Analyse des causes des pannes de rupture d'isolation dans les disjoncteurs SF6 en position ouverte
Le GIS (Gas Insulated Switchgear) utilise le gaz SF₆ comme milieu d'isolation et d'extinction d'arc. Il présente plusieurs avantages tels qu'une empreinte au sol réduite, une grande fiabilité, une excellente sécurité et une maintenance facile. Le disjoncteur SF₆, faisant partie intégrante de l'équipement GIS, occupe une position dominante pour les niveaux de tension de 110 kV et au-dessus.
Cet article détaille une panne survenue lors du processus de génération d'électricité et de synchronisation de l'Unité 1 dans une certaine centrale électrique. Plus précisément, lorsque le disjoncteur SF₆ 2201 de 220 kV côté haute tension du transformateur principal était en position ouverte, l'isolation de la phase C a été rompue. Par conséquent, la protection contre les défauts de disjoncteur et la protection par courant négatif séquentiel ont été activées, entraînant l'échec de la mise en service et de la connexion au réseau de l'unité.
1 Processus de l'incident et procédure de gestion
Lors de la mise en service de l'Unité 1 et du processus de synchronisation, le système de surveillance a signalé l'activation de la protection contre les défauts de disjoncteur, le fonctionnement de la protection par courant négatif séquentiel inverse, le déclenchement de la protection électrique et les messages de sous-tension des lignes Jia et Yi de 220 kV. Aucune autre alarme de protection n'a été émise pour l'unité.
L'Unité 1 a exécuté la procédure d'arrêt. Les interrupteurs 2211 de 220 kV des lignes Jia et Yi se sont déclenchés, ainsi que l'interrupteur du transformateur auxiliaire de puissance (2200 Jia), tandis que le dispositif de commutation automatique de l'alimentation auxiliaire s'est activé. Après confirmation avec le personnel de dispatching et de contrôle du réseau, il a été déterminé qu'il n'y avait pas de pannes sur les lignes Jia et Yi de 220 kV. Initialement, il a été jugé que le disjoncteur principal 2201 avait un défaut.
Lorsque le disjoncteur 2201 a été ouvert pour inspection, une grande quantité de poussière et d'autres attaches a été trouvée à la fracture de la chambre d'extinction d'arc de la phase C du disjoncteur 2201, dispersée à l'intérieur de la chambre de gaz. Il n'y avait pas de points de court-circuit évidents à la surface du disjoncteur, et aucun phénomène de court-circuit à la terre du disjoncteur n'a été détecté. Initialement, il a été analysé et jugé que l'isolation entre les points de rupture de la phase C du disjoncteur 2201 avait été rompue.
Pour assurer le fonctionnement sûr et stable de l'unité et mener une analyse de l'accident, les trois phases du disjoncteur 2201 ont été uniformément remplacées. Des tests préventifs électriques pertinents et des tests manuels de démarrage, de montée en tension zéro et de connexion au réseau de l'unité ont été effectués.
2 Analyse de l'action de protection
En examinant l'oscillogramme de défaut de l'Unité 1, on constate que lorsque la protection agit, l'Unité 1 est toujours en cours de synchronisation et ce processus dure 25 secondes (le temps normal de fermeture de synchronisation est d'environ 80 secondes), et aucune commande de fermeture de synchronisation n'est émise pendant cette période. Ensuite, en vérifiant l'oscillogramme de protection de l'ensemble générateur-transformateur, on découvre qu'il y a du courant dans les phases B et C du côté basse tension du transformateur principal, mais pas de courant dans la phase A (la configuration de câblage du transformateur est Yｎ／Ｄ１１).
La valeur non équilibrée de la surintensité négative séquentielle inverse de l'Unité 1 pendant la production d'énergie dépasse le seuil et s'accumule pour déclencher la section de déclenchement, provoquant le déclenchement de la protection. La protection par surintensité négative séquentielle inverse de l'Unité 1 pendant la production d'énergie déclenche le disjoncteur 2201. Comme le disjoncteur est encore en position ouverte à ce moment-là, il ne peut pas couper le courant de rupture de la phase C. À ce moment-là, la protection RCS - 921A du disjoncteur 2201 reçoit le signal de protection de défaut initié par le déclenchement triphasé de l'ensemble générateur-transformateur. De plus, il y a un courant dans la phase C qui dépasse la valeur de réglage de défaut, et la protection de défaut agit, provoquant l'exécution de la procédure d'arrêt de l'Unité 1. La protection de défaut agit pour déclencher à distance le disjoncteur 2211 des lignes Jia et Yi de 220 kV via la protection de ligne RCS - 931AM. Par conséquent, cette action de protection est causée par la rupture du point de rupture du disjoncteur 2201 lorsqu'il ne parvient pas à se fermer, et toutes les actions de protection sont correctes.
3 Analyse de la cause de la panne
Lorsque la panne se produit, la tension côté générateur de l'unité a atteint la valeur nominale, mais la partie conductrice de l'interrupteur n'a pas été fermée. À ce moment-là, la tension à travers l'interrupteur atteint sa valeur maximale. Avant que l'isolation du point de rupture de la phase C du disjoncteur 2201 ne soit rompue, le système de surveillance n'émet pas d'alarme pour la basse pression dans la chambre de gaz SF₆, et l'inspection sur site montre que les relais de densité SF₆ sont tous dans la zone verte.
Le nombre total d'opérations du disjoncteur 2201 est de 535 fois, ce qui est loin du nombre nominal de conception, qui est de 5000 fois. Sur la base des données de l'oscillogramme de défaut sur site, de l'état réel du disjoncteur défectueux et des données de maintenance pertinentes du disjoncteur de l'Unité 1, les causes possibles de la rupture de l'isolation entre les points de rupture de la phase C du disjoncteur 2201 sont préliminairement analysées comme suit :
(1) Il y a des problèmes structurels à l'intérieur de la chambre d'extinction d'arc du disjoncteur de la phase C. Les composants internes peuvent être lâches, entraînant des décharges et des ruptures entre les ports.
(2) Il y a des problèmes d'impuretés dans la chambre d'extinction d'arc du disjoncteur de la phase C. Au cours de multiples opérations du disjoncteur, un canal de décharge est progressivement formé, provoquant une rupture de l'isolation.
(3) Il y a des problèmes de matériaux avec le point de rupture du disjoncteur de la phase C. L'utilisation inappropriée du matériau du point de rupture provoque la formation d'impuretés pendant le fonctionnement du disjoncteur qui adhèrent à la surface extérieure du port sur une longue période. Graduellement, un canal de décharge est formé, aboutissant finalement à une rupture de l'isolation entre les points de rupture.
La chambre d'extinction d'arc défectueuse de la phase C est transportée en usine pour être démontée et analysée. En même temps, soit la phase A non défectueuse, soit la phase B (n'importe quelle phase) est transportée en usine pour être démontée et soumise à une analyse comparative. La conclusion du rapport d'analyse est qu'une décharge se produit entre les contacts A et B de la chambre d'extinction d'arc.
4 Mesures préventives
Renforcer la gestion de l'achat et de l'utilisation du gaz SF₆, et effectuer strictement les travaux conformément aux exigences du manuel d'instructions d'exploitation et des règles de maintenance lors du processus de maintenance. Lors du remplacement et de l'installation de la chambre d'extinction d'arc, des mesures de prévention efficaces contre la poussière doivent être prises. Lorsque des trous, des couvercles, etc. sont ouverts, des couvercles anti-poussière doivent être utilisés pour le scellage. Si l'environnement du site d'installation est mauvais et qu'il y a une grande quantité de poussière, l'installation doit être arrêtée.
5 Conclusion
Dans le monde entier, il n'y a eu aucun cas de ce type de panne pour ce type de disjoncteur lorsqu'il est en position ouverte. Cette panne peut être attribuée à une coïncidence accidentelle ou, plus probablement, à des facteurs influents au-delà des pannes statistiques normales. Cette centrale électrique est une centrale de pompage-turbinage, et l'unité passe fréquemment entre les conditions de production d'énergie et de pompage chaque jour avec un grand nombre d'opérations, rendant impossible une comparaison directe. Pour une enquête plus approfondie, des enregistreurs transitoires devraient être installés de part et d'autre du disjoncteur pour rechercher les causes possibles sur la base des résultats d'une observation à long terme.
