Méthodes d'essai pour les nouveaux ensembles de coupure isolés à gaz GIS 35 kV
Les GIS (disjoncteurs à isolation gazeuse) offrent des avantages tels qu'une structure compacte, une opération flexible, un verrouillage fiable, une longue durée de vie, un fonctionnement sans maintenance et une empreinte réduite. Ils possèdent également de nombreux avantages irremplaçables en matière de performance d'isolation, d'écologie et d'économie d'énergie, et sont de plus en plus utilisés dans les entreprises industrielles et minières, les aéroports, les chemins de fer, les métros, les parcs éoliens et d'autres domaines.
La sous-station intérieure de 35 kV d'une certaine entreprise était initialement équipée de disjoncteurs à isolation par air comprenant 10 baies. Cette mise à niveau ajoute 4 nouvelles baies. Cependant, la surface initiale du site ne peut pas accueillir les exigences d'extension des baies. En outre, compte tenu de l'ancienneté du matériel et de ses performances en matière de sécurité, la sous-station de 35 kV est rénovée avec des disjoncteurs métalliques encapsulés à isolation au gaz SF₆. La surface existante de la salle de disjoncteurs peut satisfaire aux exigences d'extension, et la performance globale de sécurité des équipements électriques sera considérablement améliorée.
Cet article étudie, selon les composants principaux du disjoncteur, les essais suivants respectivement : essais d'enceinte et d'isolation des barres omnibus, essais de disjoncteur à vide, essais de transformateur de tension, essais de transformateur de courant, essais de parafoudre à oxyde métallique et essais de câble électrique.
1. Classification des postes d'essai et ordonnancement séquentiel
La section de barres III de 35 kV d'une sous-station se compose d'un système à double barre formé par 14 unités de disjoncteurs ZX2 à isolation au gaz SF₆. Toutes les parties actives primaires à l'intérieur des armoires sont installées dans des enceintes scellées remplies de gaz, ce qui rend difficile un test préventif direct. Les essais doivent donc être réalisés en formant des circuits d'essai à l'aide d'unités de disjoncteurs adjacentes. De nombreuses parties conductrices, telles que les transformateurs de tension et les barres omnibus, utilisent des connexions enfichables. Pour garantir un bon contact à tous les raccords enfichables des barres omnibus, des mesures de résistance de contact continue doivent être effectuées sur tous les joints. Pendant les essais, des fiches temporaires d'essai doivent être installées dans les douilles de câble afin de servir de points d'accès aux essais, ce qui augmente la difficulté et la charge de travail des essais. Par conséquent, la séquence des essais doit être raisonnablement organisée pour minimiser la charge de travail. Compte tenu des facteurs ci-dessus, les essais des équipements électriques de la section de barres III de 35 kV sont mis en œuvre selon deux méthodes : les essais internes aux armoires et les essais externes aux armoires.
2. Essais caractéristiques des équipements à l'intérieur du disjoncteur
Les essais internes aux armoires sont réalisés en deux tours. Au premier tour, des fiches d'essai d'injection de courant basse tension sont utilisées ; ces fiches sont faciles à installer — il suffit simplement de les insérer directement dans les douilles d'installation de câble à l'intérieur du disjoncteur. Au deuxième tour, des fiches d'essai haute tension sont insérées dans les douilles d'installation de câble à l'intérieur du disjoncteur et fixées avec des vis afin d'introduire la tension d'essai dans l'équipement en cours d'essai.
2.1 Premiers essais
2.1.1 Essais de disjoncteur à vide
Lors de ce tour, les essais de caractéristiques mécaniques et les essais du mécanisme de commande sont d'abord effectués, les deux utilisant un appareil de mesure des caractéristiques dynamiques de disjoncteur. Deux unités de disjoncteur adjacentes sont regroupées ensemble. Les fils de test triphasés sont connectés à une extrémité, et l'autre extrémité est mise à la terre. Les caractéristiques mécaniques et les tensions de commande des bobines des deux disjoncteurs en série sont mesurées séparément — c'est-à-dire que lorsqu'on mesure les caractéristiques mécaniques d'un disjoncteur, l'autre disjoncteur est fermé pour servir de chemin de test. La méthode d'essai est identique aux procédures standard. Pour la baie du disjoncteur de couplage de barres 9AH, qui relie les barres principales et auxiliaires du système à double barre, elle peut être connectée en série avec le disjoncteur gauche 10AH et le disjoncteur droit 8AH (trois disjoncteurs au total) afin d'utiliser les chemins de test de 10AH et 8AH.
2.1.2 Essai de résistance de contact continue des circuits conducteurs et des raccords enfichables des barres omnibus
Pour mesurer la résistance de contact de tous les disjoncteurs à vide, les interrupteurs-sectionneurs des barres principales/auxiliaires et les raccords enfichables des barres principales/auxiliaires, les unités de disjoncteur adjacentes sont encore regroupées par paires, mais testées séquentiellement — c'est-à-dire 1AH–2AH, 2AH–3AH, ..., 13AH–14AH. Pour chaque paire, lorsque les interrupteurs-sectionneurs des barres principales (ou auxiliaires) des deux unités de disjoncteur adjacentes sont fermés, la résistance de contact triphasée continue du chemin correspondant de la barre principale (ou auxiliaire) est mesurée. Un appareil de mesure de résistance de boucle est utilisé avec un courant d'essai d'environ 100 A. Par exemple, pour le disjoncteur de couplage de barres 9AH, il peut de même être connecté en série avec 10AH côté gauche et 8AH côté droit pour former deux chemins de test : 10AH–barre principale–9AH–barre auxiliaire–8AH et 10AH–barre auxiliaire–9AH–barre principale–8AH. La méthode d'essai est la même que pour les autres unités de disjoncteur, avec des valeurs de résistance comprises entre 200 et 300 μΩ.
2.1.3 Essais de transformateur de courant
Les parties conductrices primaires des transformateurs de courant spécialisés à isolation gazeuse installés à l'intérieur de l'armoire sont scellées dans l'enceinte ; par conséquent, leurs essais doivent être réalisés simultanément pendant les essais internes à l'armoire. Lors de ce tour, les essais de rapport, les vérifications de polarité et les essais de courbe caractéristique d'excitation sont d'abord effectués. Ces essais sont réalisés à l'aide d'un appareil multifonctionnel automatique complet pour transformateurs.
Pour les essais de rapport et les vérifications de polarité : la configuration du circuit d'essai est conforme à celle des essais de caractéristiques mécaniques du disjoncteur — c'est-à-dire que deux unités de disjoncteur adjacentes sont regroupées, avec leurs disjoncteurs et leurs interrupteurs-sectionneurs de barre du même côté fermés. Un courant élevé est injecté phase par phase, et les courants induits secondaires sont prélevés depuis les bornes secondaires de courant correspondantes pour mesurer le rapport et la polarité de tous les transformateurs de courant connectés en série dans la boucle. La méthode d'essai est identique aux procédures standard.
Pour l'essai de courbe caractéristique d'excitation : cet essai nécessite uniquement que le circuit primaire soit ouvert et peut être réalisé à tout moment. Étant donné qu'il utilise le même équipement d'essai et partage les mêmes bornes secondaires de courant que l'essai de rapport — c'est-à-dire que le courant d'essai est injecté via les bornes secondaires de courant correspondantes — il peut être effectué simultanément avec l'essai de rapport afin d'améliorer l'efficacité du travail.
2.2 Tests d'isolation des équipements à l'intérieur de l'armoire de distribution
Au cours du deuxième cycle de tests, les tests d'isolation de l'armoire de distribution et des barres de collecteur sont effectués simultanément, y compris : les tests d'isolation des parties sous tension du disjoncteur par rapport à la terre et entre les contacts, les tests d'isolation des parties sous tension des interrupteurs de sectionnement principal/auxiliaire par rapport à la terre et entre les contacts, les tests d'isolation du primaire au secondaire et à la terre du transformateur de courant, et les tests d'isolation de toutes les barres de collecteur principales/auxiliaires internes et des parties conductrices par rapport à la terre et entre les phases.
Chaque unité d'armoire de distribution est soumise à une application de tension deux fois. D'abord, les barres de collecteur principales et auxiliaires à l'intérieur du coffret sont mises à la terre via une unité d'armoire de distribution sélectionnée - c'est-à-dire que le disjoncteur et l'interrupteur de sectionnement principal (ou auxiliaire) de l'unité d'armoire de distribution sélectionnée sont fermés. Ensuite, le disjoncteur de couplage de barres et ses interrupteurs de sectionnement principal/auxiliaire sont fermés, et un fil de mise à la terre temporaire est installé sur la prise de câble de cette unité d'armoire de distribution, mettant ainsi à la terre l'ensemble du système de barres de collecteur principales et auxiliaires à l'intérieur du coffret.
L'unité d'armoire de distribution en test utilise une fiche de test haute tension, qui est vissée fermement dans la prise de câble pour introduire la tension de test.
Lors de la première application de tension à l'unité d'armoire de distribution, son disjoncteur est ouvert, et l'interrupteur de sectionnement principal à trois positions est placé en position de mise à la terre (ou en position de service avec la barre mise à la terre ailleurs), permettant des essais de tenue de tension entre le primaire et le secondaire du transformateur de courant, entre le primaire et la terre, ainsi qu'entre les contacts du disjoncteur.
Lors de la deuxième application de tension, le disjoncteur est fermé, et les interrupteurs de sectionnement principal et auxiliaire à trois positions sont en position ouverte, permettant des essais de tenue de tension de l'ensemble du disjoncteur par rapport à la terre et entre les contacts des interrupteurs de sectionnement principal/auxiliaire.
Pour la baie spéciale de disjoncteur de couplage de barres 9AH, les tests peuvent être programmés en même temps que les tests de tenue de tension des barres principales et auxiliaires, nécessitant un total de trois applications de tension. Lors de la première application de tension, le disjoncteur de couplage de barres et l'interrupteur de sectionnement principal sont fermés, tandis que l'interrupteur de sectionnement auxiliaire est ouvert. La barre auxiliaire est mise à la terre via une autre unité d'armoire de distribution, et la tension de test est introduite dans la barre principale via une certaine unité d'armoire de distribution. Des essais de tenue de tension sont ensuite effectués sur le système de barre principale, l'ensemble du disjoncteur de couplage de barres par rapport à la terre, et l'écart de contact de l'interrupteur de sectionnement auxiliaire, comme illustré dans la Figure 1.
Lors de la deuxième application de tension, le disjoncteur de couplage de barres et l'interrupteur de sectionnement auxiliaire sont fermés, tandis que l'interrupteur de sectionnement principal est ouvert. La barre principale est mise à la terre via une autre unité d'armoire de distribution, et la tension de test est introduite dans la barre auxiliaire via une certaine unité d'armoire de distribution. Un essai de tenue de tension est ensuite effectué sur le système de barre auxiliaire, l'ensemble du disjoncteur de couplage de barres par rapport à la terre, et l'écart de contact de l'interrupteur de sectionnement principal.
Lors de la troisième application de tension, l'écart de contact du disjoncteur de couplage de barres est testé via la barre auxiliaire. Plus précisément, l'interrupteur de sectionnement auxiliaire du disjoncteur de couplage de barres est fermé, le disjoncteur de couplage de barres est ouvert, et l'interrupteur de sectionnement principal du disjoncteur de couplage de barres est placé en position "terre". La tension de test est introduite dans la barre auxiliaire via une certaine unité d'armoire de distribution pour effectuer l'essai de tenue de tension sur l'écart de contact du disjoncteur de couplage de barres.
3. Tests effectués à l'extérieur de l'armoire de distribution
Pour les équipements tels que les parafoudres, les transformateurs de tension et les câbles, tous les tests sont réalisés avant l'installation.
3.1 Tests des parafoudres à oxyde métallique
Toutes les baies de disjoncteurs sur la Section III de la barre de 35 kV (sauf la baie de couplage de barres) sont équipées de parafoudres à oxyde métallique, sans interstice, blindés, et à insertion. Les tests sont effectués avant l'installation des parafoudres. La résistance d'isolement est mesurée avant et après le test. Un générateur haute tension continu est utilisé, et les tests sont réalisés selon les spécifications du fabricant :
Tension de référence continue à 1 mA ≥ 73 kV
Courant de fuite à 75 % de U₁ₘₐ ≤ 50 μA
Lors des tests, une manchette isolante dédiée doit être installée sur la borne haute tension du parafoudre ; sinon, dans l'air ambiant, un flashover de surface se produira en raison de la haute tension et de la petite distance, endommageant l'isolation de surface du parafoudre - rendant le test impossible et risquant d'endommager l'équipement.
3.2 Tests des transformateurs de tension (VT)
Au total, 14 transformateurs de tension monophasés, à insertion, spécifiques aux armoires de distribution à isolation gazeuse, sont installés sur la Section III de la barre de 35 kV. Les VT de barre diffèrent des VT de ligne en ce qu'ils incluent un enroulement résiduel supplémentaire pour la mesure de la tension de séquence zéro.
Tests de rapport et de polarité : Un testeur multifonctionnel CT/VT est utilisé pour mesurer le rapport de tension entre l'enroulement primaire et chaque enroulement secondaire (y compris l'enroulement résiduel) et vérifier les relations de polarité.
Courbe caractéristique d'excitation : En utilisant le même testeur, une tension d'excitation est appliquée à l'enroulement secondaire, et la courbe d'excitation est enregistrée à 20 %, 50 %, 80 %, 100 % et 120 % de la tension nominale secondaire (c'est-à-dire 20 V, 50 V, 80 V, 100 V et 120 V).
Lors des tests, un capuchon isolant temporaire (isolateur conique interne) doit être installé sur la borne haute tension primaire ; sinon, un flashover de surface se produira, endommageant l'isolation et empêchant la tension de test d'être atteinte.
Résistance continue des enroulements : La résistance continue des enroulements primaire et secondaire de chaque VT est mesurée.
Test de tension alternative supportée : Comme ces VT sont spécifiquement conçus pour les appareillages à isolation gazeuse, leur isolation externe ne peut pas supporter des tensions de test élevées lorsqu'ils sont testés en dehors du coffret. Par conséquent, aucun test de tension alternative supportée en fréquence industrielle n'est effectué sur l'enroulement primaire. À la place, un test de tension induite est utilisé. Ce test induit peut être combiné avec le test de caractéristique d'excitation - appliquer une tension de 120 V pendant 1 minute sur le côté secondaire.
Appliquer 3 kV CA (fréquence industrielle) pendant 1 minute entre le terminal N de l'enroulement primaire et tous les autres enroulements/la terre.
Appliquer 2 kV CA (fréquence industrielle) pendant 1 minute entre chaque enroulement secondaire (ou résiduel) et tous les autres enroulements/la terre.
Tests sur les composants auxiliaires : Mesurer la résistance DC de la fusible côté primaire de chaque VT et vérifier la résistance d'isolement du protecteur d'étincellement du point neutre.
4.Précautions pendant les tests
4.1 Conditions de base avant les tests
Le manomètre de pression du gaz SF₆ doit indiquer dans la plage normale verte.
L'enveloppe de l'appareillage doit être fiablement mise à la terre, avec une résistance de mise à la terre conforme aux exigences.
Vérifier que les positions réelles et les indicateurs de statut des disjoncteurs à trois positions et des interrupteurs sont corrects.
Toutes les prises non utilisées sur l'équipement à tester doivent être scellées avec des bouchons isolants.
Lors des tests de tension alternative supportée, les trous de terminaison de câbles, les trous de montage des parafoudres et les trous de montage des VT dans les cellules recevant la tension doivent être scellés avec des bouchons isolants dédiés ; les zones non alimentées n'ont pas besoin d'être scellées.
Confirmer que les extrémités de la barre de collecteur sont scellées avec des bouchons isolants et que les deux armoires aux extrémités sont entièrement fermées.
4.2 Caractéristiques particulières des essais haute tension
En raison de l'insuffisance de la force d'isolation externe des VT en dehors du coffret, le test de tension induite sur l'enroulement primaire doit être combiné avec le test d'excitation à tension réduite, ce qui ne reproduit pas pleinement les conditions de tenue standard. De plus, les mesures de résistance de contact en courant continu reflètent la résistance totale du chemin en série, y compris les disjoncteurs, les disjoncteurs, les joints de barre de collecteur et les primaires de CT, rendant difficile de localiser précisément quel composant spécifique dépasse les limites autorisées si la valeur totale est hors spécification.
4.3 Nature particulière des méthodes d'essai haute tension
Comme il est impossible de tester directement l'équipement scellé à l'intérieur des enveloppes à gaz, les circuits de test doivent être formés en utilisant les unités d'appareillage adjacentes et les barres de collecteur. Par conséquent, un test complet de l'ensemble de la section de bus 35 kV III ne peut être effectué que lorsque le système de bus est déchargé. Cependant, certains tests peuvent être effectués sur des cellules individuelles déchargées :
Tous les tests de CT (sauf les tests de rapport)
Tests de tenue sur les espacements de contacts des disjoncteurs et les sections côté ligne
Tests de caractéristiques mécaniques des disjoncteurs (sauf le disjoncteur de jonction de bus)
Tous les tests sur les composants amovibles tels que les câbles, les parafoudres et les VT
4.4 Considérations particulières pour les normes de test
Lors des tests internes de tension alternative supportée, puisque les disjoncteurs, les disjoncteurs, les CT et les barres de collecteur sont testés simultanément, la tension de test doit être limitée à la plus faible cote de tenue parmi eux - 76 kV (la norme CT) - entraînant des niveaux de contrainte inférieurs aux optimaux pour les autres composants. Après avoir retiré les enroulements secondaires pour les tests, le câblage d'origine doit être rapidement restauré pour éviter un mauvais contact ou des circuits ouverts.
5.Conclusion
Les tests haute tension sur les appareillages compacts à isolation gazeuse présentent des défis uniques et des exigences opérationnelles très complexes. Il est donc essentiel de bien comprendre les caractéristiques de l'équipement. La sélection d'équipements de test appropriés et de méthodologies adaptées à ces caractéristiques, ainsi que la synthèse de procédures de test efficaces et de normes, fournit une référence précieuse et une base technique pour résoudre des défis d'ingénierie similaires.
