Conception et mise en œuvre d'un dispositif de chauffage au gaz pour un disjoncteur SF6 à colonne en porcelaine de 110 kV
Les disjoncteurs haute tension sont l'un des équipements de commande les plus cruciaux dans le système électrique. L'état de fonctionnement des disjoncteurs haute tension affecte directement la sécurité et la stabilité du système électrique. Parmi eux, le disjoncteur SF₆ à poteau en porcelaine extérieur est l'un des principaux types de disjoncteur haute tension. Le SF₆ a une forte résistance électrique, d'excellentes performances d'extinction d'arc et de capacités d'isolation. Cependant, dans la pratique, il a été constaté que dans des régions très froides comme Zhangjiakou Bashang dans la province du Hebei, les basses températures peuvent facilement provoquer la liquéfaction du gaz SF₆, entraînant une diminution de la pression du gaz SF₆. Cela peut déclencher une alarme de basse pression pour le disjoncteur ou même conduire à un verrouillage (le verrouillage du disjoncteur signifie que le disjoncteur ne peut ni s'ouvrir ni se fermer), affectant gravement la capacité d'extinction d'arc et les performances d'isolation du disjoncteur. Pour résoudre ce problème, cet article conçoit un dispositif de chauffage de gaz pour le disjoncteur SF₆ à poteau en porcelaine de 110kV.
1 Alarme de basse pression et situation de verrouillage du disjoncteur SF₆ à poteau en porcelaine
Dans la région de Bashang à Zhangjiakou, la température hivernale peut atteindre -30 °C. Les alarmes de basse pression et même les pannes de verrouillage des disjoncteurs SF₆ se sont produites plusieurs fois dans les postes électriques de la région de Bashang. En seulement un mois, l'alarme de basse pression s'est produite plus de 30 fois, et la panne de verrouillage plus de 10 fois, posant une grande menace potentielle pour le fonctionnement sûr et stable du réseau électrique. La recherche a montré que la cause principale des pannes d'alarme et de verrouillage du disjoncteur SF₆ à poteau en porcelaine de 110kV est l'absence d'un dispositif de chauffage de gaz SF₆. Comme la chambre de gaz SF₆ est directement exposée à l'environnement extérieur, lorsque la température ambiante descend en dessous d'un certain niveau, le gaz SF₆ se liquéfie, faisant baisser la pression dans la chambre de gaz en dessous des valeurs d'alarme et de verrouillage spécifiées.
2 Problèmes des solutions traditionnelles
Actuellement, les principales méthodes pour résoudre les problèmes d'alarme de basse pression et de verrouillage du disjoncteur SF₆ à poteau en porcelaine sont les suivantes :
(1) Gonfler le disjoncteur pour augmenter le poids moléculaire du gaz dans le réservoir, augmentant ainsi la pression du gaz SF₆. Cependant, cette méthode n'est pas applicable par temps extrêmement froid. Parce que le gaz SF₆ ajouté se liquéfiera rapidement sous des conditions de basse température et de haute pression, et il sera toujours impossible d'augmenter la pression du gaz. La pression nominale du SF₆ dans le disjoncteur est généralement de 0,6 MPa, et la pression de vapeur saturante du SF₆ est de 0,6 MPa à -20 °C. À mesure que la température ambiante diminue, la pression de vapeur saturante du SF₆ baissera. Autrement dit, dans un environnement de très basse température, même si le disjoncteur est gonflé, en raison de la pression de vapeur saturante du gaz SF₆, le gaz gonflé se liquéfiera rapidement, et l'objectif d'augmenter la pression ne sera pas atteint. Par conséquent, lorsque la température ambiante est inférieure à -20 °C, cette méthode ne peut pas restaurer la pression nominale à l'intérieur du disjoncteur.
(2) Déconnecter manuellement le circuit de verrouillage du disjoncteur pour permettre au disjoncteur de s'ouvrir et de se fermer normalement. Cependant, cette méthode fait perdre au disjoncteur la protection du verrouillage électrique. Une fois que la pression de gaz à l'intérieur du disjoncteur ne répond pas aux exigences d'extinction d'arc ou même d'isolation, des accidents graves peuvent se produire, et le coût de main-d'œuvre est relativement élevé.
(3) Utiliser la méthode de chauffage du gaz SF₆ pour résoudre le problème de liquéfaction du milieu d'extinction d'arc du disjoncteur SF₆ dans les régions froides. Selon la structure spécifique du disjoncteur, un dispositif de chauffage correspondant est personnalisé, et la température de fonctionnement du gaz SF₆ est augmentée par chauffage pour éviter la liquéfaction du gaz SF₆ dans un environnement de basse température. Le dispositif de chauffage du disjoncteur peut généralement activer ou désactiver automatiquement la fonction de chauffage selon la variation de la température ambiante. Le personnel d'exploitation et de maintenance peut définir les valeurs de température d'activation et de désactivation automatiques selon la température ambiante réelle. Comparé à la déconnexion manuelle du circuit de verrouillage du disjoncteur, cette méthode réduit le coût de main-d'œuvre en exploitation et maintenance. Cependant, l'installation du dispositif de chauffage nécessite des coûts humains et matériels élevés, et le taux d'utilisation thermique est relativement faible.
3 Dispositif de chauffage pour le disjoncteur SF₆ à poteau en porcelaine
Selon les caractéristiques structurelles du disjoncteur SF₆ à poteau en porcelaine, un dispositif de chauffage pour le disjoncteur SF₆ à poteau en porcelaine est conçu, qui comprend trois parties : le module de chauffage, le module de contrôle de température et le module d'alimentation électrique.
3.1 Module de chauffage
L'emplacement d'installation du dispositif de chauffage est d'une grande importance, affectant directement l'efficacité de chauffage du gaz SF₆. Le disjoncteur à poteau en porcelaine est composé de plusieurs unités de base, y compris la chambre d'extinction d'arc, la gaine en porcelaine de support, le mécanisme de commande, le support, etc. Il y a deux gaines en porcelaine de support interconnectées sous la chambre d'extinction d'arc, qui sont remplies de gaz SF₆. La fonction principale de la gaine en porcelaine de support est d'assurer l'isolation par rapport au sol. Par conséquent, lors de la conception du disjoncteur à poteau en porcelaine, une certaine distance d'isolation doit être maintenue, et la résistance mécanique du matériau céramique doit être assurée. Cela signifie qu'il n'est pas possible d'installer un dispositif de chauffage conducteur sur la surface extérieure de la gaine en porcelaine [5]. Dans cet article, la partie de chauffage est choisie comme la chambre de transmission. Cependant, la chambre de transmission a une forme irrégulière, et les dispositifs de chauffage traditionnels ne sont pas faciles à fixer. De plus, la chambre de transmission est située à la base du disjoncteur à poteau en porcelaine, et l'espace est étroit. Les dispositifs de chauffage traditionnels sont trop volumineux, ce qui peut affecter le fonctionnement normal du mécanisme de transmission du disjoncteur.
Un module de chauffage est conçu selon les caractéristiques du disjoncteur à poteau en porcelaine dans la région de Bashang à Zhangjiakou. Le module de chauffage est composé d'une bande de chauffage et d'un fil résistif. La bande de chauffage est fabriquée en caoutchouc silicone isolant, et l'adhésif arrière est un adhésif résistant à la chaleur 3M, avec la sortie sur le devant, comme illustré à la Figure 1. Le fil résistif est enveloppé à l'intérieur de la bande de chauffage. La bande de chauffage en caoutchouc silicone isolant et l'adhésif résistant à la chaleur 3M peuvent supporter des températures élevées (la tension est AC220V), et la forme et la longueur de la bande de chauffage peuvent être sélectionnées de manière flexible en fonction de la forme de la chambre de transmission du disjoncteur sur site.
Figure 1 montre les côtés avant et arrière du module de chauffage
3.2 Module de contrôle de température
Le module de contrôle de température est composé d'un capteur et d'un contrôleur de température. Plus précisément, le capteur est installé sur la bande de chauffage de la phase B du disjoncteur à poteau en porcelaine. Sa fonction est de mesurer la température dans la chambre de transmission du disjoncteur à poteau en porcelaine et de transmettre les données de température au contrôleur de température, comme illustré à la Figure 2. Le contrôleur de température est un contrôleur de température microprocesseur JY-260. Il est utilisé pour recevoir et afficher la température à cet endroit, et contrôler le démarrage et l'arrêt du module de chauffage selon le seuil de température prédéfini, comme illustré à la Figure 3.
Figure 2 Capteur de température
Figure 3 Thermostat
3.3 Module d'alimentation électrique
Le module d'alimentation électrique comprend une alimentation électrique commandée par la température et une alimentation électrique de démarrage forcé, comme illustré à la Figure 4. Parmi elles, l'alimentation électrique commandée par la température est connectée au module de chauffage via le contrôleur de température. Selon la température ambiante dans la région de Bashang, le seuil de fonctionnement de l'alimentation électrique commandée par la température est défini, et l'alimentation électrique commandée par la température fonctionne normalement dans ce seuil. L'alimentation électrique de démarrage forcé est directement connectée au module de chauffage. Lorsque la température est inférieure au seuil de fonctionnement de l'alimentation électrique commandée par la température, l'alimentation électrique de démarrage forcé est activée.
Figure 4 Alimentation électrique commandée par la température
3.4 Modes de fonctionnement du dispositif de chauffage
Le dispositif de chauffage du disjoncteur SF₆ à poteau en porcelaine a deux modes de chauffage.
(1) Mode de contrôle de température : Le dispositif de chauffage utilise le capteur installé sur la bande de chauffage de la phase B du disjoncteur à poteau en porcelaine pour obtenir la température dans la chambre de transmission du disjoncteur à poteau en porcelaine et la transmettre au contrôleur de température. Le contrôleur de température reçoit et affiche la température de la bande de chauffage du disjoncteur à poteau en porcelaine, puis contrôle le module de chauffage selon le seuil de température prédéfini.
(2) Mode de démarrage forcé : En contournant le contrôleur de température, un chauffage continu de la chambre de transmission est effectué, et le gaz SF₆ à l'intérieur du disjoncteur à poteau en porcelaine est chauffé. Ainsi, les problèmes tels que les alarmes de basse pression du disjoncteur à poteau en porcelaine et la diminution de la capacité d'extinction causée par le gaz SF₆ liquéfié peuvent être évités.
4 Conclusion
Face à la fréquence des alarmes de basse pression et même des verrouillages de disjoncteurs en cas de météo extrêmement froide dans la région de Bashang à Zhangjiakou, cet article conçoit un dispositif de chauffage de gaz pour le disjoncteur SF₆ à poteau en porcelaine de 110kV. Ce dispositif peut garantir le fonctionnement sûr et stable du disjoncteur. De plus, il présente les avantages d'un faible coût d'installation et d'un temps d'installation court, et montre une bonne valeur de promotion.
