научная статья по теме ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ СИСТЕМЫ НЕПРЕРЫВНОГО КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ ДУГОВЫХ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ Металлургия

Текст научной статьи на тему «ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ СИСТЕМЫ НЕПРЕРЫВНОГО КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ ДУГОВЫХ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ»

УДК 314.212:620.111.3

ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ СИСТЕМЫ НЕПРЕРЫВНОГО КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ ДУГОВЫХ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ

© Карандаев Александр Сергеевич, д-р техн. наук, проф., e-mail: askaran@mail.ru; Евдокимов Сергей Алексеевич, канд. техн. наук, доц., e-mail: evdmgtu@yandex.ru; Храмшин Вадим Рифхатович, канд. техн. наук, доц., e-mail: hvr_mgn@mail.ru; Леднов Роман Анатольевич

ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова», Россия, г. Магнитогорск Статья поступила 07.02.2014 г.

Представлены технические характеристики трансформаторов FTOHBR-150200/35 фирмы TAMINI, установленных на 180-т дуговых сталеплавильных печах (ДСП-180), и трансформаторов ЭТЦНКВ - 40000/110 ОАО «Электрозавод», установленных на агрегатах ковш-печь электросталеплавильного цеха ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат». Отмечены особенности нагрузочных режимов печных трансформаторов, с учетом которых обоснованы диагностические функции системы непрерывного контроля их технического состояния. Разработанные требования приняты за основу при создании систем on-line мониторинга технического состояния трансформаторов ДСП-180.

Ключевые слова: дуговая сталеплавильная печь; агрегат ковш-печь; печной трансформатор; техническое состояние; система мониторинга; требования; диагностические функции.

Л/'арактеристика объектов исследования. Современные агрегаты электродуговой выплавки металла - дуговые сталеплавильные печи (ДСП) и агрегаты внепечной обработки стали ковш-печь (АКП) укомплектованы мощными трансформаторами, которые позволяют за 1-1,5 ч расплавить шихту и после непродолжительных технологических операций получить сталь необходимого состава. В ЭСПЦ ОАО «ММК» сверхмощные 180-т агрегаты (ДСП-1 и ДСП-2) укомплектованы трансформаторами типа FT0HBR-150200/35 фирмы TAMINI (Италия). Трансформатор укомплектован встроенным реактором мощностью 46 Мвар; трансформатор и реактор снабжены индивидуальными регуляторами напряжения под нагрузкой (РПН). Основные технические характеристики трансформатора, реактора и РПН приведены ниже:

Номинальная мощность S , МВА 150,2

Номинальная частота питающего напряжения f , Гц 50

ном

Номинальное первичное напряжение U , В 35 000

1ном.л

Номинальное вторичное напряжение U , В 1236 Номинальный первичный ток L , А 2478

1ном.л

Номинальный вторичный ток L , А 70 200

Группа соединения обмоток трансформатора Д/Д-0 Диапазон изменения вторичного напряжения

Цл> В

Число ступеней РПН трансформатора

800+1400 23

Номинальная мощность встроенного реактора

Q , Мвар 45,9

^ном' L '

Номинальное напряжение реактора Ц,ном, В 28 800

Номинальный ток реактора 1Р , А 531,9

Число ступеней РПН реактора 20

Питание двух АКП, расположенных в том же цехе, осуществляется от трансформаторов ЭТЦНКВ-40000/110-УХЛ-4, изготовленных ОАО «Электрозавод», внутренней установки для питания ДСП. Номинальные параметры трансформатора приведены ниже: Номинальная мощность, кВА 26000-20282

Номинальные напряжения обмоток, В:

ВН 110 000

НН 421-289,5

Схема и группа соединения обмоток Y/A-11

Число положений переключателя РПН 9

Масса, т 80

Габариты (длинахширинахвысота), мм 4840x3540x6200

Отличие этого агрегата от трансформаторов фирмы TAMINI - электропитание от высоковольтных вводов 110 кВ. Для переключения выводов обмоток под нагрузкой в агрегат встроено переключающее устройство М III 350-Y 72,5/В-10091W.

Регуляторы изменения числа витков обмотки под нагрузкой трансформаторов и реакторов ДСП и АКП установлены внутри основного бака.

В трансформаторах ДСП-180 установлены РПН типа MS III 600 Y 72.5/C12231 W производства фирмы MR (Германия) (рис. 1, а). Регулятор состоит из контактора и расположенного под ним избирателя. Контактор размещен в собственном масляном баке, РПН крепится головкой к крышке трансформатора (рис. 1, б). Переключение анцапф производится с помощью привода, имеющего два режима работы: дистанционный и местный. Управление в дистанционном режиме осуществляется от АСУ ТП ДСП, ручной - механическим приводом с помощью специальной рукоятки.

Актуальной задачей, обеспечивающей надежную эксплуатацию ДСП и АКП, является оснащение печных трансформаторов системами непрерывного контроля (on-line мониторинга) и диагностирования технического состояния. Несмотря на важность поставленной задачи, следует констатировать, что опыт разработки и внедрения систем диагностирования такого уникального электрооборудования в нашей стране практически отсутствует. ГОСТ 14209-97, регламентирующий нагрузки масляных трансформаторов, не содержит рекомендаций по нагрузкам трансформаторов этого типа: «Относительно печных трансформаторов из-за особенностей их режимов нагрузки следует пользоваться соответствующей консультацией у изготовителя» [1]. Соответственно системы on-line мониторинга и диагностирования технического состояния трансформаторов ДСП и АКП должны разрабатываться с учетом состава оборудования, условий эксплуатации и специфики нагрузочных режимов, определяемых технологией плавки.

- Рис. 1. РПН печного трансформатора FTOHBR-150200/35:

а - устройство; б - расположение и соединения внутри 5 основного бака

Особенности диагностического контроля РПН. Временные диаграммы (тренды) переключений ступеней РПН трансформатора и реактора ДСП-2 представлены на рис. 2, а, тренды действующих значений вторичных напряжений и токов во время плавки - на рис. 2, б [2]. Приведенные зависимости наглядно демонстрируют отличительные особенности режимов печного трансформатора:

- ударные нагрузки, возникающие во время плавки при подключении электродов практически на короткое замыкание;

- резкопеременные, неравномерные нагрузки по фазам вторичной обмотки;

- большое число (до 1000 раз в сутки) переключений ступеней РПН (на сетевых и блочных трансформаторах переключение РПН осуществляется несколько раз в год);

- значительные электродинамические нагрузки на обмотки трансформатора, возникающие вследствие бросков тока, обусловленных технологией плавки.

Очевидно, что многократная коммутация РПН под нагрузкой приводит к их преждевременному выходу из строя и повышению вероятности возникновения аварийных ситуаций. В связи с этим одним из основных требований к создаваемой системе мониторинга является непрерывный контроль технического состояния РПН в режиме реального времени. В качестве контролируемых параметров должны использоваться токи нагрузки с привязкой к положениям переключателя, уровень разрядных явлений (частичные разряды), параметры вибрации (виброскорость, виброускорение, виброперемещение), измеренные на стенках бака либо на крышке РПН.

Контроль температуры масла. При разработке системы контроля технического состояния следует учитывать, что важнейший диагностический параметр - температура верхних и нижних слоев масла - для печных трансформаторов не является информативным. Это объясняется тем, что значительное влияние на температуру масла оказывают скорость плавки, определяемая ступенью РПН, температура и давление воды, поступающей в систему охлаждения. В подтверждение сказанного на рис. 3 представлены тренды температуры масла, снятые в процессе плавки. На графиках видны отклонения температуры, амплитуда которых составляет 20-40 °С в зависимости от места измерения.

Вместе с тем непрерывный контроль температуры масла необходим. На фоне отклонений температуры, связанных с технологией, он позволяет вы-

_П_Г1

г

кфпЬвп

и

ъ'н Ьщ ч4и «« V* дЛ. »V ¿'А ¿Ъ ■•■¡И о- :--У| ¡ТТГ^ГТ-

Дрпч^е да нщьч ЕАМ

31 я»™»" г

Чип ГШ ц щцц 4а 1*1111 в-с, ¿В

ш

и

о

КАЛрМнЛмЧ кМЦЩфПШя С-А.

И ¡¡■дИШНВд

Тон фыы А. в » и- А л

То* фазы е. в А в 1- Л ■си_

Гам фалы С. рч™ » и * «Ткг » ?И 1ГМ 17« 11 НН и а' Вб1 мы V^ шш на иН и гг нп ■ 12 Мяк «м. ■ т* и !« м т?

Рис. 2. Тренды переключений ступеней РПН трансформатора и реактора (а); тренды напряжений и токов трансформатора при переключениях РПН (б)

являть систематические повышения температуры, вызванные деструктивными процессами в изоляции. Такой контроль целесообразно осуществлять в совокупности с другими его видами: контролем влагосодержания в масле и регистрацией параметров системы охлаждения. При этом возникает необходимость разработки алгоритмов оценки состояния по совокупности диагностических признаков.

Мониторинг системы охлаждения. Охлаждение печных трансформаторов осуществляется вследствие принудительной циркуляции воды и масла с ненаправленным потоком масла. В номинальном режиме агрегата работает один маслоохладитель, другой находится в режиме ожидания. Объемные расходы в расчете на один маслоохла-

дитель: масла 284 м3/ч, воды 140 м3/ч. Температура охлаждающей воды, поступающей на вход маслоохладителя, должна быть не более 36 °С. Как показывает опыт эксплуатации, обеспечение постоянного давления воды в масловодяных охладителях печных трансформаторов затруднительно, в связи с чем возникает превышение давления циркулирующей воды относительно давления масла, что противоречит ПТЭ-ЭП (п. 2.1.28: давление масла в маслоохладителях должно превышать давление циркулирующей воды не менее чем на 10 кПа при минимальном уровне масла в расширителе). Для предотвращения выхода из строя трансформатора, вызванного проникновением воды в масло, необходимо непрерывно контролировать давление воды на входе системы, работу маслонасосов и температуру охладителя. Выполнение этих функций является одним из требований к системе непрерывного контроля технического состояния печных трансформаторов.

Контроль влагосодержания и состава газов, растворенных в масле. В связи с характерной резкопеременной нагрузкой и широким диапазоном изменения температуры масла в баке в создаваемой системе должен быть обеспечен непрерывной контроль влажности и состава газов, растворенных в масле, наличие которых свидетельствует о деструктивных процессах в масле и изоляции обмоток. На рис. 4 представлены тренды влагосодержания и температуры масла. При изменении температуры в диапазоне

Рис. 3. Тренды температуры масла при работе маслоохладителя

Рис. 4. Тренды температуры и влагосодержания в трансф

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком