Analyse et amélioration du brûlage de la bobine de fermeture causé par la panne de stockage d'énergie du disjoncteur haute tension SF6

Les disjoncteurs haute tension SF₆ sont des équipements électriques extérieurs haute tension triphasés à 50 Hz. Ils adoptent une structure de chambre d'extinction d'arc à auto-énergie et sont équipés de mécanismes d'opération à ressort. Ces disjoncteurs présentent une structure simple, une manipulation facile, ainsi qu'une grande sécurité et fiabilité. Par conséquent, ils sont largement utilisés pour le contrôle et la protection des lignes de transport et de distribution, et peuvent également servir de disjoncteurs de liaison.

Le système 110 kV d'une certaine sous-station utilise ce type de disjoncteur. Cependant, au fur et à mesure que les années d'exploitation s'accumulent, les imperfections du circuit secondaire se révèlent progressivement. En particulier, les pannes où la bobine de fermeture est brûlée en raison de problèmes dans le circuit de stockage d'énergie se produisent fréquemment. Cet article prend un cas particulier de panne survenue lors de l'exploitation de ce type de disjoncteur comme exemple pour mener une analyse et proposer des mesures d'amélioration correspondantes.

1 Phénomène de panne

Le disjoncteur SF₆ 110 kV d'une sous-station 220 kV utilise un mécanisme d'opération à ressort comme dispositif de stockage d'énergie. Lorsque le disjoncteur est dans l'état ouvert et que le circuit électrique de fermeture indique une situation normale, le personnel d'exploitation envoie un signal d'opération de fermeture. Cependant, non seulement le disjoncteur ne parvient pas à se fermer, mais sa bobine de fermeture est également brûlée. Pourquoi cette panne particulière se produit-elle lorsque toutes les conditions de fermeture sont remplies ? Afin d'éviter la récurrence de pannes similaires, une recherche et une analyse sérieuses doivent être menées.

2 Analyse de la panne

Dans le circuit de commande de fermeture de ce type de disjoncteur, YF est le commutateur de transfert "local/à distance" (comme indiqué dans la Figure 1). Lorsqu'une fermeture à distance est requise, le pôle positif de l'alimentation de fonctionnement passe par C7→les contacts 3 - 4 de YF→les contacts normalement fermés 31 - 32 du relais auxiliaire anti-saut 52Y→les contacts normalement fermés 21 - 22 du relais de stockage d'énergie à ressort 99CN→les contacts normalement fermés 31 - 32 du relais 49MX→les contacts normalement fermés 31 - 32 du relais de surveillance de l'état du ressort de fermeture 33HBX→les contacts auxiliaires normalement fermés 1 - 2 et 5 - 6 du disjoncteur→la bobine de fermeture 52C→les contacts normalement fermés 31 - 32 du relais de blocage basse tension de gaz SF₆ 63GLX→le pôle négatif de l'alimentation de contrôle de fonctionnement. Lorsque la tension de l'alimentation est appliquée à la bobine de fermeture 52C, l'électroaimant agit pour fermer le disjoncteur.

D'après l'analyse du circuit ci-dessus, pour que la bobine de fermeture 52C soit alimentée, les quatre conditions suivantes doivent être remplies :

• Les bobines de 52Y, 49MX et 33HBX ne sont pas alimentées, et leurs contacts normalement fermés 31 - 32 sont connectés dans le circuit de commande de fermeture ;

• La bobine de 99CN n'est pas alimentée, et ses contacts normalement fermés 21 - 22 sont connectés au circuit de commande de fermeture ;

• 52B est en position ouverte, et ses contacts auxiliaires normalement fermés 1 - 2 et 5 - 6 sont connectés au circuit de commande de fermeture ;

• Les contacts normalement fermés 31 - 32 du relais de gaz SF₆ 63GLX sont fermés, connectant le circuit de commande de fermeture.

Par l'analyse, on peut voir que lorsque toutes les conditions ci-dessus sont remplies, la tension de commande peut être appliquée à la bobine, entraînant la brûlure de la bobine de fermeture. Lors de l'inspection initiale du châssis, il a été constaté que le manomètre de pression du gaz SF₆ indique une valeur normale, tandis que l'indication mécanique du ressort de fermeture montre qu'il n'y a pas de stockage d'énergie. Pourquoi le circuit de fermeture peut-il être conduit alors qu'il n'y a pas de stockage d'énergie ? Par conséquent, une inspection plus poussée du circuit de stockage d'énergie du ressort de fermeture est nécessaire.

Comme on peut le voir dans le circuit de stockage d'énergie du moteur de la Figure 1, lorsque le ressort de fermeture de ce disjoncteur n'est pas alimenté, le contact normalement fermé C - NC du limiteur de déplacement de stockage d'énergie 33HB installé à l'arrière du mécanisme du disjoncteur contrôle simultanément les relais 99CN et 33HBX, connectant le pôle positif de l'alimentation de contrôle DC :

• Le relais de stockage d'énergie à ressort 99CN est alimenté et opère, et son alimentation connecte le circuit du moteur, et le ressort de fermeture est alimenté électriquement pour le stockage d'énergie ; en même temps, les contacts normalement fermés 21 - 22 de 99CN sont déconnectés dans le circuit de commande de fermeture, évitant que le disjoncteur ne se ferme accidentellement pendant le processus de stockage d'énergie du ressort.

• Lorsque la bobine du relais auxiliaire de surveillance de l'état du ressort de fermeture 33HBX est alimentée, les contacts normalement fermés 31 - 32 de 33HBX connectés dans le circuit de commande de fermeture sont déconnectés. Cela assure que pendant le processus de stockage d'énergie du ressort, le circuit secondaire de fermeture du disjoncteur est en position ouverte, ayant une double fonction de verrouillage fiable avec les contacts normalement fermés 21 - 22 de 99CN.

Lorsque le stockage d'énergie du ressort est en place, les composants mécaniques du mécanisme de stockage d'énergie déconnectent le contact normalement fermé C - NC du limiteur de déplacement de stockage d'énergie 33HB. Les bobines de 99CN et 33HBX perdent leur alimentation, et le stockage d'énergie se termine. Les contacts normalement fermés 21 - 22 de 99CN et les contacts normalement fermés 31 - 32 de 33HBX connectent le circuit de commande de fermeture. Selon la fonction des contacts dans le schéma de câblage, seule la mise sous tension et l'activation des relais 99CN et 33HBX peuvent verrouiller le circuit de fermeture. Par conséquent, d'après l'analyse ci-dessus, on juge que le dysfonctionnement du contact normalement fermé C - NC du limiteur de déplacement de stockage d'énergie 33HB peut être la cause de l'incapacité du moteur à stocker de l'énergie.

Le personnel de maintenance a ouvert la plaque arrière du mécanisme du disjoncteur sur place et a retiré le limiteur de déplacement de stockage d'énergie. Après inspection et mesure, il a été constaté que les contacts internes du limiteur de déplacement de stockage d'énergie 33HB étaient endommagés pendant le processus de stockage d'énergie, empêchant l'alimentation de passer par son contact normalement fermé C - NC. Par conséquent, les bobines de 99CN et 33HBX ne pouvaient pas recevoir de puissance. Le contacteur 99CN n'a pas fonctionné, et l'alimentation ne pouvait pas être connectée au moteur de stockage d'énergie. En outre, les contacts normalement fermés 21 - 22 de 99CN et les contacts normalement fermés 31 - 32 de 33HBX étaient connectés au circuit de fermeture pendant une longue période. Comme le mécanisme de ressort du disjoncteur n'était pas alimenté et que le circuit secondaire de fermeture était conducteur, non seulement le disjoncteur ne pouvait pas se fermer normalement, mais la bobine de fermeture serait également brûlée.

3 Traitement et modification

Remplacer simplement le limiteur de déplacement de stockage d'énergie ne peut pas résoudre fondamentalement la panne particulière décrite dans cet article. En raison de la conception inappropriée et du mécanisme de verrouillage imparfait, une fois que le limiteur de déplacement de stockage d'énergie est endommagé, cela entraînera une panne du circuit de fermeture. Par conséquent, les modifications suivantes sont apportées aux circuits de stockage d'énergie et de commande de fermeture :
(1) Le limiteur de déplacement de stockage d'énergie 33HB est composé d'une paire de contacts normalement fermés et d'une paire de contacts normalement ouverts, les deux paires de contacts étant mécaniquement interverrouillées. Selon les caractéristiques du limiteur de déplacement, les modifications suivantes sont apportées : Connecter le contact normalement fermé C - NC de 33HB à la bobine de 99CN, comme indiqué dans la Figure 2. Cette modification conserve la fonction de déconnexion du circuit de fermeture du disjoncteur et d'impossibilité de fermeture pendant le processus de stockage d'énergie. Connecter le contact normalement ouvert O - NO de 33HB à la bobine de 33HBX. Une fois que le stockage d'énergie du ressort est en place, le contact normalement ouvert O - NO de 33HB se ferme pour connecter la bobine de 33HBX. En même temps, supprimer les contacts normalement fermés 31 - 32 du relais 33HBX connectés dans le circuit de commande de fermeture et les remplacer par les contacts normalement ouverts 43 - 44 de 33HBX. La modification ci-dessus change de l'utilisation d'une paire de contacts pour contrôler deux relais à chaque paire de contacts contrôlant un relais. Cela garantit que le circuit de commande de fermeture ne peut pas être conduit pendant les processus de non-stockage et de stockage d'énergie. Seulement après que le stockage d'énergie du ressort est en place, lorsque la bobine de 33HBX est alimentée et que les contacts normalement ouverts 43 - 44 se ferment, le circuit de commande de fermeture peut être connecté. En même temps, cela réduit également la charge à long terme sur le limiteur de déplacement de stockage d'énergie et prolonge sa durée de vie.
(2) Ajouter un relais de temporisation T. Connecter les contacts normalement fermés 31 - 32 du relais 33HBX en série avec la bobine du relais de temporisation, et régler la limite de temps de fonctionnement du relais de temporisation à 15 secondes, qui est légèrement plus longue que le temps de stockage d'énergie du ressort du disjoncteur. L'ajout du relais de temporisation permet d'atteindre les objectifs suivants : Pendant les 15 secondes où le ressort n'est pas alimenté et pendant le processus de stockage d'énergie, la bobine de 33HBX n'est pas alimentée, les contacts normalement fermés 31 - 32 sont fermés, et le relais de temporisation envoie un signal indiquant l'absence de stockage d'énergie. Une fois que le stockage d'énergie du ressort est en place, 33HBX est alimenté et opère, les contacts normalement fermés 31 - 32 sont déconnectés, et le relais de temporisation cesse d'envoyer le signal d'absence de stockage d'énergie, indiquant que le stockage d'énergie est réussi.

4 Conclusion

Cet article se concentre sur la modification des défauts du circuit de commande d'un disjoncteur SF₆ 110 kV. Le contact normalement ouvert du limiteur de déplacement de stockage d'énergie est connecté en série au circuit de commande du moteur 99CN, et le contact normalement fermé du relais 33HBX connecté en série dans le circuit de commande de fermeture est remplacé par un contact normalement ouvert. Cela garantit que seul lorsque les composants mécaniques appuient sur le limiteur de déplacement de stockage d'énergie 33HB, c'est-à-dire, après que le stockage d'énergie du ressort est en place et que le relais 33HBX opère, le circuit de commande de fermeture peut être connecté.

En outre, l'ajout d'un relais de temporisation fournit une fonction d'alarme pour le signal de stockage d'énergie. Le circuit de commande de fermeture modifié du disjoncteur, non seulement a un câblage simple et fiable, mais aide également le personnel d'exploitation à déterminer rapidement si le stockage d'énergie a eu lieu, empêchant efficacement la panne de brûlure de la bobine due à l'absence de stockage d'énergie. Après la modification et la mise en service, tous les indicateurs du circuit secondaire de ce type de disjoncteur fonctionnent normalement, les tests de paramètres sont corrects, et aucune panne anormale ne se produit lors des opérations d'ouverture et de fermeture.