Recherche sur les dispositifs de détection et de remplissage et de réapprovisionnement en gaz pour les disjoncteurs SF6 sans démontage

Les disjoncteurs haute tension sont utilisés pour connecter ou couper les courants de charge en fonctionnement normal. Lorsqu'une panne de court-circuit ou une surcharge sévère se produit dans les équipements électriques ou les lignes, un dispositif de protection par relais les contrôle pour couper automatiquement et rapidement le courant de défaut, isolant ainsi l'équipement ou la ligne avec la panne de court-circuit afin d'empêcher l'extension de la portée de l'accident.

Au cours du développement des disjoncteurs haute tension, des disjoncteurs à huile aux disjoncteurs à air comprimé, puis aux disjoncteurs SF₆ et aux disjoncteurs sous vide, chaque étape a été une innovation majeure dans les principes d'extinction d'arc. Parmi eux, les disjoncteurs SF₆ présentent des avantages tels qu'une forte capacité d'interruption, une longue durée de vie électrique, un niveau d'isolation élevé et une bonne performance d'étanchéité, et sont actuellement les plus largement utilisés dans les environnements haute tension.

Les disjoncteurs SF₆ (ci-après dénommés disjoncteurs) sont des équipements importants dans la transmission d'énergie haute tension. Les performances d'isolation et d'interruption sont les principaux indicateurs techniques pour évaluer les disjoncteurs. Les disjoncteurs SF₆ sont un type de disjoncteur utilisant un milieu d'isolation. Comme les disjoncteurs à air, ils appartiennent aux disjoncteurs à soufflage de gaz et s'appuient sur le gaz SF₆ pour l'isolation. Le gaz SF₆ a une conductivité thermique élevée, peut se recombinaison après décomposition et ne contient pas de substances isolantes nuisibles comme le carbone. Lorsque le taux d'humidité est strictement contrôlé, les produits de décomposition ne sont pas corrosifs. Les performances d'isolation du gaz SF₆ ne diminuent pas avec l'utilisation, il maintient donc de bonnes performances d'isolation même après de nombreuses interruptions.

Le gaz SF₆ pur est un excellent milieu d'extinction d'arc. En raison de ses excellentes propriétés d'extinction d'arc et d'isolation, il a été appliqué avec succès aux équipements électriques haute et très haute tension au 20e siècle. Actuellement, le SF₆ est le meilleur milieu d'isolation gazeuse, en particulier dans les gammes haute et très haute tension, où il est le seul milieu d'isolation et d'extinction d'arc. Pour assurer une performance d'interruption stable des disjoncteurs, le gaz SF₆ à l'intérieur des disjoncteurs doit avoir une pureté de 99,99 %.

En raison de la taille relativement grande de la chambre à gaz des disjoncteurs SF₆, de nombreux tuyaux de connexion et de nombreuses surfaces d'étanchéité à l'intérieur des disjoncteurs, des problèmes tels qu'une pression insuffisante de SF₆ peuvent survenir en raison de problèmes d'étanchéité ou de changements de température. Dans les applications pratiques, en raison de facteurs tels que les vibrations opérationnelles et l'étanchéité médiocre, la probabilité de fuite de gaz dans les disjoncteurs dépasse le taux de fuite annuel fixé en usine de 1 %. Par conséquent, les disjoncteurs ont souvent besoin d'être regazés.

Cet article introduit un nouveau type de dispositif de détection, de remplissage et de regazage de disjoncteurs SF₆ sans démontage. Il peut effectuer la détection de l'eau microscopique des disjoncteurs et l'étalonnage des relais de densité sans coupure de courant via des instruments. Il peut également expulser l'air, l'humidité et les impuretés dans les tuyaux de remplissage lors des opérations de remplissage et de regazage. De plus, il peut soulager automatiquement la pression et donner une alarme lorsque la pression de gaz dépasse la valeur nominale lors du processus de remplissage.

1 Situation actuelle en Chine

Actuellement, les dispositifs de regazage de disjoncteurs nationaux impliquent généralement l'installation d'une valve combinée sur le disjoncteur. Cette valve combinée, composée d'un corps de valve, d'une interface de regazage, d'une interface de disjoncteur et d'une interface de relais de densité, peut être connectée à un micromètre d'eau et à un étalonneur de relais de densité. Cela résout efficacement le problème de la coupure de courant nécessaire pour mesurer le contenu d'eau microscopique du disjoncteur et calibrer le relais de densité, améliorant ainsi l'efficacité du travail et réduisant les dommages causés au disjoncteur lors du démontage.

Cependant, cela ne résout pas le problème de l'air, de l'humidité et des impuretés dans les tuyaux de remplissage qui pénètrent dans le disjoncteur lors des opérations de remplissage et de regazage. Lors des opérations de remplissage et de regazage des disjoncteurs existants, la bouteille de gaz SF₆ est directement connectée au disjoncteur via une vanne réductrice de pression et un tuyau de regazage. Ainsi, le gaz SF₆ entraîne l'air, l'humidité et les impuretés du tuyau dans le disjoncteur. Cela réduit la pureté du gaz SF₆, dégrade ses performances d'isolation, endommage le disjoncteur et raccourcit sa durée de vie.

En tant que dispositif de protection du système d'alimentation, des règles et des exigences strictes ont été imposées au gaz SF₆ utilisé dans les équipements électriques haute tension. Une fois que le taux d'humidité dans les disjoncteurs SF₆ atteint un certain niveau, cela peut entraîner des conséquences graves. L'humidité peut provoquer des réactions chimiques des produits de décomposition du gaz SF₆, générant des composés toxiques ; elle peut causer une corrosion chimique des équipements ; elle est néfaste pour l'isolation des équipements ; elle affecte les performances d'interruption des interrupteurs ; et elle réduit les performances mécaniques des interrupteurs.

Actuellement, pour effectuer la détection de l'eau microscopique et l'étalonnage du relais de densité sur les disjoncteurs, le disjoncteur doit être démonté après une coupure de courant. Cela impacte non seulement la production mais aussi les performances d'étanchéité du disjoncteur. Le démontage fréquent affecte également la précision du relais.

2 Principe de fonctionnement et conception structurelle

Le dispositif de détection, de remplissage et de regazage de disjoncteurs SF₆ comprend un corps de valve, une valve auto-scellante, une valve de contre-pression auto-commandée et un commutateur de commande, comme illustré dans le diagramme structurel. Ce dispositif intègre organiquement le corps de valve avec la valve auto-scellante, la valve de contre-pression auto-commandée et le commutateur de commande. Une extrémité du corps de valve est fixée avec une plaque de connexion de disjoncteur, l'autre extrémité est fixée avec un commutateur de commande. Le corps de valve est également équipé d'une valve auto-scellante, d'une valve de contre-pression auto-commandée et d'une interface de relais de densité. Le commutateur de commande contrôle l'ouverture et la fermeture de ces valves.

Le dispositif de détection, de remplissage et de regazage de disjoncteurs SF₆ introduit dans cet article, en intégrant organiquement le corps de valve avec la valve auto-scellante, la valve de contre-pression auto-commandée et le commutateur de commande, permet d'intégrer la mesure de l'eau microscopique, l'étalonnage du relais de densité et les opérations de remplissage et de regazage des disjoncteurs sans coupure de courant. Avant les opérations de remplissage et de regazage, il peut automatiquement expulser l'air, l'humidité et les impuretés dans le système de regazage. Pendant les opérations de remplissage et de regazage du disjoncteur, il peut réaliser la détection de pression et l'alarme de soulagement de pression. Il est applicable aux disjoncteurs SF₆ importés de plus de 110 kV, aux disjoncteurs Alstom FXT11 de France, et aux disjoncteurs SF₆ nationaux de plus de 110 kV. Il peut supporter une pression élevée, allant de 0,5 à 16 MPa, et est sûr et fiable.

Principales étapes de fonctionnement du dispositif de détection, de remplissage et de regazage de disjoncteurs SF₆

• Élimination du gaz impur: Connectez la bouteille de gaz SF₆ à la valve auto-scellante de ce dispositif via une vanne réductrice de pression, un tuyau de regazage et un connecteur. Fermez le commutateur de commande et ouvrez la valve de la bouteille de gaz SF₆. Le gaz SF₆ entre dans le dispositif via le tuyau de regazage. À ce moment, les impuretés telles que l'air dans le tuyau entrent également dans le disjoncteur avec le gaz SF₆. Le gaz dans le dispositif est un mélange de gaz SF₆ et d'impuretés d'air. Lorsque la pression dans le dispositif dépasse la pression réglée de la valve de contre-pression auto-commandée, cette dernière s'ouvre automatiquement et dégage le gaz pendant 8 à 10 secondes. Pendant ce processus d'évacuation, tout l'air et les impuretés dans l'ensemble du système sont éliminés. Ensuite, fermez la valve de la bouteille de gaz SF₆. Lorsque la pression dans le système est conforme à la pression réglée, la valve de contre-pression auto-commandée se ferme automatiquement, terminant l'opération d'élimination de l'air et des impuretés. À ce stade, la pureté du gaz SF₆ dans le système est la même que celle dans la bouteille de gaz, et il s'agit d'un gaz qualifié.

• Remplissage et complément de pression: Avec l'ensemble du système rempli de gaz SF₆ pur après le processus d'élimination des impuretés, ouvrez le commutateur de commande de ce dispositif, puis ouvrez la valve de la bouteille de gaz SF₆ pour compléter le gaz du disjoncteur. Lorsque la pression dans le disjoncteur dépasse la pression réglée par la valve de contre-pression auto-commandée, cette dernière s'ouvre automatiquement, donne l'alarme et dégage le gaz. À ce moment, fermez la valve de la bouteille de gaz SF₆. Lorsque la pression atteint la valeur réglée, la valve de contre-pression auto-commandée se ferme automatiquement, terminant l'opération de complément de gaz. Après l'opération, retirez le connecteur connecté à la bouteille de gaz de la valve auto-scellante de ce dispositif.

• Alarme automatique et contrôle de pression: Pendant le processus de remplissage, la valve de contre-pression auto-commandée joue un rôle de surveillance de la pression. Dès que la pression dépasse la valeur réglée, elle s'ouvre automatiquement, donne l'alarme et dégage le gaz pour s'assurer que la pression dans le disjoncteur ne dépasse pas la plage de sécurité.

• Complément de gaz et mesure de pression: Après l'opération de complément de gaz, la pression dans le disjoncteur peut être surveillée pour s'assurer qu'elle atteint la valeur requise.

Lors de la mesure de l'eau microscopique, connectez l'instrument de mesure de l'eau microscopique à la valve auto-scellante. Ouvrez le commutateur de l'instrument de mesure de l'eau microscopique, laissez le gaz du système entrer dans l'instrument de mesure, puis fermez le commutateur de l'instrument pour la détection. Après la détection, retirez l'instrument de mesure de l'eau microscopique pour terminer l'opération de mesure de l'eau microscopique. Il n'est pas nécessaire de couper le courant pendant le processus de détection.

Lors de l'étalonnage du relais de densité, fermez le commutateur de commande du dispositif, connectez l'étalonneur de densité à la valve auto-scellante pour l'étalonnage. Après la fin du travail, retirez l'étalonneur de densité et ouvrez le commutateur de commande. Il n'est pas nécessaire de couper le courant pendant le processus de détection.

Le dispositif de détection, de remplissage et de regazage de disjoncteurs SF₆ sans démontage intègre la mesure de l'eau microscopique, l'étalonnage du relais de densité et les opérations de remplissage et de regazage du disjoncteur via des instruments sans coupure de courant. Avant les opérations de remplissage et de regazage, il peut automatiquement éliminer l'air, l'humidité et les impuretés dans le système de regazage. Pendant les opérations de remplissage et de regazage du disjoncteur, il peut réaliser la détection de pression et l'alarme de soulagement de pression. Il est pratique et rapide à utiliser et n'affecte pas le fonctionnement normal du disjoncteur.

3 Conclusion

Le dispositif de détection, de remplissage et de regazage de disjoncteurs SF₆ sans démontage peut complètement éliminer l'air, l'humidité et les impuretés dans le tuyau de regazage et le système avant le regazage du disjoncteur. De plus, pendant le processus de remplissage, lorsque la pression de gaz dans le système atteint la valeur nominale, il peut automatiquement évacuer le gaz et donner l'alarme. Ce dispositif est équipé d'un commutateur de commande de système, permettant des opérations de mesure de l'eau microscopique et d'étalonnage du relais de densité sans coupure de courant. Il est pratique et rapide à utiliser et n'affecte pas le fonctionnement normal du disjoncteur. Il est applicable aux disjoncteurs SF₆ importés de plus de 110 kV, aux disjoncteurs Alstom FXT11 de France, et aux disjoncteurs SF₆ nationaux de plus de 110 kV. Il peut supporter une pression élevée, allant de 0,5 à 16 MPa, et est sûr et fiable.