莱钢炼钢厂130吨LF精炼炉电气故障处理

摘要：介绍了莱钢炼钢厂130吨LF精炼炉电气故障的处理和设计过程中电气元器件的选用方案。

关健词：精炼炉、变压器、U型导电板、真空断路器。

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

0 引言

莱钢130吨LF精炼炉投运后，多次出现变压器低压套管、真空断路器、PLC系统死机等故障，改造和完善势在必行。

1 变压器

1．1 工况和原因分析

变压器为有载调压，35KV供电，采用PLC控制和计算机HMI画面操作，三相12个低压套管固定在一块不锈钢板上，运行中连续出现低压套管爆裂和有载调压开关瓦斯报警，经过对变压器的诊断，发现低压侧套在U型铜管上的为复合树脂绝缘子，铜管本身不带散热装置是导致在冶炼过程中大电流长时间作用发热膨胀而迫使套管胀裂的主要原因。

变压器正常运行及区外故障时主要受到两种力的作用[1]：一种是铁芯受到的纵向力，另一种是绕组中受到的轴向力，当变压器低压侧发生短路故障时，漏磁磁通密度随短路电流的大小成正比例增加，绕组各部分受到的电磁力将随着电流的平方而增长，由于短路点很近，短路时的短路电流达30倍的额定值，电磁力增长近千倍，使变压器同时受到巨大的铁芯纵向力及绕组轴向力的作用使铁芯、绕组因受到力矩的作用而发生位移，导体在大电流的作用下迅速发热，变压器绕组伴随发热而膨胀[2]。

1．2 处理措施

为确保变压器运行，通过分析制订如下改造方案：将U型铜管加工成内带水冷装置，冷却水进出口采用球阀控制，用高压胶管与变压器主进出水冷装置相连构成闭路循环系统，将导体产生的热量带走，达到最佳冷却效果。

1）变压器U型铜管端面上的导电杆加工成空心的，并钻成M6深15mm

螺孔。

2）加工黄铜接头12件。

3）接头与U型管连接端面用密封垫12个。

各项准备工作就绪，按要求将加工好的U型铜管进行了更换，连接好冷却水管，用真空滤油机对变压器油进行了过滤，对有载调压开关进行了解体检查，更换了发黑变质的变压器油，送电后运行正常。

235KV出线断路器

精炼炉在冶炼中，多次出现35KV出线柜真空断路器频繁跳闸，跳闸后由于其操作机构失灵无法合闸，两次出现A、C两相真空泵爆裂和绝缘子爬电导致相间短路事故，其事故原因由作过电压保护的氧化锌避雷器引起，该装置对吸收断路器分合闸时产生的过电压有效性差，后经讨论比较采用四星型接法的TBP三叉戟式过电压保护装置，其动作寿命达105次，性能优良可靠，具有常规避雷器不可比拟的优点，更换后故障排除。另外对于断路器无法合闸，调整了辅助切换回路的机构使问题得到解决。

3系统接地

精炼炉是一个大电流环境，冶炼时工况比较复杂，变压器中性点悬空不直接进行接地，但在投产后频繁出现接地连接点、下料溜管连接螺丝发热变红，甚至烧融冒烟，原因是精炼炉在冶炼和调节成分时，电极经常是三相和两相交替工作，而且三相在同时工作时电流也不可能平衡，导致在电极短网周围产生很大的漏磁通和不平衡磁通，在接地的金属及导体之间产生感应电动势，形成了闭合回路产生较大的涡电流，使焊接不良电阻大的部位发热，若不及时处理将会危及电缆寿命，后经全面检查发现系施工时未严格按规范和图纸要求施工形成了多点接地，再加上导电短网连接处绝缘不良通过大地形成了回路而产生，经更换短网绝缘板和重新按要求布置接地连接点消除了隐患。

4电极自动下滑

电极的升降是一个复杂过程，其驱动靠液压比例阀来完成，由计算机HMI和PLC发出的指令来动作，PLC系统对接地的要求比较严格，各厂家对接地电阻值的要求均所不同，施工规范也没有严格的具体规定，若不根据系统的具体工作环境来进行确定是很难保证其正常工作的，由于在施工时未认真周密研究分析，出现了接地不合理和虚地的情况，导致在冶炼中常出现下滑而不能正常起弧，另一方面由于设计上采用一台主机控制，冶炼时产生的电磁干扰经常使系统发生死机而停产，后经采取防干扰措施和增加单独的接地装置，使系统恢复了正常，为确保可靠又增加了一台服务器作为备用，正常时2台同时使用，一台用于控制，一台用于HMI画面监控和操作，事故状态时，实现同步无扰动切换，完善了整个系统的控制性能。

5设计的讨论

精炼炉冶炼过程的周围环境比较复杂，其控制设备处于大电流产生的磁场中，若使用不当就会影响系统的控制功能，因此在设计上应考虑以下几点供参考。

5．1 大电流和计算机系统接地

精炼炉是一个大的强电流系统，其接地不同于常规的接地方式，而且在运行时，每时每刻都是瞬时变化的，因此在设备选型和设计方案上要考虑大电流系统的接地问题，要严格按规范要求施工，尽量考虑接地装置布局的合理性，避免因环流而产生对人身和设备造成的潜在隐患。

PLC系统的接地，每个厂家对电阻值和电磁兼容性都有要求，在接地方案的制定上要尽量按厂家要求考虑，虽然按规程要求与主厂房保护系统共用接地装置保持零电位，接地电阻值也满足要求，但是使用结果证明这种设计对PLC系统的运行没保证，原因是主接地装置是强电流系统，在正常情况下各种单相设备都要经过接地体才能工作，由于使用整流设备较多，接地线上存在零序电流，再加上各种用电设备工况比较复杂，一旦出现短路或接地事故，大地各处的电位不相等会产生杂散电流，将高电位引入PLC接地系统造成反击，轻者造成PLC工作不正常，严重时将PLC模板烧毁，运行经验证明在各种干扰信号共同存在的情况下，PLC系统采用单独的接地装置与强电接地分开比较可靠，为确保系统正常通讯和避免停机，所有计算机、交换机、机柜的外壳都必须要接地。

5．2 高压断路器

断路器作为精炼变压器的励磁控制开关操作时，间歇性的大电流就会对触头造成损耗及破坏，原因是一个冶炼处理周期断路器就要操作五六次，每天的分合闸累计达100多次，若因设计选型和制造原因，个别的用几个月就得更换，国外的设备虽然可靠，但价格非常昂贵，且备件无法保证，因此，在设计时最好选适用于电炉特殊环境制造的断路器来承担投切变压器的任务，其最长开关寿命可操作100，000次，能够在任意功率因数下为变压器的正常运行提供稳定、持续、大量的电能。

为弥补不足也可选用如下模式：一是采用两台断路器一用一备，二次回路采用过电压吸收装置来保护PLC及综保触点不被损坏等；二是选用三极独立安装，带有波峰和合闸同步监测，站级避雷器和RC回路的独特设计来保证断路器在电流的过零点合闸，极大的减少合闸涌流和对套管及内部绕组间的绝缘冲击力，延长使用寿命。

5．3 过电压保护器

真空断路器在关、合感性负载时，引发的截流过电压，多次重燃过电压及三相同时开断过电压，具有高幅值、高陡度的特点，可在其负荷侧及母线侧加装阻

容吸收装置，有效限制其两侧的操作过电压的幅值与频率，大大改善加在断路器断口上的电压降，减少断路器的重燃几率和灭弧室外部闪络，起到辅助的保护作用。

特别注意的是过电压保护器不同于常规的避雷器，内部有大量的电子元器件，随着使用时间的延续，部分单元会逐渐发生老化，使吸收过电压性能减弱，投入运行后必须定期进行检验，在目前国内没有明确检验规程无章可循的情况下，必须按厂家说明书要求定期试验，对性能不可靠的要及时更新换代，确保高压电气设备有一个安全的运行环境，减少事故停电时间。

5．4 高压电缆头制作

据统计高压电气故障电缆头约占90％，与电缆头的质量和制作工艺有关，而且价格相差很大，经对损坏的电缆头剥离分析，发现个别接地线连接不规范，有的甚至采用焊接使绝缘损伤炭化，有的是剥切护层时用力过大划伤主绝缘，使电缆头投入运行后，在强电场作用下发生闪络，最后导致击穿造成大面积停电，给企业造成损失，特别是新上项目，要把电缆头的管理当作一项重要任务从源头层层把关，参与制作的有关人员必须要经过培训，对制作工艺非常熟悉，且持有权威部门颁发的资格证书，做电缆头时每一步都要严格按规范和厂家说明书要求进行，为便于相互监督最好由相关部门采取强制措施，选择国内知名厂家产品，与其建立长期合作关系，并承担起单独供货和现场制作电缆头的义务，将事故消灭在萌芽状态。

6结论

通过对精炼炉的故障处理和完善，使转炉—精炼—连铸机生产达到良性循环，为设备维护和管理积累了丰富的宝贵经验。

参靠文献

[1] 苏文博，李鹏博，张高峰。继电保护事故处理技术与实例中国电力出版社2002

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。