Application des unités de jonction en anneaux dans les systèmes de distribution

Avec le développement économique continu et l'impact croissant de l'électricité sur la vie des gens, en particulier dans les zones urbaines à forte densité de charge, la fiabilité de l'approvisionnement en électricité est particulièrement cruciale. L'établissement d'un réseau de distribution principalement basé sur une structure en anneau peut améliorer efficacement la fiabilité de l'approvisionnement en électricité, assurer la continuité de l'approvisionnement et minimiser l'impact des pannes d'équipements de distribution et des interruptions de maintenance. En tant que dispositif clé du mode de fonctionnement en anneau, l'Unité de Réseau en Anneau (URA) est largement utilisée dans les postes de distribution et les postes compacts situés au centre de charge, tels que les quartiers résidentiels urbains, les immeubles de grande hauteur, les grandes structures publiques et les usines industrielles, grâce à ses avantages tels qu'une structure simple, une taille compacte, un coût réduit et sa capacité à améliorer les paramètres, la performance et la sécurité de l'approvisionnement en électricité.

1. Types d'Unités de Réseau en Anneau

Dans les systèmes de distribution, les équipements capables de réaliser des fonctions en anneau comprennent principalement les boîtes de dérivation de câbles en anneau et les URA. Les boîtes de dérivation de câbles en anneau sont moins coûteuses et offrent des emplacements d'installation plus flexibles. Elles sont particulièrement avantageuses dans les zones urbaines denses où l'obtention d'un espace pour une salle de distribution (nécessaire pour les URA) est difficile, démontrant ainsi leur flexibilité. Cependant, par rapport aux URA, les principaux inconvénients des boîtes de dérivation en anneau sont une performance de sécurité inférieure (en particulier en termes de mesures contre les opérations erronées), des environnements de fonctionnement insatisfaisants et certains risques. Si les conditions le permettent, l'auteur recommande de privilégier l'utilisation d'URA pour les configurations en anneau. Les URA peuvent être classées en plusieurs types en fonction du type de disjoncteur de charge utilisé : URA à air comprimé, URA à piston, URA sous vide et URA SF6. Parmi ces types, les URA à air comprimé et à piston ont été largement abandonnées en raison de défauts graves et d'une faible fiabilité de leurs disjoncteurs de charge. Les URA sous vide et les URA SF6 sont largement utilisées dans les systèmes de distribution en raison de leur haute performance, de leur fonctionnement fiable et de leur facilité d'entretien.

1.1 Unités de Réseau en Anneau Sous Vide

Des années de production et d'utilisation nationales de disjoncteurs et de commutateurs sous vide ont rendu la technologie sous vide relativement mature en Chine. Les URA sous vide développées localement ont montré une haute performance lors des essais de type, mais n'ont pas été largement utilisées. La principale raison en est la sous-performance du mécanisme d'opération. La conception des mécanismes d'opération pour les commutateurs sous vide est relativement complexe, et en raison du niveau des matières premières, de la technologie de traitement et du contrôle de qualité domestiques, la qualité des mécanismes d'opération produits par les fabricants nationaux n'a pas encore vraiment atteint le niveau requis. L'exploitation et la maintenance sont difficiles, et la mesure du degré de vide dans les URA sous vide est un défi majeur en matière de maintenance.

1.2 Avantages et Inconvénients des URA SF6

L'application des URA SF6 dans les systèmes de distribution est principalement dominée par des produits importés. Elles sont largement appréciées par les services d'approvisionnement en électricité en raison de leur excellente performance, de leur fonctionnement fiable, de leur conception entièrement isolée et étanche, et de leurs avantages sans entretien. Les URA SF6 typiques incluent le RM6 de Schneider, le SafeRing d'ABB et le 8DJ20 de Siemens. Cependant, il existe également quelques inconvénients lors de leur utilisation.

1.2.1 Avantages des URA SF6 :

(1) Spécifications de Haute Performance : Les URA SF6 ont une fréquence de fonctionnement élevée, capable de faire et de rompre des charges actives nominales jusqu'à 100 fois. Elles possèdent également une bonne capacité de coupure et peuvent supporter des courants élevés.

(2) Maintenance Facile : La conception de la surface du cabinet est conviviale. Des diagrammes de câblage clairs sur le panneau fournissent des instructions pour l'opération. Certains produits notent même des précautions sur la surface du cabinet, réduisant davantage les erreurs d'opérateur. La plupart des produits URA sont équipés de dispositifs qui peuvent détecter l'état sous tension du circuit principal, fournissant une indication de l'état sous tension et, lorsqu'ils sont combinés avec des serrures électromagnétiques, empêchent la fermeture de la porte du manche lorsque le circuit est sous tension, réduisant les opérations erronées. De plus, une fenêtre d'observation en acrylique transparente sur la porte avant permet de visualiser directement l'état ouvert/fermé du commutateur, ce qui est très pratique.

(3) Grande Flexibilité : Les URA modernes peuvent répondre de manière très flexible aux exigences de diverses conceptions de réseau de distribution et peuvent être combinées arbitrairement selon les situations réelles. De plus, les méthodes de connexion des câbles sont également très flexibles, permettant des connexions adaptatives même sur des surfaces inégales sans causer de décharges partielles.

1.2.2 Inconvénients des URA SF6 :

(1) Configuration Inflexible : Elles ne peuvent être choisies que parmi un nombre limité de schémas fournis par le fabricant, rendant difficile la satisfaction de divers besoins spécifiques des utilisateurs.

(2) Impossibilité d'Expansion : Une fois que le matériel de commutation est mis en service, l'expansion est généralement impossible.

(3) Nécessité d'Accessoires Spécialisés : Elles nécessitent des accessoires spécialisés comme des terminaisons de câble spécifiques, qui peuvent être coûteux.

(4) Exigences d'Installation Rigoureuses : Si les exigences d'installation ne sont pas respectées, les unités peuvent ne pas atteindre leur performance prévue.

En raison de la configuration inflexible des URA SF6 entièrement scellées, l'utilisation des URA SF6 semi-scellées extensibles dans les réseaux de distribution a augmenté. Les URA semi-scellées ont des compartiments de gaz indépendants pour chaque unité, ce qui facilite l'expansion, l'installation et le remplacement. Actuellement, les URA largement utilisées incluent le SM6 de Schneider, le Uniswitch d'ABB et le 8DH10 de Siemens. Alors que les fabricants nationaux maîtrisent progressivement la technologie des disjoncteurs de charge SF6, la quantité et la qualité des URA SF6 produites localement s'améliorent constamment. Cependant, actuellement, le marché des URA SF6 de 10 kV et 20 kV est toujours principalement dominé par des entreprises étrangères (comme Schneider ou ABB).

2. Problèmes des URA SF6

2.1 Teneur en Humidité du Gaz SF6

Les URA SF6 sont rarement accompagnées de rapports de tests de teneur en humidité. En tant qu'opérateur de l'équipement, les compagnies d'approvisionnement en électricité ne peuvent souvent pas mesurer elles-mêmes la teneur en humidité. Le niveau d'humidité dans le gaz SF6 affecte directement sa performance d'extinction d'arc et la performance de fonctionnement sécuritaire de l'équipement. Pour les URA SF6 qui ont été en fonctionnement pendant des années, évaluer l'état de leur capacité d'extinction d'arc est un défi.

2.2 Problèmes de Fuite de Gaz SF6

Les URA SF6 peuvent avoir des problèmes d'étanchéité entraînant des fuites de gaz. L'expérience pratique montre que bien que l'équipement importé ait généralement une bonne performance d'étanchéité, des incidents de fuite se produisent encore. Comme la plupart des unités n'ont pas de dispositifs de surveillance du gaz, les utilisateurs peuvent ne pas être conscients des fuites, créant potentiellement des dangers cachés. Ceci est particulièrement préoccupant en ce qui concerne la performance (isolation, commutation, etc.) de l'URA à pression zéro et sa capacité à résister aux défauts d'arc interne. De nombreux produits utilisent des mécanismes d'opération manuels, et les opérateurs travaillent en proximité. Un accident pourrait avoir des conséquences graves. Actuellement, l'inclusion d'un indicateur de pression est devenue une exigence obligatoire, inclus en tant qu'accessoire nécessaire pour les URA semi-scellées.

2.3 Problèmes de Mécanisme

Dans la protection des transformateurs de distribution, les ensembles combinés utilisant des disjoncteurs de charge et des fusibles sont courants. Le disjoncteur de charge interrompt le courant de charge, tandis que le fusible interrompt les courants de court-circuit et de surcharge. Dans le réseau de distribution du Hebei, des incidents se sont produits avec des URA entièrement scellées où le fusible a fondu, mais le disjoncteur de charge n'a pas pu s'ouvrir de manière fiable, empêchant le transformateur défectueux d'être dé-énergisé et causant des dommages graves. La cause était un excès de course du fil de déclenchement du mécanisme d'opération contrôlé pour le déclenchement, empêchant la force d'impact de l'aiguille de percussion du fusible d'activer avec succès le mécanisme de déclenchement du disjoncteur de charge. Ce défaut peut être résolu en ajustant le fil de déclenchement et la tension des écrous. De plus, la simulation de l'opération du fusible pour les unités d'alimentation de transformateur a été incluse comme un test obligatoire avant la mise en service.

2.4 Problème de Matériau de la Coque d'Équilibrage

Les URA semi-scellées ne peuvent généralement pas utiliser des terminaisons de câble tactiles. Des coques d'équilibrage sont souvent utilisées pour résoudre l'insuffisance de distance phase-à-phase aux points de connexion des terminaisons de câble. Cependant, les coques d'équilibrage en aluminium sont très sensibles aux environnements humides. Même lorsqu'elles sont utilisées avec des chauffages anti-condensation, leur efficacité dans des conditions humides est limitée. Dans les systèmes de distribution de 20 kV, une corrosion sévère de ces coques a été observée. La rugosité de surface et les produits de corrosion poudreux blancs perturbent l'uniformité du champ électrique sur la surface de la coque, annulant l'effet d'équilibrage. En raison des petites distances phase-à-phase autour des coques, combinées aux variations quotidiennes de température, la condensation se forme au fond du compartiment de gaz et peut s'écouler vers la zone de la coque, créant un chemin de décharge. Le matériau d'époxy des barrières isolantes au fond du compartiment de gaz peut subir une corrosion électrique sévère, aboutissant finalement à des chemins de décharge interphase et à une rupture de l'isolation de surface. Ce processus de décharge est graduel. Pour résoudre la condensation, les compagnies d'approvisionnement en électricité peuvent modifier la coque d'équilibrage de l'URA, en passant à des couvercles de câble isolants en caoutchouc silicone. Ces couvercles utilisent internement une couche semi-conductrice, qui peut encore fournir un effet d'équilibrage. La conception améliorée de l'URA a passé des tests de condensation et de tenue en tension et est prévue pour une mise en service d'essai dans le réseau de distribution.

3. Recommandations pour le Choix des URA SF6

(1) Choisir des URA extensibles : Leur configuration flexible, leur installation facile et leur facilité d'expansion représentent l'orientation future pour l'utilisation des URA SF6.

(2) Considérer la maintenance : Idéalement, le disjoncteur de charge SF6 devrait être équipé d'un dispositif de surveillance de la pression SF6. Sinon, il devrait avoir passé un test de commutation à pression zéro.

(3) Considérer le climat et l'emplacement : Sélectionner des produits qui ont passé des tests de condensation. Pour les petites URA, comme les unités terminales, où l'expansion future n'est pas envisagée, l'utilisation d'URA entièrement scellées peut réduire considérablement l'impact de la condensation sur l'équipement.

Résumé

Des années de pratique opérationnelle montrent que parmi les différents types d'URA, les URA SF6 offrent une haute performance, une fiabilité, une taille compacte, des exigences d'espace réduites et un entretien minimal, ce qui en fait la solution la plus largement appliquée. En tenant compte de divers facteurs tels que les coûts de maintenance, les investissements secondaires et la fiabilité, il est recommandé, là où les conditions le permettent, de privilégier l'utilisation des URA SF6 dans les projets de rénovation et de construction des réseaux de distribution. Au cours de la planification et de la construction, une attention suffisante doit être accordée à l'intégration de dispositifs d'automatisation et à l'adoption d'équipements sûrs, fiables et avancés pour améliorer les niveaux de distribution, rendant le réseau de distribution plus fiable et sécurisé.