Top 5 des contrôles de processus critiques pour l'installation et la mise en service du GIS
Ce document présente brièvement les avantages et les caractéristiques techniques des équipements de GIS (Gas-Insulated Switchgear), et détaille plusieurs points clés de contrôle de qualité et mesures de contrôle de processus lors de l'installation sur site. Il souligne que les essais de tenue en tension sur site ne peuvent refléter que partiellement la qualité globale et la qualité de l'installation des équipements de GIS. Seul un renforcement du contrôle de qualité global tout au long du processus d'installation, en particulier dans des domaines clés tels que l'environnement d'installation, la manipulation des adsorbants, le traitement des chambres à gaz et les tests de résistance de boucle, peut garantir la mise en service sûre et fluide des équipements de GIS.
Avec le développement des systèmes électriques, des exigences plus élevées sont imposées aux performances mécaniques et électriques des équipements primaires des postes de transformation. Par conséquent, des équipements électriques plus avancés sont de plus en plus utilisés dans les postes. Parmi eux, les ensembles de commutation métalliques étanches à l'isolation gazeuse (GIS) gagnent en popularité en raison de leurs nombreux avantages. Ainsi, l'installation et la mise en service sur site des GIS sont devenues un aspect central de la construction des postes de transformation.
1. Caractéristiques Techniques des Équipements de GIS
Structure compacte avec une empreinte au sol réduite
Fiabilité opérationnelle élevée et excellentes performances de sécurité
Élimination des influences extérieures défavorables
Période d'installation courte
Maintenance facile et intervalles d'inspection longs
2. Points Clés de Contrôle de Processus et Mesures de Contrôle lors de l'Installation de GIS
En raison de l'intégration élevée et de la conception compacte des équipements de GIS, toute négligence lors de l'installation sur site peut laisser des risques cachés qui pourraient entraîner des pannes d'équipement ou même des accidents de réseau. Sur la base de l'expérience de multiples installations de postes de transformation GIS, un contrôle strict des aspects clés suivants est essentiel pendant l'installation et la mise en service.
2.1 Contrôle de l'Environnement d'Installation
Le gaz SF₆ est très sensible à l'humidité et aux impuretés, il est donc nécessaire de contrôler strictement l'environnement d'installation sur site. Puisque les chambres à gaz doivent être ouvertes pendant l'installation, le travail ne doit être effectué que par temps sec et clair, avec une humidité ambiante inférieure à 80 %. Une fois la chambre ouverte, le traitement sous vide doit se poursuivre de manière continue pour minimiser le temps d'exposition. Pour les installations en extérieur, la vitesse du vent ne doit pas dépasser 3 sur l'échelle de Beaufort. Si nécessaire, des mesures de protection locales doivent être mises en place autour de la zone de la chambre ouverte, et la génération de poussière dans la zone de sécurité doit être strictement contrôlée. La zone d'installation doit rester propre et ordonnée.
Le personnel ne doit pas porter de vêtements ou de gants à fibres lâches. Les cheveux doivent être entièrement couverts par une casquette, et des masques faciaux doivent être portés. Dans des conditions de température élevée, des mesures de refroidissement doivent être prises pour éviter que la transpiration n'introduise de l'humidité dans la chambre.
2.2 Manipulation des Adsorbants dans les Chambres à Gaz de GIS
L'adsorbant utilisé dans les GIS est généralement un tamis moléculaire 4A, qui est non conducteur, a une faible constante diélectrique et est exempt de poussière. Il présente une forte capacité d'adsorption et peut résister à des températures élevées et à l'exposition aux arcs. L'adsorbant doit être séché dans un four de séchage sous vide à 200–300°C pendant 12 heures. Immédiatement après le séchage, il doit être retiré et installé dans la chambre dans les 15 minutes. La chambre avec l'adsorbant installé doit commencer le traitement sous vide rapidement pour minimiser l'exposition à l'air.
Avant l'installation, l'adsorbant doit être pesé et enregistré pour référence future lors de la maintenance. Si le poids augmente de plus de 25% lors de l'inspection, cela indique une absorption d'humidité significative et nécessite une régénération. L'adsorbant provenant des chambres d'extinction d'arc ne peut pas être régénéré.
2.3 Traitement Sous Vide des Chambres à Gaz
Le traitement sous vide doit commencer immédiatement après l'assemblage de la chambre. Un clapet anti-retour doit être installé dans le tuyau de connexion, et une personne dédiée doit surveiller le processus pour empêcher le reflux d'huile de pompe dans la chambre en cas de panne de courant. La pompe à vide doit être démarrée en premier pour vérifier son bon fonctionnement avant d'ouvrir tous les vannes de tuyaux. Lors de l'arrêt, les vannes doivent être fermées avant d'éteindre la pompe.
Après avoir atteint une pression absolue interne inférieure à 133 Pa, la pompe à vide doit continuer à fonctionner pendant 30 minutes supplémentaires, puis être arrêtée et isolée. La pression absolue (PA) est enregistrée après 30 minutes d'arrêt. Après un autre arrêt de 5 heures, la pression (PB) est relue. La chambre est considérée comme bien scellée si PB – PA < 67 Pa. Seulement après avoir passé ce test d'étanchéité, un gaz SF₆ qualifié peut être chargé dans la chambre.
Pendant le traitement sous vide, évitez de maintenir pendant une longue période une situation où un côté d'un disque isolant (disque isolateur) est sous pression nominale de fonctionnement tandis que l'autre côté est sous haute pression de vide, car cela peut causer des dommages mécaniques. Si nécessaire, réduisez la pression du côté sous pression à moins de 50% de la valeur nominale.
2.4 Mise à la Terre de l'Enveloppe
En raison de la disposition dense interne des GIS, la distance électrique entre les conducteurs et entre les conducteurs et l'enveloppe métallique est très petite. En cas de rupture interne, de forts courants de défaut circuleront à travers les conducteurs de terre vers le réseau de terre. De plus, car l'enveloppe des GIS est fabriquée en matériau métallique à circuit fermé, les défauts asymétriques du système peuvent induire des tensions importantes sur l'enveloppe en raison de l'induction magnétique, potentiellement endommageant l'équipement ou mettant en danger le personnel.
Par conséquent, le travail de mise à la terre doit répondre à des normes élevées. Il est recommandé que les postes de transformation utilisant des GIS utilisent des réseaux de terre en cuivre pour minimiser la résistance totale de la terre. Toutes les connexions entre l'enveloppe et le réseau de terre doivent également utiliser des matériaux en cuivre. En raison de la présence de disques isolants et de joints en caoutchouc entre les chambres à gaz, des barres de liaison en cuivre doivent être installées entre les enveloppes. La section des barres de liaison doit correspondre à celle du réseau de terre principal.
Les GIS utilisent un schéma de mise à la terre multi-points. Le nombre et l'emplacement des points de mise à la terre doivent suivre les spécifications du fabricant et de la conception.
2.5 Essais de Résistance de Boucle Principale
Les essais de résistance de boucle principale sont cruciaux lors de l'installation de GIS. Ils ne vérifient pas seulement l'intégrité des connexions de contact entre les modules, mais confirment également la séquence de phase correcte de la barre principale. Pour les équipements de commutation entièrement clos, la phase correcte et les connexions fiables sont particulièrement critiques. En pratique, des remaniements ont été nécessaires en raison de phases incorrectes ou de connexions de conducteurs inadéquates.
Les fabricants fournissent généralement des valeurs standard de résistance de contact pour les connexions internes. La résistance de boucle doit être testée segment par segment pendant l'assemblage, permettant une détection et une correction précoces des contacts défectueux. La résistance mesurée pour chaque section ne doit pas dépasser la somme des valeurs spécifiées par le fabricant pour toutes les connexions dans cette section.
Après l'assemblage complet, un test de résistance de boucle complet doit être effectué, et le résultat ne doit pas dépasser la valeur théorique calculée.
Note Spéciale : Les essais de résistance de boucle ne doivent pas être effectués sur les chambres en cours de traitement sous vide. Sous pression sub-atmosphérique, la résistance diélectrique à l'intérieur de la chambre est extrêmement faible. Même quelques dizaines de volts peuvent provoquer un décharge de surface sur les disques isolants, laissant des traces de décharge qui deviennent des points d'isolation faibles et des sources potentielles de défauts pendant l'exploitation. Par conséquent, des vérifications minutieuses doivent être effectuées avant toute mesure de résistance pour éviter de tester sur des chambres évacuées.
2.6 Essai de Tenue en Tension
Les excellentes propriétés d'isolation du gaz SF₆ permettent aux GIS d'atteindre une conception compacte. Les GIS utilisent des enveloppes en alliage d'aluminium mis à la terre, et sous pression de fonctionnement, l'espace entre les conducteurs internes ou entre les conducteurs et l'enveloppe mise à la terre est très petit. En raison de l'assemblage préfabriqué élevé en usine, les composants clés sont expédiés pré-installés. Cependant, le déplacement des composants pendant le transport ou l'introduction de petites impuretés lors de l'installation sur site peut déformer la distribution du champ électrique interne. Contrairement aux équipements isolés en porcelaine, même de minuscules bavures ou particules dans les interrupteurs GIS peuvent provoquer des décharges anormales ou des ruptures.
Par conséquent, l'essai de tenue en tension sur site sert de dernière ligne de défense pour vérifier les performances et la qualité d'installation des GIS.
Selon les règlements d'essai de réception, la tension d'essai sur site est de 80% de la tension d'essai en usine. Par exemple, pour un GIS de 110 kV, la tension d'essai de tenue de la boucle principale est de 80% de la tension d'essai en usine : 230 kV × 80% = 184 kV, appliquée pendant 1 minute. L'essai doit être effectué au moins 24 heures après le remplissage complet de gaz. Les parafoudres et les transformateurs de tension ne doivent pas être inclus dans l'essai. Les câbles de sortie haute tension doivent être testés ensemble après leur raccordement au GIS. Avant l'essai, la résistance d'isolation doit être mesurée et confirmée satisfaisante.
Procédure d'Essai : Augmentez la tension à un taux de 3 kV/s jusqu'à la tension nominale de fonctionnement (63,5 kV), maintenez pendant 1 à 3 minutes pour observer l'état de l'équipement, puis augmentez à 184 kV et maintenez pendant 1 minute. Répétez cette procédure pour chaque phase.
Les GIS qui passent l'essai de tenue en tension peuvent être mis en service. Cependant, cet essai ne peut pas détecter tous les défauts potentiels. En service, les GIS doivent supporter non seulement la tension de fréquence industrielle, mais aussi les surtensions dues à la foudre et aux manœuvres. La tension de rupture du gaz SF₆ varie selon le type de tension. Pour les systèmes d'électrodes cylindriques coaxiales, la tension de rupture à 50% du SF₆ peut être exprimée empiriquement par :
U₅₀ = (AP + B)μd
Où :
P — Pression de la chambre
d — Distance électrique (mm)
μ — Facteur d'utilisation du champ électrique
A, B — Constantes dépendantes de la forme de la tension
Ainsi, la tension de rupture varie selon le type de tension et la polarité. Différents défauts internes présentent différentes sensibilités aux différentes formes de tension. La tension alternative de fréquence industrielle est sensible à la rupture d'isolation causée par l'humidité, les impuretés ou les particules métalliques dans le SF₆, mais elle est moins sensible aux rayures de surface ou aux conditions de surface des conducteurs médiocres.
Par conséquent, les essais de tenue en tension à fréquence industrielle ne peuvent pas détecter tous les défauts internes. Renforcer les contrôles de processus lors de l'installation et améliorer la qualité globale de l'installation restent les mesures les plus importantes pour assurer une exploitation sûre des GIS.
3. Conclusion
Ce document analyse les points clés de contrôle de processus et de qualité lors de l'installation et de la mise en service sur site des équipements de GIS. Il démontre que les essais de tenue en tension sur site ne peuvent refléter que partiellement la qualité globale et la qualité de l'installation des GIS. Plus important encore, il souligne qu'il ne peut y avoir de mise en service sûre et fiable des équipements de GIS dès le départ que par un contrôle strict de chaque processus d'installation, en s'assurant du respect total des procédures et des instructions de travail.
Il est espéré que ce résumé pourra servir de référence utile pour les collègues de l'industrie de la construction électrique.
