Comprendre et gérer les défauts dans les cellules de jonction à isolation à l'azote

1. Défauts du système de gaz

Le type de défaut le plus critique dans les unités principales à anneau isolées au gaz écologique est lié au système de gaz, principalement impliquant des fuites de gaz et des anomalies de pression. Les fuites de gaz dans les unités principales à anneau isolées au diazote proviennent principalement du vieillissement des matériaux d'étanchéité et des défauts de soudage. Les statistiques indiquent qu'environ 65% des défauts de fuite de gaz sont liés au vieillissement des joints toriques, tandis que 30% sont causés par un soudage inadéquat. Les fuites de gaz n'affectent pas seulement les performances d'isolation, mais peuvent également entraîner des problèmes de sécurité dans des conditions extrêmes. Lorsque la concentration en diazote augmente, faisant chuter le taux d'oxygène dans l'environnement en dessous de 19,5%, une asphyxie peut se produire, menaçant la sécurité des personnes.

Les anomalies de pression représentent un autre défaut courant, principalement causées par des défaillances de régulation des électrovannes ou des défauts d'étanchéité. La pression de fonctionnement des unités principales à anneau isolées au diazote est généralement maintenue entre 0,12 et 0,13 MPa, avec une pression absolue nominale ne dépassant pas 0,2 MPa. Lorsque la pression tombe en dessous de 90% de la valeur nominale (environ 0,11 MPa), les performances d'isolation du système diminuent considérablement, nécessitant un remplissage ou une maintenance immédiate. Dans des conditions d'impulsion haute tension, la résistance diélectrique du diazote présente un "phénomène de bosse", où la relation entre la pression et la résistance d'isolation est linéaire uniquement dans des champs électriques uniformes ou légèrement non uniformes, rendant le contrôle de la pression plus complexe.

Pour répondre aux défauts du système de gaz, les unités principales à anneau écologiques modernes sont généralement équipées de systèmes avancés de surveillance du gaz, y compris des capteurs de pression, des détecteurs de fuite de gaz et des modules de surveillance de l'humidité. Par exemple, la technologie de détection sans fil permet une surveillance multidimensionnelle en temps réel de la température, de la pression, des fuites et de la teneur en humidité dans la chambre de gaz, améliorant considérablement les capacités d'alerte de défaut. Les applications pratiques montrent que l'installation de tels systèmes de surveillance peut réduire le taux de défauts de fuite de gaz de plus de 75% et prolonger les cycles de maintenance de l'équipement à 3-5 ans.

2. Défauts liés au champ électrique

Les décharges partielles et les ruptures dues à une distribution inégale du champ électrique constituent la deuxième catégorie majeure de défauts dans les unités principales à anneau isolées au gaz écologique. Cela est principalement dû au fait que la résistance d'isolation du diazote n'est que d'environ un tiers de celle du SF₆. Dans des champs électriques non uniformes, les performances d'isolation du diazote se détériorent considérablement, le rendant sujet à des phénomènes de décharge.

Les manifestations spécifiques des défauts liés au champ électrique incluent des décharges aux vis de connexion des embases, des distorsions du champ électrique autour des brides, et des flashovers de surface sur les isolateurs. Les recherches indiquent que l'intensité maximale du champ électrique à ces points de défaut peut atteindre 5,4 kV/mm, bien au-delà des seuils de sécurité. Par exemple, l'installation de couvertures de blindage sur les têtes de boulons peut réduire l'intensité du champ électrique à 2,3 kV/mm, réduisant considérablement le risque de décharge.

Les causes des défauts de champ électrique comprennent principalement trois facteurs : premièrement, la faible résistance d'isolation du diazote (environ un tiers de celle du SF₆), nécessitant une conception plus précise du champ électrique ; deuxièmement, la structure interne complexe de la chambre de gaz, qui forme facilement des points de concentration du champ électrique ; et troisièmement, la conception compacte des unités principales à anneau écologiques, qui ont généralement des distances interphase plus petites que les équipements traditionnels, aggravant la non-uniformité du champ électrique. Dans les unités principales à anneau écologiques, la distance d'air entre les conducteurs et les phases ou le sol est généralement inférieure à 125 mm, beaucoup plus petite que les plus de 350 mm dans les unités isolées au SF₆, ce qui rend le contrôle du champ électrique particulièrement important.

La résolution des problèmes de champ électrique nécessite une optimisation de la conception. L'adoption de manchons d'isolation isopotentielle et l'optimisation des formes des embases et des conceptions de brides par simulation de champ électrique peuvent réduire le risque de décharge partielle. De plus, l'augmentation des rayons de raccordement des électrodes (angles R) et l'utilisation de barres rondes pour réduire le coefficient de non-uniformité du champ électrique sont également des méthodes efficaces. Lors de la fabrication, il est essentiel de s'assurer que l'intensité du champ électrique de surface des parties sous tension et des isolateurs répond aux exigences standard, en particulier le contrôle de la décharge partielle des composants en résine époxy.

3. Défauts dus aux problèmes de dissipation de chaleur

Le troisième type majeur de défaut rencontré par les unités principales à anneau isolées au gaz écologique est le surchauffe due à une dissipation de chaleur insuffisante. Les performances de dissipation de chaleur du diazote sont significativement plus faibles que celles du gaz SF₆, une caractéristique particulièrement prononcée dans des conditions de fonctionnement à forte charge. Lorsque le courant dépasse 2100 A, la capacité de dissipation de chaleur des unités principales à anneau isolées au diazote devient insuffisante, conduisant facilement au vieillissement des matériaux d'isolation et aux défauts de connexion.

Les manifestations spécifiques d'une dissipation de chaleur insuffisante incluent la surchauffe des jonctions de câbles, la montée en température des connexions de barres, et la carbonisation des matériaux d'isolation. Par exemple, un accident grave impliquant la combustion d'une jonction de câble a été analysé et a été trouvé être causé par une combinaison de mauvaises pratiques d'installation et d'une dissipation de chaleur insuffisante. À long terme, la surchauffe conduit à une baisse des performances des matériaux d'isolation, créant un cercle vicieux qui aboutit finalement à des courts-circuits ou des explosions.

Les causes des problèmes de dissipation de chaleur comprennent principalement trois aspects : premièrement, la conductivité thermique du diazote n'est que d'un quart de celle du SF₆, entraînant une mauvaise conductivité thermique ; deuxièmement, la conception compacte des unités principales à anneau écologiques limite l'espace de la chambre de gaz, restreignant la convection naturelle de refroidissement ; et troisièmement, la chaleur générée lors de l'exploitation à forte charge est difficile à dissiper efficacement, conduisant à des augmentations locales de température.

Au cours des dernières années, diverses solutions innovantes ont émergé pour résoudre les problèmes de dissipation de chaleur. Les revêtements de refroidissement radiatif peuvent réduire la température de surface des unités principales à anneau de 30,9°C pendant la journée, offrant de bonnes propriétés mécaniques, une résistance au vieillissement et à la corrosion. Les dispositifs intelligents de refroidissement et de déshumidification développés, grâce à la coordination des opérations des ventilateurs et des déshumidificateurs, peuvent réduire la température des unités principales à anneau de 40% et l'humidité de 58%, résolvant efficacement les problèmes de dissipation de chaleur insuffisante. De plus, l'optimisation de la conception de ventilation de la chambre de gaz et l'utilisation de matériaux d'isolation à haute conductivité thermique sont des méthodes d'amélioration courantes.

4. Défauts des composants mécaniques

Le quatrième défaut courant dans les unités principales à anneau isolées au gaz écologique est la défaillance des composants mécaniques, principalement incluant le blocage des mécanismes d'exploitation, l'usure des parties de transmission et le vieillissement des composants d'étanchéité. Bien que la conception étanche de la chambre de gaz réduise l'impact des environnements humides sur les composants mécaniques, le scellement à long terme peut également entraîner une accumulation de humidité interne, affectant la fiabilité du mécanisme d'exploitation.

Les manifestations spécifiques des défauts mécaniques incluent l'incapacité à ouvrir ou à fermer, le blocage des ressorts, et l'usure des broches de transmission. Par exemple, plusieurs cas de blocage du mécanisme d'exploitation en raison du vieillissement des composants mécaniques ont été enregistrés, généralement liés à de longues périodes d'inactivité ou à un entretien insuffisant. Dans les équipements écologiques, les défauts mécaniques peuvent également être liés à l'espace interne compact de la chambre de gaz et à la disposition complexe des composants.

Les causes des défauts mécaniques comprennent principalement : premièrement, le scellement à long terme peut affecter l'état de lubrification du mécanisme d'exploitation ; deuxièmement, la conception compacte augmente la difficulté d'installation et la complexité de maintenance des composants mécaniques ; et troisièmement, les équipements écologiques ont des exigences plus élevées en termes de résistance mécanique pour résister aux risques de déformation de la chambre de gaz.

L'optimisation des stratégies de lubrification est la clé pour résoudre les défauts des composants mécaniques. Il est recommandé d'utiliser des graisses à base de polyurée (comme la graisse Kl), qui offrent une excellente adaptabilité aux hautes et basses températures (-40°C à +120°C), une résistance à l'arc et une longue durée de service (plus de 10 ans). De plus, l'entretien régulier (par exemple, le remplacement de la graisse tous les 3 ans) et l'évitement des lubrifiants incompatibles (comme les graisses à base de calcium ou de sodium) sont également des mesures importantes pour prévenir les défauts mécaniques.