140 t 精煉爐電氣系統(tǒng)故障處理與維修對(duì)策

郭金恒，郭宗華，于春峰，殷志輝，段錦鋼

（1.山東電子職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東濟(jì)南 272500；2.山鋼集團(tuán)萊蕪三控冶金建設(shè)監(jiān)理事務(wù)所，山東萊蕪 271104；3.山鋼集團(tuán)萊鋼建安公司，山東萊蕪 271104；4.山鋼股份萊蕪分公司煉鋼廠，山東萊蕪 271126；5.上海倍安實(shí)業(yè)有限公司，上海 200032）

0 引言

山鋼股份萊蕪分公司煉鋼廠140 t 精煉爐系統(tǒng)投產(chǎn)后事故頻發(fā)，先后出現(xiàn)35 kV 變壓器低壓側(cè)三相引出線絕緣套管開(kāi)裂、斷路器真空滅弧室爆炸和拒動(dòng)、電極自動(dòng)下滑、系統(tǒng)接地不良和電纜頭爆炸等問(wèn)題，經(jīng)對(duì)事故原因分析，歸類為設(shè)備制造及施工缺陷所致。

1 設(shè)備狀況

LF 精煉爐主電氣系統(tǒng)由35 kV 變壓器及供電和投切、0.4 kV 低壓供配電、電極和短網(wǎng)等設(shè)備為鋼水冶煉提供電能；控制系統(tǒng)由電極升降液壓站、高位料倉(cāng)給料、PLC 和監(jiān)控操作站、綜合接地等組成。

2 負(fù)荷特點(diǎn)

LF 精煉爐處理鋼水高壓斷路器頻繁停、送電切換變壓器操作步驟：真空斷路器合閘、變壓器原邊給電、二次側(cè)產(chǎn)生弧壓、電極下降接近鋼水液面燃弧鋼水升溫，溫升接近目標(biāo)值電極反復(fù)升降，冶煉完畢真空斷路器分閘，整個(gè)過(guò)程變壓器經(jīng)受大電流沖擊，屬典型沖擊性負(fù)載。

3 設(shè)備故障及改進(jìn)

3.1 變壓器低壓套管開(kāi)裂

故障分析：低壓每相由4 根銅導(dǎo)電桿并聯(lián)輸出，每根導(dǎo)電桿慣穿澆注式復(fù)合絕緣套管連接電極短網(wǎng)，經(jīng)分析為導(dǎo)電桿長(zhǎng)時(shí)間受冶煉大電流產(chǎn)生的熱量作用而膨脹，由于銅和絕緣套管兩種材質(zhì)膨脹系數(shù)不同，致使絕緣套管薄弱部位受導(dǎo)電桿膨脹力作用而開(kāi)裂。

處理方法：出線導(dǎo)電桿增設(shè)水冷散熱裝置，根據(jù)U 形水冷導(dǎo)電銅管加工圖重新加工成套裝置進(jìn)行更換，通過(guò)循環(huán)水將溫度降到期望值。加工件如圖1 所示。依據(jù)加工圖端面上鉆M6×15 mm螺孔，加工黃銅空心導(dǎo)電桿、冷卻水管件接口、U 形導(dǎo)電銅管連接端面用密封墊及冷卻水管進(jìn)出球閥、高壓撓性膠管等部件，更換改造后連接設(shè)備冷卻水，導(dǎo)電銅管溫升問(wèn)題得到解決。

3.2 變壓器噴油

故障現(xiàn)象：變壓器在冶煉過(guò)程中重瓦斯和過(guò)流速斷保護(hù)跳閘，防爆管等薄弱部位噴油，油劣化變黑。

圖1 變壓器U 形導(dǎo)電管

故障原因：根據(jù)故障現(xiàn)象，查詢監(jiān)控畫面曾多次出現(xiàn)輕瓦斯報(bào)警，均未徹查原因，將瓦斯氣體排出投運(yùn)，該故障應(yīng)是操作過(guò)電壓導(dǎo)致變壓器內(nèi)部短路。

處理方法：檢查變壓器吊芯發(fā)現(xiàn)：A 相高壓繞組調(diào)壓線圈與有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)觸頭連接處燒損嚴(yán)重，線圈端部電磁線崩斷，絕緣嚴(yán)重炭化，各繞組不同程度附有金屬顆粒。按原工藝將三相一次線圈頭尾抽頭和調(diào)壓開(kāi)關(guān)連線上舊絕緣全部剝除，清除表面碳化物重新包扎，更換調(diào)壓開(kāi)關(guān)觸頭，清除箱體內(nèi)殘存碳化物，干燥試驗(yàn)送電投運(yùn)；針對(duì)變壓器過(guò)壓保護(hù)性能不足，增大阻容吸收裝置電容量和由柜內(nèi)移位到高壓套管處、增加氧化鋅壓敏電阻雙重保護(hù)、優(yōu)化停送電模式等，減少真空斷路器切斷空載變壓器次數(shù)，有效抑制了過(guò)電壓對(duì)變壓器的沖擊，見(jiàn)圖2。

圖2 35 kV 變壓器主回路

3.3 真空斷路器爆管

故障現(xiàn)象：變壓器投切和調(diào)壓時(shí)，出線柜真空斷路器頻繁跳閘，最嚴(yán)重一次是A，B 兩相真空泵爆裂，屏蔽層表面擊穿，斷路器拒動(dòng)，上級(jí)斷路器過(guò)流速斷跳閘。

原因分析：通過(guò)解體檢查：斷路器拒動(dòng)是操作機(jī)構(gòu)回路輔助開(kāi)關(guān)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)串位切換功能失靈燒毀跳閘線圈；A，B 相滅弧室頂部封蓋內(nèi)有大量水珠，表面有裂紋，使滅弧室及支持瓷套密封不良漏氣，導(dǎo)致滅弧室絕緣降低，安裝瓷套內(nèi)硅脂炭化嚴(yán)重，是擊穿和爆管的主要原因。

處理方法：更換三相真空滅弧室，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)緊固加油，更換缺陷部件，調(diào)整觸頭間隙、測(cè)量分合閘速度、三相同期性等均未超標(biāo)，對(duì)分合回路主操作機(jī)構(gòu)連桿與輔助觸點(diǎn)同步動(dòng)作連桿調(diào)整至合適角度。

3.4 電極自動(dòng)下滑

故障現(xiàn)象：精煉爐在冶煉過(guò)程中間歇出現(xiàn)電極自動(dòng)下滑，故障處理時(shí)間長(zhǎng)且原因不明。

原因分析：電極升降液壓系統(tǒng)通過(guò)PLC 協(xié)調(diào)控制，由計(jì)算機(jī)人機(jī)界面發(fā)出指令。檢查發(fā)現(xiàn)PLC 輸入模塊控制比例閥某點(diǎn)信號(hào)時(shí)斷時(shí)續(xù)，經(jīng)測(cè)量，該信號(hào)電纜有約100 V 的干擾信號(hào)。

處理措施：徹查相關(guān)電纜線路，發(fā)現(xiàn)PLC 輸出信號(hào)電纜與強(qiáng)電電纜同穿一根鋼管，且未帶屏蔽，控制柜中有一根強(qiáng)電電纜線未接牢，接地母線與主接地系統(tǒng)未連接，變頻電纜未按要求接地。利用停機(jī)檢修時(shí)間將該電纜更換為屏蔽電纜單獨(dú)敷設(shè)，緊固柜內(nèi)所有接線螺絲，視設(shè)備操作情況對(duì)控制系統(tǒng)功能進(jìn)行優(yōu)化和升級(jí)。

3.5 系統(tǒng)接地

故障現(xiàn)象：變壓器在冶煉調(diào)壓過(guò)程中，道軌與電纜橋架、合金下料溜管等連接點(diǎn)不同程度出現(xiàn)斷續(xù)燒熔冒煙。

原因分析：精煉爐電極冶煉調(diào)溫經(jīng)常是三相和兩相交替工作，出現(xiàn)的不平衡電流在變壓器電極短網(wǎng)周圍產(chǎn)生漏磁通和不平衡磁通，在接地的金屬及導(dǎo)體之間產(chǎn)生渦流使焊接不良部位發(fā)熱，經(jīng)檢查變壓器室接地與主接地虛焊、與道軌連接的電纜橋架無(wú)接地干線，斷接卡子連接螺栓不配套銹蝕嚴(yán)重，焊接部位截面不夠焊接不良。

處理措施：按規(guī)范和圖紙要求，重新敷設(shè)和優(yōu)化改造接地裝置，嚴(yán)格加工制作連接件，焊接部位增大截面，涂刷導(dǎo)電防腐涂料，對(duì)電纜橋架增設(shè)接地干線；PLC 控制系統(tǒng)用銅材單獨(dú)增設(shè)接地裝置，接地電阻≤1 Ω，確保強(qiáng)弱電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

3.6 電纜頭擊穿爆炸

故障現(xiàn)象：變壓器調(diào)壓過(guò)程中，35 kV 單芯電纜頭B 相擊穿、C 相爆炸，速斷保護(hù)跳閘。

原因分析：故障電纜頭為熱縮終端頭，通過(guò)剖析發(fā)現(xiàn)：B 相被擊出一個(gè)直徑5 mm 圓洞，主絕緣層有一道5 cm 長(zhǎng)深刀痕，另一擊穿燒融部位周圍主絕緣層表面有凹陷和棱角，應(yīng)為剝離半導(dǎo)層時(shí)用力刮除，未打磨平整和徹底清除殘留有半導(dǎo)體；C 相電纜頭護(hù)套根部主絕緣不規(guī)則燒焦開(kāi)裂，燒熔長(zhǎng)度7 cm。該部位纜芯燒融，與金屬屏蔽層粘結(jié)，一方面應(yīng)力管定位與正確位置向下位移約3 cm；另一方面銅屏蔽和半導(dǎo)電層斷口處切割參差不齊，不平整處未做鈍化處理，銅屏蔽與主絕緣搭接，金屬屏蔽層接地線焊接處沒(méi)有使用銅線纏綁焊接不牢，使主絕緣嚴(yán)重?zé)齻?/p>

處理措施：通過(guò)對(duì)冷、熱縮電纜頭絕緣性能比對(duì)，三相單芯電纜全部更換為冷縮電纜頭，制安過(guò)程中嚴(yán)格按電纜頭制作說(shuō)明書操作，尤其在接地線恒力彈簧卡接位和主絕緣處理作為重點(diǎn)，增加閃裙以適應(yīng)高溫、多塵環(huán)境。

4 變壓器可能衍生的其他故障

（1）精煉變壓器因頻繁停送電和調(diào)壓，易產(chǎn)生各種形式的過(guò)電壓，導(dǎo)致變壓器繞組受大電流沖擊力而局部變形，伴隨振動(dòng)極可能使線圈與鐵心絕緣固定件脫落或局部受損擊穿接地放電。

（2）水冷系統(tǒng)內(nèi)部水銹垢結(jié)堵塞或接頭泄漏，導(dǎo)致循環(huán)水流通不暢，使U 形導(dǎo)電管升溫過(guò)高，或軟連接螺絲松動(dòng)，局部溫度升高，有可能使U 形導(dǎo)電管表面氧化加劇。

（3）有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)頻繁動(dòng)作，可能出現(xiàn)觸頭壓力和彈性下降，出現(xiàn)局部打火，使觸頭有燒蝕熔珠，變壓器油變質(zhì)發(fā)黑等。

（4）制約變壓器正常運(yùn)行除油溫、水溫和輕、重瓦斯等因素外，液壓系統(tǒng)異常將導(dǎo)致聯(lián)鎖跳閘無(wú)法送電，甚至三相電極不同步；低壓系統(tǒng)斷電后，UPS 容量不足，循環(huán)冷卻水停，導(dǎo)致電極、短網(wǎng)、水冷電纜溫度迅速升高，將造成水冷電纜燒壞和短網(wǎng)絕緣護(hù)板著火、冒煙等事故。

5 維修注意事項(xiàng)

5.1 主要項(xiàng)目

參考電氣預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程，定期檢查變壓器吊芯、線圈和鐵芯完好情況，內(nèi)部絕緣件有無(wú)脫落等；定期吊芯檢查有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)，若發(fā)現(xiàn)觸頭表面有輕微損傷，用細(xì)銼銼掉熔珠或銼平凹凸處，用玻璃紗布細(xì)心研磨，觸頭燒傷嚴(yán)重或過(guò)渡電阻斷線更換；定期分析油樣，每年做一次直流耐壓試驗(yàn)、測(cè)量調(diào)壓開(kāi)關(guān)直流電阻、保護(hù)定值整定等。

5.2 一般項(xiàng)目

每日點(diǎn)檢觀察變壓器及有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)油位是否合理，是否滲漏油，測(cè)量高低壓引出線溫度，瓦斯繼電器不定期排氣等；定期緊固各部位螺絲和表面清灰，不定期觀察高壓套管引出線和電纜頭、箱蓋是否有放電跡象，內(nèi)部是否有爆裂聲等異聲，特別是變壓器油溫和低壓導(dǎo)電銅管循環(huán)冷卻水流量、壓力及溫度等測(cè)量值通過(guò)人機(jī)畫面顯示和增設(shè)故障報(bào)警。

5.3 電纜頭維護(hù)

嚴(yán)格電纜頭制作工藝，從源頭抓起，附件采購(gòu)選知名廠家，并承擔(dān)制作電纜頭；參與制作人員必須經(jīng)過(guò)培訓(xùn)，尤其在剝切電纜時(shí)，下刀力度要適當(dāng)，正確選擇電纜屏蔽層接地方式和主絕緣等有效處理措施，環(huán)境惡劣時(shí)采取搭建臨時(shí)賬蓬等措施；特別是新上項(xiàng)目，做電纜頭每步操作都要按廠家說(shuō)明書要求進(jìn)行，嚴(yán)禁憑經(jīng)驗(yàn)或交民工來(lái)作，未達(dá)要求必須返工重做；電纜頭投入運(yùn)行后要加強(qiáng)日常維護(hù)和點(diǎn)檢巡視，按《電氣預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》要求做試驗(yàn)。

5.4 過(guò)電壓保護(hù)器

過(guò)電壓保護(hù)器件有避雷器、組合過(guò)電壓保護(hù)器、阻容吸收裝置等，在保護(hù)能力之外可能無(wú)法有效保護(hù)設(shè)備，要根據(jù)用途正確選擇技術(shù)參數(shù)和導(dǎo)流能力，功能上可選擇阻容和避雷公用支路復(fù)合式過(guò)壓保護(hù)器，或兩支路各自獨(dú)立使用單元，特殊場(chǎng)合將組合式過(guò)電壓保護(hù)器更換為避雷器，對(duì)4 極式過(guò)壓保護(hù)器存在有效保護(hù)設(shè)備隱患場(chǎng)合，可選擇4 極式R-C 過(guò)壓吸收裝置，原理如圖3 所示。隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，部分元件逐漸老化，性能減弱，參照廠家說(shuō)明書定期試驗(yàn)和更新?lián)Q代。

圖3 4 極式R-C過(guò)電壓吸收裝置

5.5 高壓斷路器

真空斷路器要選用適應(yīng)電爐環(huán)境要求的來(lái)投切變壓器，或替代進(jìn)口產(chǎn)品；定期巡檢時(shí)對(duì)玻璃外殼真空滅弧室，應(yīng)注意真空泡外部是否有放電現(xiàn)象，并通過(guò)觀察內(nèi)部屏蔽罩等部件和色澤狀態(tài)來(lái)判斷真空度，若弧光分?jǐn)嚯娐烦蕼\藍(lán)色為正常，反之呈暗紅色為真空度降低，定性測(cè)試達(dá)不到要求者更換，更換時(shí)必須進(jìn)行同期、彈跳、行程、超行程等特性測(cè)試；為防止傳動(dòng)機(jī)構(gòu)松動(dòng)與蹩勁、磨損與卡澀等釀成分合閘拒動(dòng)事故，定期進(jìn)行外觀檢查調(diào)整，加注潤(rùn)滑油等。

6 結(jié)語(yǔ)

分析精煉爐故障原因，采取處理與改造措施，系統(tǒng)運(yùn)行更穩(wěn)定可靠，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命和減少熱停工，為設(shè)備維護(hù)和管理積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。