Analyse et Traitement d'une Panne de Décharge dans un Disjoncteur GIS de 550 kV

1. Description du phénomène de panne

Le disjoncteur d'un équipement GIS de 550 kV a subi une panne à 13h25 le 15 août 2024, alors que l'équipement fonctionnait sous charge pleine avec un courant de charge de 2500 A. Au moment de la panne, les dispositifs de protection associés ont agi rapidement, déclenchant le disjoncteur correspondant et isolant la ligne défectueuse. Les paramètres de fonctionnement du système ont changé de manière significative : le courant de ligne est tombé brusquement de 2500 A à 0 A, et la tension de la barre a diminué instantanément de 550 kV à 530 kV, fluctuant pendant environ 3 secondes avant de se rétablir progressivement à 548 kV et de se stabiliser. L'inspection sur site par le personnel de maintenance a révélé des dommages évidents au disjoncteur. Une marque de brûlure d'environ 5 cm de long a été trouvée à la surface de la gaine isolante. Un point de brûlure de décharge d'environ 3 cm de diamètre est apparu à la jonction entre les contacts mobiles et fixes, entouré de résidus poudreux noirs, et certains composants métalliques présentaient des signes de fusion, indiquant une arcing intense pendant la panne.

2. Analyse des causes de la panne

2.1 Analyse des paramètres de base de l'équipement et des conditions de fonctionnement
Le disjoncteur a une tension nominale de 550 kV, un courant nominal de 3150 A et un courant de rupture de 50 kA. Ces paramètres répondent aux exigences opérationnelles du système 550 kV de ce poste, assurant théoriquement un fonctionnement fiable dans des conditions normales. Le disjoncteur était en service depuis 8 ans avec 350 opérations. La dernière maintenance a été effectuée en juin 2023, comprenant le polissage des contacts, le lubrification, l'ajustement du mécanisme et les tests de résistance d'isolation - tous les résultats étaient conformes aux spécifications à l'époque. Bien que le nombre d'opérations soit dans la plage normale, le fonctionnement à long terme peut avoir introduit des risques de vieillissement, potentiellement conduisant à des défauts latents lors des services ultérieurs.

2.2 Analyse des tests de performance électrique

Les tests de résistance d'isolation du disjoncteur ont montré une résistance d'isolation inter-contact de 1500 MΩ (valeur historique : 2500 MΩ ; exigence standard : ≥2000 MΩ). La résistance d'isolation au sol était de 2000 MΩ (valeur historique : 3000 MΩ ; exigence standard : ≥2500 MΩ). Toutes deux étaient significativement inférieures aux données historiques et aux normes, indiquant une dégradation de la performance d'isolation.
Les tests du facteur de perte diélectrique (tanδ) à 10 kV ont donné une valeur mesurée de 0,8 % (valeur historique : 0,5 % ; exigence standard : ≤0,6 %). L'augmentation du tanδ suggère une possible infiltration d'humidité ou un vieillissement du milieu d'isolation, ce qui réduit la force d'isolation et augmente le risque de rupture diélectrique.

2.3 Analyse des tests de performance mécanique
Les mesures de pression de contact ont montré :

• Phase A : 150 N (valeur de conception : 200 N, écart : –25 %)

• Phase B : 160 N (écart : –20 %)

• Phase C : 140 N (écart : –30 %)
  Toutes les pressions de contact mesurées étaient inférieures aux valeurs de conception avec de grands écarts, provoquant probablement une augmentation de la résistance de contact, un surchauffe localisée et un arcing.

L'analyse du mécanisme de fonctionnement a révélé :

• Temps de fermeture : 80 ms (fourchette de conception : 60–70 ms) ; déviation de synchronisation : 10 ms (limite de conception : ≤5 ms)

• Temps d'ouverture : 75 ms (fourchette de conception : 55–65 ms) ; déviation de synchronisation : 12 ms (limite de conception : ≤5 ms)
  Les temps de fermeture et d'ouverture dépassaient les limites de conception, et les déviations de synchronisation étaient excessives, indiquant un dysfonctionnement du mécanisme qui pouvait causer une séparation asynchrone des contacts, entraînant une reprise d'arc et une décharge.

2.4 Analyse globale des causes de la panne
En intégrant toutes les conclusions :

• Électriquement, la réduction de la résistance d'isolation et l'augmentation du tanδ indiquent une dégradation de l'isolation, créant des conditions favorables à la rupture.

• Mécaniquement, une pression de contact insuffisante a causé un mauvais contact et une surchauffe localisée, tandis qu'une performance anormale du mécanisme a conduit à un fonctionnement asynchrone et à une reprise d'arc, aggravant les dommages à l'isolation.
  Bien que régulièrement maintenu, le service à long terme a exposé l'équipement au vieillissement, et des facteurs environnementaux tels que les fluctuations de température et d'humidité ont encore dégradé les performances. La panne de flashover du disjoncteur a résulté de l'effet combiné de la dégradation de l'isolation, des anomalies mécaniques et du vieillissement de l'équipement.

3. Mesures de gestion de la panne
3.1 Réponse d'urgence sur site
Immédiatement après la panne de flashover, un protocole de réponse d'urgence a été activé pour assurer la sécurité du réseau. Le disjoncteur défectueux a été isolé en déclenchant les disjoncteurs associés, évitant ainsi l'aggravation de la panne. Les dispositifs de protection liés au disjoncteur ont été inspectés et ajustés pour éviter les malfunctions ou les défaillances. Le mode de fonctionnement du système a été reconfiguré en urgence : la charge précédemment transportée par la ligne défectueuse a été transférée en douceur vers des lignes saines pour maintenir l'alimentation en électricité des utilisateurs critiques. Pendant ce processus, les paramètres du système (tension, courant, fréquence) ont été surveillés de près pour assurer un fonctionnement stable. Du personnel a été affecté pour sécuriser le site de la panne et empêcher l'accès non autorisé, évitant ainsi des incidents secondaires.

3.2 Plan de réparation de l'équipement
Sur la base de l'analyse des causes profondes, un plan de réparation détaillé a été élaboré :

• Pour l'isolation dégradée : remplacer et restaurer les milieux d'isolation. Retirer les matériaux d'isolation endommagés, humides ou vieillis et installer de nouveaux matériaux conformes pour restaurer la performance d'isolation.

• Pour la pression de contact insuffisante : inspecter et remplacer les ressorts de contact, ajuster la pression de contact aux valeurs de conception pour minimiser la résistance de contact et prévenir la surchauffe et l'arcing.

• Pour les pannes de mécanisme : remplacer les composants endommagés et recalibrer entièrement le mécanisme pour répondre aux spécifications de conception en termes de timing et de synchronisation.

3.3 Processus de réparation et points techniques clés
Les réparations ont strictement suivi le plan. Le disjoncteur a été entièrement démonté pour une inspection approfondie afin de confirmer l'ampleur des dommages. Lors du remplacement de l'isolation, l'humidité et la température ambiantes ont été contrôlées pour éviter la contamination ou l'absorption d'humidité des nouveaux matériaux. L'installation a assuré un positionnement précis et un collage serré de l'isolation pour éviter les vides ou le desserrage. Les ajustements de la pression de contact ont utilisé des outils calibrés pour garantir une force précise et uniforme sur toutes les phases. Le remontage et l'étalonnage du mécanisme ont respecté les procédures pour assurer un fonctionnement fluide et fiable. Après la réparation, des tests complets ont été effectués—résistance d'isolement, tanδ, pression de contact, et performance du mécanisme—tous répondant aux normes avant la remise sous tension.

4.Vérification de l'efficacité de la réparation
4.1 Tests post-réparation
Des tests complets ont confirmé la restauration des performances (voir Tableau 1) :

• Résistance d'isolement : entre contacts, elle est passée de 1500 MΩ à 2400 MΩ ; la résistance au sol est passée de 2000 MΩ à 2800 MΩ—les deux répondant aux normes.

• Le tanδ a diminué de 0,8 % à 0,4 %, dans les limites acceptables, confirmant la résolution des problèmes d'humidité et de vieillissement.

• Test de tenue en tension : avant la réparation, la rupture s'est produite à 480 kV (< standard) ; après la réparation, aucune rupture à 600 kV—validant la récupération de l'isolation.

4.2 Surveillance opérationnelle et évaluation

Le disjoncteur réparé a subi une surveillance opérationnelle pendant 3 mois. Les températures des contacts sont restées normales, confirmant un ajustement efficace de la pression de contact et une résistance de contact contrôlée. Les opérations de commutation se sont stabilisées : le temps de fermeture à 65 ms, l'ouverture à 58 ms, avec des écarts de synchronisme ≤3 ms. Aucune reprise d'arc ou de décharge n'a été observée. Les résultats combinés des tests et de la surveillance confirment la résolution réussie de la panne et un fonctionnement stable.

5.Mesures préventives et recommandations
Pour garantir un fonctionnement efficace du GIS et réduire les risques de pannes, des stratégies de maintenance strictes doivent être mises en œuvre :

• Inspections régulières : Effectuer des vérifications visuelles hebdomadaires et des tests fonctionnels mensuels par des équipes qualifiées pour détecter les dommages ou anomalies précocement.

• Surveillance avancée de l'état : Déployer des systèmes de surveillance en ligne pour le suivi en temps réel des décharges partielles, de la température et de la composition des gaz afin d'identifier proactivement les problèmes potentiels.

• Tests préventifs : Effectuer périodiquement des tests de résistance d'isolement et de tanδ pour évaluer la santé électrique et isolante et prévenir les pannes liées au vieillissement ou à l'humidité.

• Sélection et installation de l'équipement : Choisir des équipements GIS éprouvés et matures répondant aux besoins opérationnels. Respecter strictement les normes de conception et de construction lors de l'installation pour assurer un alignement correct et des connexions sûres.

• Mise en service : Vérifier rigoureusement tous les paramètres de performance lors de la mise en service, documenter toutes les données pour référence future en matière de maintenance.

• Formation du personnel : Organiser régulièrement des formations techniques et des exercices d'urgence pour améliorer la compétence du personnel en matière d'exploitation et de gestion des pannes, assurant ainsi des réponses rapides et efficaces aux incidents et la stabilité du réseau.

6.Conclusion
Ce rapport présente une analyse et une résolution réussies d'une panne de flashover sur un disjoncteur GIS de 550 kV. Une documentation détaillée de la panne et des tests multidimensionnels ont permis d'identifier précisément les causes profondes. Les mesures d'intervention d'urgence et de réparation mises en œuvre ont résolu efficacement le problème, validé par des tests post-réparation et une surveillance opérationnelle. Les mesures préventives proposées sont ciblées et pratiques, offrant des orientations précieuses pour la maintenance du GIS. Les travaux futurs devraient approfondir la recherche sur les mécanismes de panne du GIS pour renforcer davantage la sécurité et la fiabilité des systèmes électriques.