采用四星型接法的TBP三叉戟式過電壓保護裝置，其動作壽命達105次，性能優良可靠，具有常規避雷器不可比擬的優點，更換后故障排除。另外對于斷路器無法合閘，調整了輔助切換回路的機構使問題得到解決。

3系統接地

精煉爐是一個大電流環境，冶煉時工況比較復雜，變壓器中性點懸空不直接進行接地，但在投產后頻繁出現接地連接點、下料溜管連接螺絲發熱變紅，甚至燒融冒煙，原因是精煉爐在冶煉和調節成分時，電極經常是三相和兩相交替工作，而且三相在同時工作時電流也不可能平衡，導致在電極短網周圍產生很大的漏磁通和不平衡磁通，在接地的金屬及導體之間產生感應電動勢，形成了閉合回路產生較大的渦電流，使焊接不良電阻大的部位發熱，若不及時處理將會危及電纜壽命，后經全面檢查發現系施工時未嚴格按規范和圖紙要求施工形成了多點接地，再加上導電短網連接處絕緣不良通過大地形成了回路而產生，經更換短網絕緣板和重新按要求布置接地連接點消除了隱患。

4電極自動下滑

電極的升降是一個復雜過程，其驅動靠液壓比例閥來完成，由計算機HMI和PLC發出的指令來動作，PLC系統對接地的要求比較嚴格，各廠家對接地電阻值的要求均所不同，施工規范也沒有嚴格的具體規定，若不根據系統的具體工作環境來進行確定是很難保證其正常工作的，由于在施工時未認真周密研究分析，出現了接地不合理和虛地的情況，導致在冶煉中常出現下滑而不能正常起弧，另一方面由于設計上采用一臺主機控制，冶煉時產生的電磁干擾經常使系統發生死機而停產，后經采取防干擾措施和增加單獨的接地裝置，使系統恢復了正常，為確?？煽坑衷黾恿艘慌_服務器作為備用，正常時2臺同時使用，一臺用于控制，一臺用于HMI畫面監控和操作，事故狀態時，實現同步無擾動切換，完善了整個系統的控制性能。

5設計的討論

精煉爐冶煉過程的周圍環境比較復雜，其控制設備處于大電流產生的磁場中，若使用不當就會影響系統的控制功能，因此在設計上應考慮以下幾點供參考。

5．1 大電流和計算機系統接地

精煉爐是一個大的強電流系統，其接地不同于常規的接地方式，而且在運行時，每時每刻都是瞬時變化的，因此在設備選型和設計方案上要考慮大電流系統的接地問題，要嚴格按規范要求施工，盡量考慮接地裝置布局的合理性，避免因環流而產生對人身和設備造成的潛在隱患。

PLC系統的接地，每個廠家對電阻值和電磁兼容性都有要求，在接地方案的制定上要盡量按廠家要求考慮，雖然按規程要求與主廠房保護系統共用接地裝置保持零電位，接地電阻值也滿足要求，但是使用結果證明這種設計對PLC系統的運行沒保證，原因是主接地裝置是強電流系統，在正常情況下各種單相設備都要經過接地體才能工作，由于使用整流設備較多，接地線上存在零序電流，再加上各種用電設備工況比較復雜，一旦出現短路或接地事故，大地各處的電位不相等會產生雜散電流，將高電位引入PLC接地系統造成反擊，輕者造成PLC工作不正常，嚴重時將PLC模板燒毀，運行經驗證明在各種干擾信號共同存在的情況下，PLC系統采用單獨的接地裝置與強電接地分開比較可靠，為確保系統正常通訊和避免停機，所有計算機、交換機、機柜的外殼都必須要接地。

5．2 高壓斷路器

斷路器作為精煉變壓器的勵磁控制開關操作時，間歇性的大電流就會對觸頭造成損耗及破壞，原因是一個冶煉處理周期斷路器就要操作五六次，每天的分合閘累計達100多次，若因設計選型和制造原因，個別的用幾個月就得更換，國外的設備雖然可靠，但價格非常昂貴，且備件無法保證，因此，在設計時最好選適用于電爐特殊環境制造的斷路器來承擔投切變壓器的任務，其最長開關壽命可操作100，000次，能夠在任意功率因數下為變壓器的正常運行提供穩定、持續、大量的電能。

為彌補不足也可選用如下模式：一是采用兩臺斷路器一用一備，二次回路采用過電壓吸收裝置來保護PLC及綜保觸點不被損壞等；二是選用三極獨立安裝，帶有波峰和合閘同步監測，站級避雷器和RC回路的獨特設計來保證斷路器在電流的過零點合閘，極大的減少合閘涌流和對套管及內部繞組間的絕緣沖擊力，延長使用壽命。

5．3 過電壓保護器

真空斷路器在關、合感性負載時，引發的截流過電壓，多次重燃過電壓及三相同時開斷過電壓，具有高幅值、高陡度的特點，可在其負荷側及母線側加裝阻容吸收裝置，有效限制其兩側的操作過電壓的幅值與頻率，大大改善加在斷路器斷口上的電壓降，減少斷路器的重燃幾率和滅弧室外部閃絡，起到輔助的保護作用。

特別注意的是過電壓保護器不同于常規的避雷器，內部有大量的電子元器件，隨著使用時間的延續，部分單元會逐漸發生老化，使吸收過電壓性能減弱，投入運行后必須定期進行檢驗，在目前國內沒有明確檢驗規程無章可循的情況下，必須按廠家說明書要求定期試驗，對性能不可靠的要及時更新換代，確保高壓電氣設備有一個安全的運行環境，減少事故停電時間。

5．4 高壓電纜頭制作

據統計高壓電氣故障電纜頭約占90％，與電纜頭的質量和制作工藝有關，而且價格相差很大，經對損壞的電纜頭剝離分析，發現個別接地線連接不規范，有的甚至采用焊接使絕緣損傷炭化，有的是剝切護層時用力過大劃傷主絕緣，使電纜頭投入運行后，在強電場作用下發生閃絡，最后導致擊穿造成大面積停電，給企業造成損失，特別是新上項目，要把電纜頭的管理當作一項重要任務從源頭層層把關，參與制作的有關人員必須要經過培訓，對制作工藝非常熟悉，且持有權威部門頒發的資格證書，做電纜頭時每一步都要嚴格按規范和廠家說明書要求進行，為便于相互監督最好由相關部門采取強制措施，選擇國內知名廠家產品，與其建立長期合作關系，并承擔起單獨供貨和現場制作電纜頭的義務，將事故消滅在萌芽狀態。

6結論

通過對精煉爐的故障處理和完善，使轉爐—精煉—連鑄機生產達到良性循環，為設備維護和管理積累了豐富的寶貴經驗。

參靠文獻

[1] 蘇文博 ，李鵬博 ，張高峰。繼電保護事故處理技術與實例 中國電力出版社2002

注：文章內所有公式及圖表請用PDF形式查看。