Les disjoncteurs haute tension à SF₆ sont les équipements de commutation les plus largement utilisés dans les postes électriques. L'inspection et la maintenance régulières de ces équipements sont cruciales pour assurer le fonctionnement stable du système électrique. Cependant, dans le domaine de la maintenance des postes électriques, en particulier lors de la maintenance des disjoncteurs haute tension à SF₆, il existe de nombreux points de danger (tels que l'intoxication, l'électrocution, etc.), qui menacent sérieusement la sécurité personnelle des travailleurs. Sur cette base, cet article analyse les perspectives de localisation et les technologies de contrôle de sécurité, visant à améliorer la sécurité des opérations de maintenance des postes électriques et à réduire le taux d'accidents.
1 Analyse des principes de fonctionnement et des caractéristiques
1.1 Propriétés physico-chimiques du gaz SF₆
La molécule de SF₆ est composée d'un atome de soufre et de six atomes de fluor, avec un poids atomique de 146,06, soit 5,135 fois plus lourd que l'air. En dessous de 150°C, le gaz SF₆ présente une bonne inertie chimique et ne réagit pas chimiquement avec les métaux courants, les plastiques et autres matériaux présents dans les disjoncteurs. Il est donc considéré comme un gaz incolore, inodore, non toxique et non inflammable, généralement difficile à décomposer (insoluble dans l'huile de transformateur et peu soluble dans l'eau). Cependant, au cours des opérations d'ouverture et de fermeture des interrupteurs, le gaz SF₆ subit une décomposition partielle sous l'action des décharges et des arcs, formant des produits de décomposition sous forme gazeuse ou poudreuse, tels que des fluorures métalliques, SOF₂, SO₂F₄, etc., qui sont extrêmement nocifs pour l'organisme humain. Parmi eux, le gaz SF₆ se décompose et se dissocie sous l'action des arcs (les molécules à structure polyatomique se décomposent en atomes individuels ou en gaz de particules chargées), et les changements internes renforcent sa conductivité thermique et électrique.
1.2 Principe de fonctionnement des disjoncteurs haute tension à SF₆
Le disjoncteur à SF₆ est composé de trois unités isolantes en porcelaine verticales, chacune dotée d'une chambre d'extinction d'arc à soufflage de gaz. Cette conception rend le disjoncteur compact, tout en offrant de bonnes performances d'isolation et d'extinction d'arc. La chambre d'extinction d'arc à soufflage de gaz est le composant central du disjoncteur haute tension à SF₆, et elle est remplie de gaz SF₆ par des tuyaux connectés aux trois chambres d'extinction d'arc. Lorsque le disjoncteur s'ouvre, le contact mobile se sépare du contact fixe, générant un arc. À ce moment, le gaz SF₆ dans la chambre d'extinction d'arc souffle rapidement vers l'arc à travers les tuyaux, utilisant les propriétés d'isolation et d'extinction d'arc du gaz pour éteindre rapidement l'arc. De plus, le mécanisme de commande à ressort et son équipement de contrôle monobloc sont des composants clés pour entraîner et contrôler le mouvement des contacts du disjoncteur haute tension à SF₆. Il est généralement composé de ressorts, de tiges de liaison, de mécanismes de transmission, de microprocesseurs ou de contrôleurs logiques programmables. Lorsque le disjoncteur doit être ouvert ou fermé, l'équipement de contrôle émet une instruction pour faire agir le mécanisme de commande à ressort et entraîner le contact mobile en conséquence.
1.3 Caractéristiques de performance des disjoncteurs haute tension à SF₆
Comparé à l'air et à l'huile de transformateur, le gaz SF₆ possède les caractéristiques d'une forte résistance diélectrique, d'excellentes performances d'extinction d'arc et d'un volume réduit, et a de vastes perspectives d'application dans le domaine de l'électricité haute tension.
- Effet de blocage : Il joue pleinement l'effet de soufflage de l'arc par le flux de gaz. La chambre d'extinction d'arc est de petite taille, de structure simple, peut interrompre des courants élevés, a un temps d'arc court, n'a pas de reprise d'arc lors de l'interruption de courants capacitifs ou inductifs, et a une surtension faible.
- Longue durée de vie électrique : Il peut interrompre 19 fois de manière continue à pleine capacité de 50 kA, avec un courant d'interruption cumulé de 4200 kA, un cycle de maintenance long, et convient aux scénarios fréquemment opérés.
- Haute résistance diélectrique : Le gaz SF₆ peut passer divers tests d'isolement avec une marge importante sous 0,3 MPa. Après que le courant d'interruption cumulé atteint 3000 kA, chaque point d'interruption peut supporter une tension alternative de 250 kV pendant 1 minute sous 0,3 MPa, et peut encore supporter une tension alternative de 166,4 kV lorsque la pression de gaz SF₆ est réduite à zéro pression absolue.
- Bonne étanchéité : Le taux d'humidité du gaz SF₆ est relativement faible. La chambre d'extinction d'arc, les résistances et les supports peuvent être divisés en compartiments de gaz indépendants pour empêcher la saleté et l'humidité d'entrer à l'intérieur du disjoncteur.
- Faible puissance d'exploitation et amortissement doux : Le rapport de transmission entre le cylindre de travail du mécanisme et le contact d'extinction d'arc est de 1:1, et le mécanisme a des caractéristiques stables. La stabilité des caractéristiques du mécanisme peut atteindre 3000 cycles (10000 cycles dans l'environnement de test), et le niveau sonore de fonctionnement est inférieur à 90 dB.
2 Analyse des points de danger sur les sites de maintenance des postes électriques
2.1 Types et caractéristiques des points de danger
Les points de danger sur les sites de maintenance des postes électriques comprennent principalement quatre types : dangers électriques, dangers mécaniques, dangers chimiques et facteurs environnementaux. Ces points de danger peuvent menacer directement ou indirectement la sécurité personnelle du personnel de maintenance.
- Dangers électriques : Caused by equipment insulation damage or operational errors, mainly manifested as high voltage and arcs. Since the circuit breaker carries high voltage during operation and has capacitive and inductive effects, residual charges may still exist even when it is in the open-circuit state, leading to electric shock injuries. Arcs may generate high temperatures and cause fires.
- Dangers mécaniques : Les dangers proviennent principalement des composants mécaniques de l'équipement. Si l'équipement n'est pas correctement manipulé et entretenu, on peut être pincé ou heurté par des parties rotatives ou mobiles.
- Dangers chimiques : Le gaz SF₆ est stable à température ambiante, mais commence à se décomposer sous l'action des arcs, des coronas, etc. Inhaler le gaz généré peut causer des vertiges, un œdème pulmonaire, voire la mort.
- Dangers environnementaux : Effectuer la maintenance par temps d'orage et de vents forts n'augmente pas seulement la difficulté des travaux de maintenance, mais apporte également des risques incontrôlables au personnel de maintenance. De plus, des problèmes tels qu'une ventilation insuffisante et un espace restreint dans l'environnement de maintenance peuvent également augmenter le danger de la maintenance sur site.
2.2 Analyse des causes des points de danger
Les causes des points de danger sur les sites de maintenance des postes électriques comprennent principalement des facteurs liés à l'équipement, humains et environnementaux. Avec l'augmentation du nombre d'opérations de maintenance, le degré d'usure de l'équipement augmente, entraînant une diminution des performances électriques et un risque accru d'accidents.
En raison de la qualité inégale du personnel de maintenance, certains d'entre eux manquent de compréhension suffisante de la structure et des principes de fonctionnement de l'équipement, et peuvent être négligents lors des opérations réelles. Par exemple, en raison d'un manque de vigilance suffisante, le personnel peut toucher accidentellement des parties sous tension ou utiliser des outils de manière inappropriée, ce qui peut déclencher directement des accidents de sécurité.
Pour les disjoncteurs à SF₆, les dangers proviennent principalement de leurs propriétés chimiques. Les substances toxiques générées dans des conditions spécifiques sont susceptibles de s'accumuler à l'intérieur en raison des limitations environnementales, augmentant davantage le niveau de danger.
3 Localisation des points de danger et technologies de contrôle de sécurité
3.1 Méthodes de localisation des points de danger
- Technologie de capteur à fibres optiques : La technologie de capteur à fibres optiques présente d'excellentes performances d'isolation et de résistance aux interférences électromagnétiques. Elle peut surveiller efficacement la santé structurelle et les paramètres électriques des disjoncteurs à SF₆, collecter et analyser les données en temps réel, et détecter rapidement les défauts potentiels et les dangers de sécurité.
- Réseau de capteurs sans fil : Un réseau de capteurs sans fil est composé d'un grand nombre de nœuds de capteurs. Son objectif principal est de surveiller en temps réel les paramètres environnementaux, l'état de l'équipement et les informations de localisation du personnel de maintenance. Le réseau a les caractéristiques d'auto-organisation, d'auto-adaptation et de résistance aux interférences, et peut s'adapter aux conditions environnementales complexes et changeantes sur site, réalisant une surveillance et une localisation en temps réel des points de danger.
- Technologies de vision par ordinateur et d'imagerie thermique infrarouge : La technologie de vision par ordinateur peut identifier et localiser les points de danger potentiels, tels que les câbles exposés et les équipements endommagés, en capturant et en analysant les images sur site ; tandis que la technologie d'imagerie thermique infrarouge peut surveiller en temps réel la distribution de température de l'équipement et localiser précisément les points de défaillance et les points de risque potentiels.
3.2 Modèle de prédiction des points de danger basé sur l'analyse de données
Actuellement, l'intelligence, la numérisation, l'automatisation et l'intégration sont les principales tendances du réseau électrique chinois, et l'application des technologies d'intelligence artificielle et de big data a accéléré ce processus de développement. Lors de la maintenance des disjoncteurs à SF₆, un modèle de prédiction des points de danger basé sur l'analyse de données est établi, qui comprend principalement quatre étapes : la collecte de données, le prétraitement des données, l'ingénierie des caractéristiques et l'entraînement du modèle.
- Collecte de données : Obtenu à travers divers capteurs, les enregistrements d'exploitation des équipements de surveillance, etc. Pour améliorer la précision du modèle, autant que possible, une grande quantité de données complètes doit être collectée.
- Prétraitement des données : Prétraiter les données d'origine (détection et traitement des valeurs aberrantes, transformation des données, etc.) pour améliorer la qualité des données et poser les bases pour l'ingénierie des caractéristiques et l'entraînement du modèle ultérieurs.
- Ingénierie des caractéristiques : Après le prétraitement, il est nécessaire de sélectionner des caractéristiques utiles pour la prédiction des points de danger à partir d'une grande quantité de données. Ces caractéristiques doivent avoir une bonne capacité de discrimination et de prédiction pour améliorer la précision du modèle.
- Entraînement du modèle : La machine à vecteurs de support (SVM) est une méthode d'analyse de classification et de régression couramment utilisée. Elle sépare les données de différentes catégories en trouvant l'hyperplan optimal, maximisant l'intervalle de classification entre les deux types de données.
3.3 Stratégies de technologies de contrôle de sécurité
Pour améliorer la précision et la praticité des technologies de localisation, les technologies de big data et d'intelligence artificielle devraient être utilisées, et des algorithmes d'apprentissage automatique devraient être appliqués pour identifier et prédire intelligemment les points de danger sur les sites de maintenance des postes électriques, fournissant des informations de localisation plus précises au personnel de maintenance et réduisant le risque d'accidents. Sur les sites de maintenance des postes électriques, les données provenant de divers capteurs devraient être fusionnées pour améliorer la précision de la localisation et de la modélisation. L'application de la technologie de réalité augmentée (AR), qui intègre les informations virtuelles au monde réel, peut permettre au personnel de maintenance de mieux comprendre la structure de l'équipement et ainsi résoudre le problème des erreurs de manipulation. Les parties concernées devraient renforcer la gestion des travaux de maintenance sur site et suivre strictement les procédures d'exploitation pour la maintenance (voir Figure 1). En même temps, développer des dispositifs portables intelligents pour le personnel de maintenance afin d'obtenir en temps réel leur information de localisation et de les surveiller en temps réel pour garantir la sécurité.
4 Conclusion
Sur les sites de maintenance des postes électriques, l'identification et la localisation précises des points de danger sont la clé pour assurer la sécurité des sites de maintenance des disjoncteurs à SF₆. Grâce à une recherche approfondie sur les principes de fonctionnement et les caractéristiques des disjoncteurs à SF₆, il a été constaté que les facteurs chimiques sont les principaux points de danger non négligeables lors de leur maintenance. Pour faire face efficacement aux risques, de nouvelles technologies, de nouvelles idées et de nouvelles méthodes devraient être utilisées pour la prévention avant l'événement, prévoir les risques potentiels à l'avance et fournir des informations d'alerte précoce au personnel de maintenance pour assurer le bon déroulement des opérations de maintenance.
