Défauts d'isolation et méthodes de test de tension de tenue pour les réacteurs à très haute tension immergés dans l'huile

1 Étude des défauts d'isolation dans les réacteurs à très haute tension immergés dans l'huile

Les principaux défis auxquels sont confrontés les réacteurs à haute tension remplis d'huile lors de leur fonctionnement incluent les pannes d'isolation, le chauffage par fuite magnétique du noyau, la vibration/le bruit et les fuites d'huile.

1.1 Défauts d'isolation

Les réacteurs en parallèle, une fois connectés à la bobine primaire du réseau principal et mis en service, fonctionnent à pleine puissance sur le long terme. La tension élevée continue augmente la température de fonctionnement, accélérant le vieillissement des matériaux d'isolation des bobines et de l'huile. Les pannes potentielles comprennent la rupture de l'isolation entre la bobine et la terre, les courts-circuits intercouches. Les réacteurs triphasés font également face au risque de rupture d'isolation phase-à-phase.

1.2 Chauffage par fuite magnétique du noyau

Les espaces d'air rendent la densité de fuite magnétique des réacteurs beaucoup plus élevée que celle des transformateurs. Près du noyau, de la culasse et des supports de bobines, l'intensité de fuite est plusieurs fois supérieure à celle des transformateurs. La fuite à travers l'acier silicium cause une perte d'énergie supplémentaire et un chauffage local, en particulier là où la fuite traverse verticalement la culasse de fer (par exemple, les fers de serrage, les feuilles d'acier). Un défi majeur pour les réacteurs immergés dans l'huile des réseaux UHV.

1.3 Vibration et bruit

Les espaces d'air divisent le chemin magnétique du réacteur en zones avec des pôles magnétiques indépendants. Les changements d'attraction des pôles provoquent des vibrations. Le noyau, le joint et le cadre de la culasse peuvent déclencher une résonance mécanique, faisant que les vibrations/bruits du réacteur dépassent ceux des transformateurs. Les pannes comme le mauvais fonctionnement du relais à gaz, la rupture des feuilles d'aluminium, l'usure de l'isolation, le desserrage des feuilles de noyau et les décharges des dispositifs de limite de noyau résultent des vibrations à long terme. Le bruit est étroitement lié à la vibration du noyau.

1.4 Fuite d'huile

La fuite d'huile perturbe le fonctionnement stable, pollue l'environnement et comporte des risques de sécurité. Les fuites d'huile sont courantes tant chez les réacteurs immergés dans l'huile nationaux qu'importés, en raison d'un contrôle de processus médiocre de la part des fabricants et de la vibration pendant le transport/fonctionnement qui aggrave les fuites.

2 Principes et caractéristiques des deux méthodes de test de tenue sous tension
2.1 Méthode de test de tenue sous tension par résonance série

La méthode de test de tenue sous tension par résonance série est une stratégie hautement efficace pour la détection de l'isolation des équipements électriques à haute tension. Elle démontre une utilité irremplaçable, en particulier pour l'évaluation sur site de l'isolation des réacteurs dans les postes à très haute tension. Cette technologie permet principalement de générer une tension de test relativement élevée même avec une capacité d'alimentation réduite, grâce à la coopération en résonance entre l'impédance inductive du réacteur et l'impédance capacitive du condensateur de compensation à une fréquence spécifique. Son principe est illustré à la Figure 1. Les principales caractéristiques de cette méthode sont les suivantes :

• Capacité de test réduite. En état de résonance, l'impédance de boucle diminue au minimum. Par conséquent, la capacité d'alimentation de test requise est seulement une petite partie, bien inférieure à la pleine puissance nécessaire pour générer la tension de test. Elle est particulièrement adaptée pour l'utilisation sur site, en particulier dans des environnements où la capacité d'alimentation est limitée.

• Tension de sortie élevée. Dans des conditions de résonance, l'alimentation peut générer une tension répondant aux exigences de test élevées même à une fréquence relativement basse. Cela crée des conditions pour l'évaluation sur site de l'isolation des réacteurs à très haute tension.

• Qualité de forme d'onde bonne. Le test par résonance série peut assurer une sortie de forme d'onde sinusoïdale stable à une fréquence d'alimentation fixe, réduisant efficacement l'impact des harmoniques sur les résultats de test et garantissant la précision du test.

• Matériel de test simple. Les appareils nécessaires pour ce test sont relativement simples, principalement composés d'une alimentation à fréquence variable, d'un transformateur d'excitation et d'un condensateur d'accord, etc., facilitant le transport sur site et l'installation rapide.

• Sécurité élevée. Si l'échantillon de test subit une rupture pendant le test par résonance série, la boucle perdra immédiatement son état de résonance, et le courant de sortie de l'alimentation diminuera rapidement, limitant ainsi efficacement les dommages à l'échantillon de test et au matériel de test.

En résumé, les enquêtes sur les défauts d'isolation fournissent des données clés pour l'évaluation sur site de l'isolation des réacteurs de poste, guidant le choix des méthodes de test. Les recherches futures optimiseront la technologie d'évaluation sur site pour améliorer la précision et la fiabilité des évaluations de l'état d'isolation des réacteurs à haute tension remplis d'huile.

2.2 Méthode de test de tenue sous tension par tension oscillante

La méthode de test de tenue sous tension par tension oscillante est un moyen fréquemment utilisé dans la détection de l'isolation des systèmes électriques. Elle démontre une importance unique, en particulier dans la détection de la tenue sous tension tour-par-tour des réacteurs à noyau sec à air. Cette technologie applique des formes d'onde de tension oscillante à haute fréquence à l'objet de test pour appliquer la tension, induisant et identifiant ainsi des défauts du système d'isolation tels que les décharges partielles. Son principe est illustré à la Figure 2. Les caractéristiques clés du test de tenue sous tension par tension oscillante et les facteurs clés à considérer sont les suivants :

• Principe de détection : Ce test repose sur les caractéristiques des formes d'onde oscillantes à haute fréquence. En comparant les formes d'onde de courant de l'échantillon de test sous la tension de référence et la tension de test, il évalue si la condition d'isolation est idéale. Le taux d'atténuation de la forme d'onde et la variation des points de passage par zéro sont des paramètres clés pour mesurer la qualité de l'isolation.

• Forme d'onde de test : La forme d'onde oscillante générée par cette méthode contient de nombreuses composantes à haute fréquence. Son temps de front est beaucoup plus court que celui d'une impulsion de foudre, ce qui peut activer efficacement les signaux de décharge partielle causés par les défauts d'équipement.

• Dispositif de test : L'équipement requis pour le test de tenue sous tension par tension oscillante comprend une alimentation DC, des condensateurs de charge, un redresseur à thyristor à haute tension, un gap de déclenchement, une résistance de front d'onde, etc. La structure est relativement complexe, et elle impose des exigences élevées sur l'environnement de test sur site.

• Facteurs environnementaux : Le test de tenue sous tension par tension oscillante est extrêmement sensible aux facteurs environnementaux tels que la température et l'humidité. Il doit être effectué dans des conditions strictement contrôlées pour garantir la précision des résultats de test.

• Performance anti-interférence : Étant donné la haute tension et la fréquence d'oscillation générées par le test de tenue sous tension par tension oscillante, les exigences pour le blindage et l'effet de mise à la terre du dispositif de test et les conditions environnementales du système de test sont extrêmement strictes. Des mesures de suppression d'interférences efficaces doivent être mises en œuvre.

• Limites : Le test de tenue sous tension par tension oscillante présente certaines limites dans les applications sur site pour les réacteurs à très haute tension. En particulier pour les tests de réacteurs de niveau 1000kV, les moyens techniques existants ont du mal à satisfaire les exigences de test pour la haute tension et la grande capacité.

3 Comparaison des deux méthodes de test de tenue sous tension

Dans l'évaluation sur site de la performance d'isolation des réacteurs à haute tension remplis d'huile dans les postes, les techniques courantes comprennent les tests de tenue sous tension par résonance série et par tension oscillante. Cette étude mène une analyse comparative approfondie de ces deux méthodes, visant à trouver une solution mieux adaptée à l'évaluation sur site des réacteurs de postes à très haute tension.

• Exigences en matière d'équipement : Le test par résonance série repose sur des alimentations à fréquence variable, des transformateurs d'excitation et des condensateurs d'accord. Le test par tension oscillante nécessite des alimentations DC, des condensateurs de charge et des redresseurs à thyristor à haute tension. Le premier a un équipement plus simple et plus petit, facilitant l'opération sur site.

• Conditions de test : Le test par résonance série s'adapte bien aux environnements sur site, avec une faible dépendance aux facteurs tels que la température et l'humidité. En revanche, le test par tension oscillante impose des exigences environnementales plus strictes pour assurer la précision des résultats.

• Procédures de test : Le test par résonance série est relativement simple, atteignant la résonance en ajustant la fréquence de l'alimentation à fréquence variable. Le test par tension oscillante, cependant, exige un contrôle précis de la génération et de l'atténuation de la forme d'onde de tension.

• Détermination des résultats : Le test par résonance série simplifie le processus via l'ajustement de la fréquence pour la résonance. Le test par tension oscillante nécessite un contrôle précis de la forme d'onde.

• Sécurité : Les deux méthodes assurent une sécurité élevée. Cependant, le test par résonance série peut rapidement réduire la tension en cas de rupture de l'échantillon, minimisant les dommages à l'équipement et aux installations de test.

Grâce à une comparaison approfondie des configurations expérimentales, des configurations d'environnement sur site, des procédures de test et des normes de détermination des résultats, le test de tenue sous tension par résonance série se révèle plus adapté à l'évaluation sur site de l'isolation des réacteurs à haute tension remplis d'huile. Il offre une configuration simple, une forte adaptabilité, des étapes de test claires, des résultats facilement identifiables et une sécurité élevée. En revanche, le test par tension oscillante a des exigences environnementales plus strictes, une configuration plus complexe et montre des limites dans les applications pratiques des réacteurs. Ainsi, cette étude recommande de privilégier le test de tenue sous tension par résonance série pour l'évaluation sur site de l'isolation des réacteurs à haute tension remplis d'huile dans les postes.

4 Conclusion

Ce document examine d'abord les défauts d'isolation typiques des réacteurs et les technologies d'évaluation sur site de l'isolation. Ensuite, pour les deux méthodes d'évaluation de l'isolation des réacteurs, il introduit les principes de base et les types d'appareils du test de tenue sous tension par résonance série, ainsi que les normes, principes et logiques de détection associés au test par tension oscillante. En comparant les avantages et les inconvénients selon quatre aspects (équipement de test, configuration des conditions sur site, procédures de test et méthodes de détermination des résultats), il conclut que la méthode par résonance série est plus adaptée à l'évaluation sur site de l'isolation des réacteurs à haute tension remplis d'huile dans les postes.