Principe de fonctionnement et points clés de maintenance du dispositif de compensation de puissance réactive haute tension 10kV

Le dispositif de compensation réactive haute tension 10kV est un composant essentiel et indispensable dans les systèmes électriques modernes. En fournissant ou en absorbant de la puissance réactive, il résout efficacement des problèmes tels que le faible facteur de puissance, les pertes élevées sur les lignes et les fluctuations de tension dues à la demande de puissance réactive, jouant ainsi un rôle clé dans l'amélioration de l'économie, de la sécurité et de la qualité de l'alimentation électrique. La compensation réactive haute tension 10kV est un équipement crucial pour assurer un fonctionnement sûr et économique du réseau.

Comprendre son principe de fonctionnement est la base de la maintenance, tandis que la mise en œuvre stricte d'un plan de maintenance régulier axé sur les tests préventifs et la surveillance de l'état - tout en accordant toujours la priorité à la sécurité - est la garantie fondamentale pour assurer un fonctionnement fiable à long terme. Les travaux de maintenance doivent être effectués par du personnel qualifié et expérimenté conformément aux procédures établies. Voici une explication détaillée du principe de fonctionnement et des éléments essentiels de maintenance des systèmes de compensation réactive haute tension 10kV.

1. Principe de fonctionnement de la compensation réactive haute tension 10kV

Objectif principal : Améliorer le facteur de puissance du réseau, réduire les pertes sur les lignes, stabiliser la tension système et améliorer la qualité de l'alimentation électrique.

1.1 Principe de compensation

• Source de puissance réactive : Les charges inductives dans le réseau (par exemple, moteurs, transformateurs) nécessitent l'établissement d'un champ magnétique pendant leur fonctionnement, consommant de la puissance réactive retardée (Q).

• Méthode de compensation : Des bancs de condensateurs sont connectés en parallèle, générant de la puissance réactive capacitive avancée (Qc) pour compenser la puissance réactive inductive (Ql).

• Résultat : La puissance réactive totale (Q) requise par le système est réduite, le facteur de puissance (Cosφ = P / S) est amélioré, et la puissance apparente (S) est diminuée.

1.2 Composants du dispositif de compensation

• Banc de condensateurs haute tension en parallèle : Le composant central qui fournit de la puissance réactive capacitive. Il est généralement constitué de plusieurs unités de condensateurs connectées en série et en parallèle pour répondre aux exigences de tension 10kV et de capacité requise.

• Réactance en série :

• Réactance limitatrice de courant : Limite le courant d'inrush au moment de la commutation des condensateurs (généralement 5 à 20 fois le courant nominal), protégeant les condensateurs et l'équipement de commutation.

• Réactance filtrante : Forme un circuit accordé LC avec le condensateur (généralement accordé en dessous de la 5ème, 7ème, ou une fréquence harmonique spécifique), supprimant les courants harmoniques entrant dans le condensateur, empêchant l'amplification harmonique et la résonance, protégeant ainsi le condensateur.

• Équipement de commutation haute tension :

• Contacteur sous vide ou disjoncteur sous vide : Utilisé pour commutonner les bancs de condensateurs. Les contacteurs sous vide sont plus couramment utilisés et adaptés aux opérations fréquentes.

• Interrupteur de sectionnement / interrupteur de terre : Utilisé lors de la maintenance pour isoler la source d'alimentation et assurer un raccordement de terre fiable pour la sécurité.

• Dispositif de décharge :

• Bobine de décharge ou résistance de décharge : Après la déconnexion du banc de condensateurs, il décharge rapidement la charge stockée aux bornes des condensateurs (généralement requis pour réduire la tension résiduelle à moins de 50V en 5 secondes), assurant la sécurité lors de la maintenance. Les bobines de décharge sont plus couramment utilisées.

• Dispositifs de protection :

• Fusible : Protège les condensateurs individuels contre les défauts internes (fusible à expulsion).

• Protection par relais : Inclut la protection contre les surintensités (court-circuit phase-phase), la protection contre les déséquilibres (rupture interne d'élément de condensateur ou fusible), la protection contre les surtensions, la protection contre les sous-tensions, la protection contre les dépassements harmoniques, la protection contre la tension ouverte en triangle, etc.

• Dispositifs de mesure et de contrôle :

• Contrôleur : Surveille en continu la tension, le courant, le facteur de puissance, le courant harmonique, le taux de distorsion harmonique de la tension, et d'autres paramètres. Contrôle automatiquement la commutation des bancs de condensateurs selon des stratégies prédéfinies (par exemple, facteur de puissance cible, tension cible, protection contre les dépassements harmoniques, programmes basés sur le temps).

• Transformateur de courant (TC), transformateur de tension (TT) : Fournissent des signaux pour la mesure et la protection.

1.3 Processus opérationnel

• Surveillance : Le contrôleur surveille en continu les paramètres tels que le facteur de puissance, la tension et la demande de puissance réactive du réseau.

• Décision : Lorsque le facteur de puissance descend en dessous d'une limite inférieure définie (par exemple, 0,9 retardé), ou lorsque le système a besoin de puissance réactive supplémentaire, le contrôleur émet un ordre de mise sous tension.

• Mise sous tension : Le circuit de commande fait fermer le contacteur sous vide, connectant le banc de condensateurs (généralement via une réactance en série) en parallèle à la barre 10kV.

• Compensation : Le banc de condensateurs fournit de la puissance réactive capacitive au système, compensant partiellement la puissance réactive inductive, améliorant le facteur de puissance et soutenant la tension.

• Déconnexion : Lorsque le facteur de puissance dépasse une limite supérieure définie (par exemple, 0,98 avancé, ce qui peut entraîner une surcompensation), ou lorsque la tension système est trop élevée, ou lorsque la réduction de la charge conduit à une diminution de la demande de puissance réactive, le contrôleur émet un ordre de déconnexion, le contacteur sous vide s'ouvre, et le banc de condensateurs est retiré du service.

• Décharge : Après la déconnexion du banc de condensateurs, le dispositif de décharge (bobine de décharge) s'active automatiquement, déchargeant rapidement l'énergie stockée.

2. Maintenance des dispositifs de compensation réactive haute tension 10kV

Objectif principal : Assurer un fonctionnement sûr, fiable et efficace, et prolonger la durée de vie de l'équipement.

2.1 Inspection quotidienne

• Inspection visuelle : Vérifier le boîtier des condensateurs pour détecter toute gonflement, fuite d'huile, rouille ou perte de peinture ; vérifier les embases pour détecter toute fissure, contamination ou trace de flashover ; vérifier les points de connexion pour détecter tout desserrage, surchauffe (thermographie infrarouge) ou changement de couleur.

• Son de fonctionnement : Écouter pour détecter tout bruit ou vibration anormale des réactances, des bobines de décharge ou des condensateurs (par exemple, un bourdonnement anormalement fort peut indiquer un desserrage interne).

• Indications des instruments : Vérifier si les indications des voltmètres, ampèremètres, indicateurs de facteur de puissance et de puissance réactive sont normales, et les comparer aux valeurs affichées par le contrôleur.

• Vérification environnementale : Vérifier la ventilation, la température et l'humidité ambiantes pour s'assurer qu'elles sont dans les limites autorisées ; vérifier la présence de poussière ou de signes d'intrusion d'animaux ; vérifier l'intégrité des clôtures et des étiquettes.

• Signaux de protection : Vérifier s'il y a des signaux d'alarme ou de déclenchement provenant des dispositifs de protection.

2.2 Maintenance périodique (généralement tous les six mois à un an)

• Nettoyage hors tension : Nettoyer soigneusement la poussière et la saleté des surfaces des boîtiers de condensateurs, des embases, des isolateurs, des barres de liaison, des cadres, des réactances et des équipements de commutation (utiliser des chiffons secs et non pelucheux ou des outils spéciaux, éviter d'endommager l'isolation). (Important ! Le nettoyage des équipements haute tension doit être effectué après la coupure de l'alimentation, le test de tension et le raccordement à la terre !)

• Resserrement des connexions : Vérifier et resserrer tous les boulons de connexion électrique (connexions de barres de liaison, connexions aux bornes des condensateurs, câbles de terre, etc.) pour assurer un bon contact et éviter la surchauffe. Opérer selon le couple de serrage spécifié.

• Tests des condensateurs :

• Mesure de la capacité : Utiliser un pont de capacité dédié pour mesurer la capacité totale de chaque phase ou de chaque branche (si applicable), et la comparer aux valeurs d'étiquette ou aux données historiques. Si l'écart dépasse ±5% ou montre un changement significatif (en particulier une diminution), cela nécessite une attention particulière, indiquant potentiellement un dommage interne. La valeur de capacité d'un condensateur unique ne doit pas dévier de plus de -5% à +10% de la valeur nominale.

• Test de résistance d'isolement : Mesurer la résistance d'isolement entre les bornes et entre la borne et le boîtier (en utilisant un mégohmmètre 2500V), qui doit respecter les exigences réglementaires (généralement, la résistance d'isolement entre les bornes doit être très élevée, la résistance d'isolement entre la borne et le boîtier > 1000MΩ). Doit être complètement déchargé avant et après le test !

• Mesure du facteur de dissipation (tanδ) : Peut être effectuée si les conditions le permettent, plus sensible pour refléter l'humidité ou la dégradation interne de l'isolation du condensateur. Ne doit pas montrer une augmentation significative par rapport aux valeurs d'usine ou aux mesures précédentes.

• Inspection des réactances :

• Vérifier l'apparence de la bobine pour détecter toute surchauffe, décoloration, vieillissement de l'isolation ou dommage.

• Vérifier si les fixations du noyau (si présent) sont desserrées.

• Mesurer la résistance directe du bobinage, qui ne doit pas montrer une différence significative par rapport aux valeurs d'usine ou aux mesures précédentes (en tenant compte de l'influence de la température).

• Mesurer la résistance d'isolement.

• Vérification du dispositif de décharge :

• Vérifier l'apparence et le câblage de la bobine de décharge.

• Vérifier les performances de décharge (sous autorisation réglementaire, simuler une opération pour vérifier la vitesse de chute de la tension résiduelle).

• Maintenance de l'équipement de commutation :

• Vérifier l'apparence de l'interrupteur sous vide.

• Vérifier si le mécanisme de commande fonctionne de manière flexible et fiable ; appliquer un lubrifiant approprié aux points de lubrification.

• Mesurer la résistance de contact du circuit principal.

• Effectuer des tests de caractéristiques mécaniques (temps d'ouverture/fermeture, synchronisme, rebond, course, etc.).

• Calibration des dispositifs de protection : Calibrer les réglages et effectuer des tests de transmission pour les protections contre les surintensités, les déséquilibres, les surtensions, les sous-tensions, etc., conformément aux règlements pour assurer un fonctionnement précis et fiable. Vérifier l'apparence et l'indicateur des fusibles.

• Vérification du contrôleur : Vérifier si l'affichage, les boutons et la communication sont normaux ; vérifier la précision de l'échantillonnage (comparer la tension, le courant, le facteur de puissance, etc., avec un compteur standard) ; vérifier si la logique de commutation est correcte.

2.3 Maintenance spéciale

• Environnement harmonique : Si le système présente des harmoniques importants, renforcer la surveillance de l'augmentation de température des condensateurs et des réactances (thermographie infrarouge), effectuer des tests harmoniques réguliers, s'assurer que les paramètres d'accord sont raisonnables pour éviter la résonance. Ajouter des dispositifs de filtration si nécessaire.

• Commutation fréquente : Renforcer l'inspection de l'usure des contacts des contacteurs/disjoncteurs sous vide, raccourcir leur cycle de maintenance.

• Après les défauts : Après l'opération de protection (en particulier en cas de rupture de fusible ou de déclenchement de la protection contre les déséquilibres), il faut identifier soigneusement la cause, remplacer les composants endommagés, et effectuer une inspection et des tests complets avant de remettre sous tension.

2.4 Précautions de sécurité (les plus importantes !)

• Appliquer strictement les "Deux Tickets et Trois Systèmes" : Ticket de travail, ticket d'opération ; système de relève, système d'inspection, système de tests et de rotation périodiques de l'équipement.

• Coupure de l'alimentation, test de tension, mise à la terre : Avant tout travail de maintenance, la source d'alimentation doit être coupée de manière fiable (y compris toute alimentation possible depuis le côté secondaire du TT), utiliser un testeur de tension qualifié pour confirmer l'absence de tension, et installer des câbles de terre aux deux extrémités du lieu de travail. Le banc de condensateurs doit être entièrement déchargé à l'aide d'une tige de mise à la terre dédiée et mis à la terre avant tout contact !

• Superviseur dédié : L'exploitation et la maintenance des équipements haute tension doivent avoir un superviseur dédié.

• Utilisation d'outils et de protections qualifiés : Utiliser des outils avec une classe d'isolation qualifiée, porter des gants et des bottes isolants, et d'autres équipements de protection de sécurité.

• Conscience de la tension résiduelle : Même après la décharge, utiliser une tige de mise à la terre pour court-circuiter à nouveau les bornes des condensateurs avant tout contact.

2.5 Tenue de registres et analyse

• Enregistrer en détail les données de chaque inspection, maintenance et test (valeur de capacité, résistance d'isolement, température, informations sur les actions de protection, etc.).

• Établir des dossiers d'équipement, effectuer des analyses de tendance, et identifier promptement les défauts potentiels.

• Enregistrer les conditions anormales et les processus de traitement.

3. Référence pour les intervalles de maintenance clés

• Inspection quotidienne : Quotidiennement ou hebdomadairement (selon l'importance et l'environnement de fonctionnement).

• Nettoyage et inspection périodiques (sans coupure de l'alimentation) : Mensuellement ou trimestriellement.

• Maintenance périodique (avec coupure de l'alimentation) : Une à deux fois par an (en combinaison avec les tests préventifs).

• Mesure de la capacité/la résistance d'isolement des condensateurs : Effectuée lors de la maintenance hors tension ; une fois dans l'année suivant la mise en service, puis une fois tous les 1 à 2 ans.

• Calibration des dispositifs de protection : Une fois par an.

• Test des caractéristiques de l'équipement de commutation : En combinaison avec la maintenance hors tension, une fois tous les 1 à 2 ans ou lorsque le nombre d'opérations atteint une certaine valeur.

4. Remarques

• Température ambiante : La température ambiante de fonctionnement des condensateurs ne doit pas dépasser la limite supérieure spécifiée (généralement -40°C ~ +45°C), éviter l'exposition directe au soleil.

• Surtension : Les condensateurs peuvent fonctionner à long terme à 1,1 fois la tension nominale ; éviter une opération prolongée en surtension.

• Surintensité : Les condensateurs peuvent fonctionner à long terme à 1,3 fois le courant nominal (en tenant compte des effets harmoniques et de surtension).

• Harmoniques : Les harmoniques sont l'une des principales causes de dégradation des condensateurs. Le contexte harmonique du système doit être pris en compte lors de la conception, et le ratio de la réactance configuré de manière raisonnable. Renforcer la surveillance harmonique pendant l'exploitation.