Analyse des défauts de court-circuit du disjoncteur à soufflet de charge 10kV
1. Vue d'ensemble de la panne
En juin 2013, une panne s'est produite dans un appareillage haute tension en service dans une certaine zone urbaine, causant un déclenchement de ligne 10kV. L'enquête sur place a révélé que l'appareillage défectueux était un disjoncteur de charge haute tension à réseau pneumatique (type HXGN2-10), et la caractéristique de la panne était un court-circuit par arc triphasé. Après l'isolement de la panne et la restauration de l'alimentation électrique aux utilisateurs, il convient de noter que le même type d'appareillage dans cette zone, mis en service entre 1999 et 2000 (avec une période de fonctionnement de plus de 12 ans, un courant nominal conçu de 630A, et un courant de fonctionnement réel principalement ≤ 300A), a connu de nombreuses pannes similaires, posant une menace à la fiabilité du réseau électrique.
2. Principe de fonctionnement des disjoncteurs de charge pneumatiques
Le coffret de réseau pneumatique est nommé ainsi car il est équipé d'un disjoncteur de charge pneumatique. Sa tige de contact mobile sert également de cylindre d'air — la structure creuse contient un piston scellé, qui est entraîné par l'arbre principal pour réaliser le mouvement linéaire de fermeture et d'ouverture. Lors de l'ouverture, le piston compresse rapidement l'air dans la tige de contact mobile (cylindre d'air), et l'air comprimé est soufflé vers l'arc généré par la séparation des contacts d'extinction d'arc à travers la buse en plastique résistante à l'arc au sommet, éteignant l'arc en le tendant ; le flux d'air à haute vitesse restaure rapidement la force d'isolation du milieu à la rupture, empêchant la reprise de l'arc.
En raison de la capacité limitée du disjoncteur à interrompre les courants de défaut (seulement applicable aux systèmes inférieurs à 35kV), un schéma de conception "séparation de l'élément conducteur de l'élément d'amorçage d'arc" est adopté :
Lors de l'ouverture, la surface extérieure de la tige de contact mobile se sépare d'abord des doigts de contact statiques, puis l'anneau d'amorçage d'arc se sépare de la tige d'amorçage d'arc. L'arc est restreint à brûler entre les composants d'amorçage d'arc, évitant les dommages aux contacts principaux ; la tige de contact mobile et le terminal inférieur sont connectés par des doigts de contact en forme de prune pour assurer la conduction électrique.
3. Analyse approfondie des causes de la panne
(1) Enquête préliminaire (facteurs externes)
Le courant nominal conçu de ce type de disjoncteur est de 630A, mais les données de dispatching montrent que le courant de fonctionnement du disjoncteur sortant de la sous-station est de 283A, et le courant théorique passant par l'appareillage en route est ≤ 283A. Combiné avec l'environnement sur place (temps ensoleillé, absence de pollution sur le corps du coffret), les facteurs externes tels que le surcourant, la surtension et la flashover due à la pollution peuvent être directement éliminés, et la panne est attribuée aux défauts de l'appareillage lui-même.
(2) Démontage et vérification par essai
Après le démontage du coffret défectueux, on a initialement supposé que "le mauvais contact entre les contacts mobiles et statiques conduit à une surchauffe et à une combustion", mais une conclusion définitive ne peut pas être tirée en raison des dommages graves subis par le coffret. Par conséquent, un contrôle par échantillonnage a été effectué sur le même type d'appareillage en service :
(3) Identification des causes profondes
Les tests complets et l'analyse structurelle montrent que la panne provient de la défaillance du système de contacts, se manifestant spécifiquement par :
4. Transformation de l'équipement et solutions d'optimisation
(1) Amélioration du processus : contrôle précis de la qualité de contact
Face au problème central de "mauvais contact", des améliorations sont apportées du côté des matériaux et du traitement :
Sélection des ressorts : adopter des ressorts à haute résistance à la fatigue pour assurer une force de ressort stable pendant la durée de vie de conception (y compris la condition de commutation du courant nominal), évitant les problèmes de contact dus à la défaillance des ressorts ;
Traitement des doigts de contact : contrôler strictement la précision du traitement de la surface d'arc et du plan des doigts de contact en forme de prune pour assurer un ajustement parfait avec la surface d'arc cylindrique de la tige de contact mobile, éliminant les dangers de contact linéaire/ponctuel, et assurant la capacité de transport de courant et la conformité de la montée en température des contacts.
(2) Optimisation de la conception : surveillance de l'état en temps réel
Intégrer la fonction de "surveillance en ligne" dans la conception de la structure du coffret pour réaliser une visualisation de l'état :
Fenêtre de mesure de température et sonde : installer une fenêtre de mesure de température pratique, placer une sonde de température au contact statique, et afficher en temps réel la température de la partie de contact à l'intérieur du coffret via l'instrument de panneau ;
Stockage de données et alerte précoce : configurer des équipements de stockage pour enregistrer les données de fonctionnement. Même si l'équipement vieillit, les situations anormales peuvent être identifiées à l'avance grâce à l'analyse des données, déclenchant le processus de remplacement et de maintenance, passant d'une maintenance passive à une opération et maintenance proactive.
(3) Renforcement de l'exploitation et de la maintenance : traitement dynamique des défauts
Pour l'équipement en service, optimiser les méthodes d'exploitation et de maintenance :
5. Scénarios d'application et suggestions de développement
Avec l'augmentation de la consommation d'électricité, les lignes principales du réseau de distribution sont mises à niveau en câbles de grande section de 300-400㎡, et la capacité des postes de transformation continue de croître. Les lacunes de capacité d'interception insuffisante et de contacts vulnérables des appareillages pneumatiques deviennent de plus en plus évidentes. Il est recommandé de :
