Analyse des causes et traitement de la décharge du tige d'isolation de disjoncteur à réservoir SF₆ 500 kV
En tant que composant clé des disjoncteurs, la tige isolante est une partie importante d'isolation et de transmission pour les équipements de poste à courant alternatif (GIS). Elle doit présenter une grande fiabilité en termes de propriétés mécaniques et électriques. Généralement, les tiges isolantes présentent rarement des pannes, mais lorsqu'une panne se produit, elle peut avoir des conséquences graves pour le disjoncteur.
Le disjoncteur 550kV dans une certaine centrale électrique a un arrangement horizontal à coupure unique, avec le modèle 550SR - K et un mécanisme d'exploitation hydraulique. Il a une capacité de coupure de 63kA, une tension nominale de 550kV, un courant nominal de 4000A, un courant de coupure nominal de 63kA, une tension d'impulsion atmosphérique nominale de 1675kV, une tension d'impulsion de commutation nominale de 1300kV, et une tension d'isolement sinusoïdale nominale de 740kV. La tige isolante du disjoncteur est fabriquée en résine époxy, avec une épaisseur de 15mm, une largeur de 40mm, et une densité de 1,1 - 1,25g/cm³.
Processus de la Panne
Une certaine centrale hydroélectrique préparait la reprise de l'alimentation pour son transformateur principal n°4. Le câblage électrique principal de la centrale est montré dans la Figure 1. L'ordinateur supérieur a d'abord ouvert le disjoncteur 5032, puis le disjoncteur 5031. L'ordinateur supérieur a signalé des signaux tels que "Alarme de circuit ouvert TV" et "Anomalie de l'appareil de protection du disjoncteur 5031". L'inspection sur site a révélé que l'appareil de protection et l'appareil de sécurité du disjoncteur 5031 avaient des alarmes de circuit ouvert TV. L'inspection de l'ordinateur supérieur a trouvé que pour les transformateurs de tension dans la zone T des disjoncteurs 5032 et 5031, Uab= 0, Uca = 306kV, et Ubc = 305kV. L'inspection sur site a montré que les disjoncteurs 5032 et 5031 étaient tous deux en position ouverte.
Le personnel de maintenance a mesuré la tension secondaire de la phase C à 55V et celle des phases A et B à 0V au boîtier de terminaison du transformateur de tension dans la zone T des disjoncteurs 5032 et 5031. Il a été initialement jugé qu'il y avait une panne dans la phase C du disjoncteur 5031.
Situation de l'Inspection Sur Site
Après la panne, la centrale a immédiatement cherché le point de panne sur site et a effectué une analyse de la cause de la panne. Elle a également contacté le centre de dispatching provincial pour transférer le disjoncteur 5031 en état de maintenance. Après l'arrivée du personnel du fabricant du disjoncteur sur site, ils ont inspecté à nouveau le mécanisme d'exploitation du disjoncteur 5031. Il a été constaté que la position de la tige d'exploitation du mécanisme était dans l'état normal "ouvert", et aucune anomalie du mécanisme n'a été détectée, comme le montre la Figure 2. Il a été préliminairement déterminé que la panne était causée par un problème interne du disjoncteur.
Compte tenu du fait que la résistance de fermeture du disjoncteur est beaucoup plus petite que la résistance de mise à la terre, si l'état interne réel du disjoncteur est en position fermée, la résistance de mise à la terre de ce disjoncteur sera significativement inférieure à celle des deux autres phases. Les résistances de mise à la terre des trois phases du disjoncteur 5031 ont été mesurées sans ouvrir les interrupteurs de sectionnement de mise à la terre de chaque côté du disjoncteur. Les résultats de la mesure étaient les suivants : Phase A 273,3 μΩ, Phase B 245,8 μΩ, et Phase C 256,0 μΩ. Aucune donnée anormale n'a été détectée pour la Phase C.
Après que le disjoncteur 5031 ait été mis en état de maintenance, le processus de récupération de gaz pour le disjoncteur de la phase 5031C a été initié, et des préparatifs ont été faits pour l'ouverture de la couverture pour inspection. La flasque supérieure du disjoncteur de la phase 5031C a été levée. L'inspection a montré que les contacts mobiles et fixes de ce disjoncteur étaient en position normalement ouverte, la structure globale du disjoncteur était intacte, et aucun objet étranger ni trace de décharge évidente n'a été trouvé. En utilisant un multimètre, la résistance de contact entre les contacts mobiles et fixes du disjoncteur a été mesurée à 0,6 Ω (dans la plage normale), et il n'y avait pas de connexion électrique entre les contacts mobiles et fixes et la tige isolante, comme illustré dans la Figure 3.
Après avoir soulevé la flasque supérieure et l'orifice d'accès inférieur du disjoncteur pour une nouvelle inspection, une odeur distincte de brûlé a été détectée dans la chambre de gaz. Il y avait des substances poudreuses brun-noir au fond de la chambre de gaz et à l'emplacement de la membrane anti-explosion, comme le montre la Figure 4.
Un test de fermeture manuelle lente a été effectué sur le disjoncteur de la phase 5031C. L'opération de fermeture était normale, et aucun phénomène anormal n'a été observé. Après la fin de la fermeture manuelle, l'extérieur du corps du disjoncteur a été inspecté à nouveau. Il a été constaté qu'il y avait deux marques de décharge sur la tige isolante du disjoncteur. L'une d'elles était visiblement fissurée, comme le montre la Figure 5. Il y avait également des traces de suivi sur la surface de la tige isolante, et ces traces s'étendaient sur toute la longueur de la tige isolante.
Après avoir vérifié la tige isolante et n'ayant trouvé aucun nouveau point de décharge, un test d'ouverture manuelle lente a été effectué sur le disjoncteur de la phase 5031C. L'opération d'ouverture était normale. Après la fin de l'ouverture, la tige isolante a été inspectée à nouveau, et toujours aucun nouveau point de décharge n'a été trouvé. Un endoscope a été utilisé pour inspecter soigneusement l'intérieur du disjoncteur, et aucun autre phénomène anormal n'a été détecté.
Analyse de la Cause de la Panne
Après avoir retiré la tige isolante défectueuse, elle a été observée et mesurée. La tige mesurait 570mm de long, 40mm de large et 15mm d'épaisseur. Il y avait deux points de brûlure par décharge distincts sur toute la tige isolante, situés respectivement à 182mm et 315mm des extrémités. L'un d'eux avait une fissure d'environ 53mm de long. Il y avait des traces évidentes d'un canal de suivi sur la surface de toute la tige isolante, qui reliait les trous internes aux deux extrémités de la tige.
L'isolation de la tige isolante défectueuse a été mesurée. Lorsqu'elle a été mesurée avec un multimètre, l'isolation entre les trous adjacents aux extrémités était normale. L'isolation entre les deux trous internes aux deux extrémités était de 1,583M&Ω. Lorsqu'elle a été mesurée avec un mégohmmètre, la valeur de résistance était de 643k&Ω (à une tension de 1010V), et l'isolation entre les deux trous externes aux deux extrémités était de 1,52T&Ω (à une tension de 5259V). Pour une tige isolante normale, l'isolation entre les deux trous internes aux deux extrémités mesurée à une tension de 5259V était supérieure à 5,26T&Ω.
Sur la base des résultats d'inspection ci-dessus, il peut être déterminé que l'isolation de la tige isolante du disjoncteur de la phase 5031C avait été percée, et elle montrait une conductivité sous des conditions de tension relativement basses.
Lorsque la tige isolante du disjoncteur de la phase 5031C a été coupée pour inspection, il a été constaté qu'à l'exception des extrémités de la tige où aucun trou d'air n'était visible, il y avait des trous d'air longs le long du canal de suivi à l'intérieur de la tige, comme le montre la Figure 6.
La rupture globale ; deuxièmement, la proportion des matériaux ou le temps de durcissement de la tige isolante ne répondait pas aux exigences pertinentes, entraînant une force d'isolation inégale des différentes parties de la tige isolante. Sous un champ électrique fort, les zones avec une isolation inférieure ont été percées en premier, puis d'autres zones avec une faible isolation ont suivi, aboutissant finalement à la rupture globale de la tige isolante.
Mesures de Traitement
Traitement Général
Après avoir déterminé la cause de la panne du disjoncteur de la phase 5031C, la centrale a organisé le remplacement de la tige isolante du disjoncteur de la phase C. Après la fin du remplacement, la chambre de gaz a été vidangée, remplie de gaz jusqu'à une pression nominale de 0,45MPa, et laissée en repos pendant 24 heures. Ensuite, des tests de routine ont été effectués, y compris la mesure de la teneur en humidité dans la chambre de gaz, la vérification de la résistance de fermeture, des tests de caractéristiques, et la détection de fuites de gaz. Après le passage des tests de routine, des tests de tension alternative et de décharge partielle ont été effectués pour le disjoncteur 5031 en position ouverte et fermée. Les accessoires ont été réinstallés, et une demande de reprise de l'alimentation a été soumise.
Tests de Tension Alternative et de Décharge Partielle
La tension de test a été appliquée depuis la ligne de réserve 3E. Avant le test, les circuits secondaires triphasés de tous les transformateurs de courant (TAs) de part et d'autre des disjoncteurs 5031 et 5032 ont été court-circuités et mis à la terre sur le corps principal. De plus, les circuits secondaires de tous les TAs sur la ligne de réserve 3E ont été court-circuités et mis à la terre sur le corps principal, et les transformateurs de tension dans la plage de test ont été retirés. Des tests de tension alternative et de décharge partielle ont été effectués respectivement lorsque le disjoncteur 5031 était en position fermée et ouverte.
Pour l'équipement GIS 500kV de la centrale, la tension maximale d'exploitation , la tension de phase , la tension de test d'usine , et la tension maximale de tenue sur site , avec une durée de .
Comme le montre la Figure 7, la séquence des tests de tenue de tension de fermeture et de décharge partielle est la suivante : Le GIS a été vieilli et purifié à une tension de pendant 5 minutes, et la barre de bus a été vieillie et purifiée à une tension de pendant 3 minutes. Le test de tenue de tension alternative a ensuite été augmenté à et maintenu pendant 60 secondes. La tension a ensuite été rapidement réduite à , et la décharge partielle de la chambre de gaz du disjoncteur 5031 a été testée pendant 3 minutes. Après le test, la tension a été rapidement réduite à 0kV.
Comme le montre la Figure 8, la procédure de test de tenue de tension en circuit ouvert et de mesure de décharge partielle est la suivante : La tension de test a été uniformément augmentée à et maintenue pendant 60 secondes. Après la fin du test de tenue de tension, la tension a été rapidement réduite à , et la décharge partielle de la chambre de gaz du disjoncteur 5031 a été testée. Après le test, la tension a été rapidement réduite à 0kV.
Conclusion
La qualité des tiges isolantes des disjoncteurs 500kV de type bac SF₆ est d'une grande importance pour la sécurité des disjoncteurs et la sécurité du réseau électrique. Les fabricants d'équipements devraient exercer un contrôle strict de la qualité. Avant l'assemblage de l'équipement, des tests de décharge partielle devraient être effectués sur les tiges isolantes, et des inspections de matériaux peuvent être réalisées au besoin en utilisant des méthodes telles que la détection de défauts. Après la mise en service des disjoncteurs, des contrôles de décharge partielle en direct réguliers devraient être effectués en utilisant des méthodes comme la très haute fréquence et l'ultrason. En même temps, des contrôles de décharge partielle en direct hors ligne devraient être combinés avec la maintenance des disjoncteurs. Pour les disjoncteurs ayant des niveaux de décharge partielle anormaux, une analyse des produits de décomposition du gaz SF₆ peut être effectuée simultanément pour diagnostiquer la santé de l'isolation des disjoncteurs SF₆ à un stade précoce, empêchant les pannes d'équipement et assurant le fonctionnement sûr et stable du réseau électrique.
