140 t 精煉爐電氣系統故障處理與維修對策

郭金恒，郭宗華，于春峰，殷志輝，段錦鋼

（1.山東電子職業技術學院，山東濟南 272500；2.山鋼集團萊蕪三控冶金建設監理事務所，山東萊蕪 271104；3.山鋼集團萊鋼建安公司，山東萊蕪 271104；4.山鋼股份萊蕪分公司煉鋼廠，山東萊蕪 271126；5.上海倍安實業有限公司，上海 200032）

0 引言

山鋼股份萊蕪分公司煉鋼廠140 t 精煉爐系統投產后事故頻發，先后出現35 kV 變壓器低壓側三相引出線絕緣套管開裂、斷路器真空滅弧室爆炸和拒動、電極自動下滑、系統接地不良和電纜頭爆炸等問題，經對事故原因分析，歸類為設備制造及施工缺陷所致。

1 設備狀況

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

2 負荷特點

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、二次側產生弧壓、電極下降接近鋼水液面燃弧鋼水升溫，溫升接近目標值電極反復升降，冶煉完畢真空斷路器分閘，整個過程變壓器經受大電流沖擊，屬典型沖擊性負載。

3 設備故障及改進

3.1 變壓器低壓套管開裂

故障分析：低壓每相由4 根銅導電桿并聯輸出，每根導電桿慣穿澆注式復合絕緣套管連接電極短網，經分析為導電桿長時間受冶煉大電流產生的熱量作用而膨脹，由于銅和絕緣套管兩種材質膨脹系數不同，致使絕緣套管薄弱部位受導電桿膨脹力作用而開裂。

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

3.2 變壓器噴油

故障現象：變壓器在冶煉過程中重瓦斯和過流速斷保護跳閘，防爆管等薄弱部位噴油，油劣化變黑。

圖1 變壓器U 形導電管

故障原因：根據故障現象，查詢監控畫面曾多次出現輕瓦斯報警，均未徹查原因，將瓦斯氣體排出投運，該故障應是操作過電壓導致變壓器內部短路。

處理方法：檢查變壓器吊芯發現：A 相高壓繞組調壓線圈與有載調壓開關觸頭連接處燒損嚴重，線圈端部電磁線崩斷，絕緣嚴重炭化，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壓開關連線上舊絕緣全部剝除，清除表面碳化物重新包扎，更換調壓開關觸頭，清除箱體內殘存碳化物，干燥試驗送電投運；針對變壓器過壓保護性能不足，增大阻容吸收裝置電容量和由柜內移位到高壓套管處、增加氧化鋅壓敏電阻雙重保護、優化停送電模式等，減少真空斷路器切斷空載變壓器次數，有效抑制了過電壓對變壓器的沖擊，見圖2。

圖2 35 kV 變壓器主回路

3.3 真空斷路器爆管

故障現象：變壓器投切和調壓時，出線柜真空斷路器頻繁跳閘，最嚴重一次是A，B 兩相真空泵爆裂，屏蔽層表面擊穿，斷路器拒動，上級斷路器過流速斷跳閘。

原因分析：通過解體檢查：斷路器拒動是操作機構回路輔助開關聯動機構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，導致滅弧室絕緣降低，安裝瓷套內硅脂炭化嚴重，是擊穿和爆管的主要原因。

處理方法：更換三相真空滅弧室，傳動機構緊固加油，更換缺陷部件，調整觸頭間隙、測量分合閘速度、三相同期性等均未超標，對分合回路主操作機構連桿與輔助觸點同步動作連桿調整至合適角度。

3.4 電極自動下滑

故障現象：精煉爐在冶煉過程中間歇出現電極自動下滑，故障處理時間長且原因不明。

原因分析：電極升降液壓系統通過PLC 協調控制，由計算機人機界面發出指令。檢查發現PLC 輸入模塊控制比例閥某點信號時斷時續，經測量，該信號電纜有約100 V 的干擾信號。

處理措施：徹查相關電纜線路，發現PLC 輸出信號電纜與強電電纜同穿一根鋼管，且未帶屏蔽，控制柜中有一根強電電纜線未接牢，接地母線與主接地系統未連接，變頻電纜未按要求接地。利用停機檢修時間將該電纜更換為屏蔽電纜單獨敷設，緊固柜內所有接線螺絲，視設備操作情況對控制系統功能進行優化和升級。

3.5 系統接地

故障現象：變壓器在冶煉調壓過程中，道軌與電纜橋架、合金下料溜管等連接點不同程度出現斷續燒熔冒煙。

原因分析：精煉爐電極冶煉調溫經常是三相和兩相交替工作，出現的不平衡電流在變壓器電極短網周圍產生漏磁通和不平衡磁通，在接地的金屬及導體之間產生渦流使焊接不良部位發熱，經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接地干線，斷接卡子連接螺栓不配套銹蝕嚴重，焊接部位截面不夠焊接不良。

處理措施：按規范和圖紙要求，重新敷設和優化改造接地裝置，嚴格加工制作連接件，焊接部位增大截面，涂刷導電防腐涂料，對電纜橋架增設接地干線；PLC 控制系統用銅材單獨增設接地裝置，接地電阻≤1 Ω，確保強弱電系統穩定運行。

3.6 電纜頭擊穿爆炸

故障現象：變壓器調壓過程中，35 kV 單芯電纜頭B 相擊穿、C 相爆炸，速斷保護跳閘。

原因分析：故障電纜頭為熱縮終端頭，通過剖析發現：B 相被擊出一個直徑5 mm 圓洞，主絕緣層有一道5 cm 長深刀痕，另一擊穿燒融部位周圍主絕緣層表面有凹陷和棱角，應為剝離半導層時用力刮除，未打磨平整和徹底清除殘留有半導體；C 相電纜頭護套根部主絕緣不規則燒焦開裂，燒熔長度7 cm。該部位纜芯燒融，與金屬屏蔽層粘結，一方面應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有使用銅線纏綁焊接不牢，使主絕緣嚴重燒傷。

處理措施：通過對冷、熱縮電纜頭絕緣性能比對，三相單芯電纜全部更換為冷縮電纜頭，制安過程中嚴格按電纜頭制作說明書操作，尤其在接地線恒力彈簧卡接位和主絕緣處理作為重點，增加閃裙以適應高溫、多塵環境。

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壓，易產生各種形式的過電壓，導致變壓器繞組受大電流沖擊力而局部變形，伴隨振動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）水冷系統內部水銹垢結堵塞或接頭泄漏，導致循環水流通不暢，使U 形導電管升溫過高，或軟連接螺絲松動，局部溫度升高，有可能使U 形導電管表面氧化加劇。

（3）有載調壓開關頻繁動作，可能出現觸頭壓力和彈性下降，出現局部打火，使觸頭有燒蝕熔珠，變壓器油變質發黑等。

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

5 維修注意事項

5.1 主要項目

參考電氣預防性試驗規程，定期檢查變壓器吊芯、線圈和鐵芯完好情況，內部絕緣件有無脫落等；定期吊芯檢查有載調壓開關，若發現觸頭表面有輕微損傷，用細銼銼掉熔珠或銼平凹凸處，用玻璃紗布細心研磨，觸頭燒傷嚴重或過渡電阻斷線更換；定期分析油樣，每年做一次直流耐壓試驗、測量調壓開關直流電阻、保護定值整定等。

5.2 一般項目

每日點檢觀察變壓器及有載調壓開關油位是否合理，是否滲漏油，測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，內部是否有爆裂聲等異聲，特別是變壓器油溫和低壓導電銅管循環冷卻水流量、壓力及溫度等測量值通過人機畫面顯示和增設故障報警。

5.3 電纜頭維護

嚴格電纜頭制作工藝，從源頭抓起，附件采購選知名廠家，并承擔制作電纜頭；參與制作人員必須經過培訓，尤其在剝切電纜時，下刀力度要適當，正確選擇電纜屏蔽層接地方式和主絕緣等有效處理措施，環境惡劣時采取搭建臨時賬蓬等措施；特別是新上項目，做電纜頭每步操作都要按廠家說明書要求進行，嚴禁憑經驗或交民工來作，未達要求必須返工重做；電纜頭投入運行后要加強日常維護和點檢巡視，按《電氣預防性試驗規程》要求做試驗。

5.4 過電壓保護器

過電壓保護器件有避雷器、組合過電壓保護器、阻容吸收裝置等，在保護能力之外可能無法有效保護設備，要根據用途正確選擇技術參數和導流能力，功能上可選擇阻容和避雷公用支路復合式過壓保護器，或兩支路各自獨立使用單元，特殊場合將組合式過電壓保護器更換為避雷器，對4 極式過壓保護器存在有效保護設備隱患場合，可選擇4 極式R-C 過壓吸收裝置，原理如圖3 所示。隨著使用時間的延長，部分元件逐漸老化，性能減弱，參照廠家說明書定期試驗和更新換代。

圖3 4 極式R-C過電壓吸收裝置

5.5 高壓斷路器

真空斷路器要選用適應電爐環境要求的來投切變壓器，或替代進口產品；定期巡檢時對玻璃外殼真空滅弧室，應注意真空泡外部是否有放電現象，并通過觀察內部屏蔽罩等部件和色澤狀態來判斷真空度，若弧光分斷電路呈淺藍色為正常，反之呈暗紅色為真空度降低，定性測試達不到要求者更換，更換時必須進行同期、彈跳、行程、超行程等特性測試；為防止傳動機構松動與蹩勁、磨損與卡澀等釀成分合閘拒動事故，定期進行外觀檢查調整，加注潤滑油等。

6 結語

分析精煉爐故障原因，采取處理與改造措施，系統運行更穩定可靠，延長設備使用壽命和減少熱停工，為設備維護和管理積累了豐富的實踐經驗。