Analyse des Causes Courantes de Fuite de Gaz dans les Disjoncteurs SF6 des Postes Électriques et Recherche sur les Mesures de Détection

Avec l'avancement de la technologie et l'amélioration des niveaux de production, les performances et la qualité des équipements de disjoncteurs SF₆ ont été continuellement améliorées, et les produits ont été largement reconnus par les clients. Cependant, avec son application extensive, la fréquence des pannes a également augmenté. Les causes des pannes incluent des problèmes tels que les principes de conception, les processus de fabrication et le choix des matériaux. Grâce à l'enquête et aux statistiques sur les causes des pannes, on sait que 20% à 30% des problèmes sont causés par la fuite de gaz SF₆. La détection des fuites de gaz est un point crucial et indispensable lors de l'installation électrique.

1 Principales Causes

La fuite est une situation très courante. Les problèmes de fuite se produisent partout où il y a des différences de contenu, de température et de pression. Des remèdes scientifiques devraient être adoptés pour différents phénomènes de fuite, et la source de la fuite devrait être trouvée en temps opportun.

1.1 Fuite Externe des Machines Hydrauliques

Pour diverses machines hydrauliques, les positions et situations de fuite peuvent varier. Généralement, les positions de fuite communes sont :

• Vannes, joints et rondelles. Interrupteurs à trois voies, robinets de vidange, interrupteurs primaires, interrupteurs secondaires, vannes de protection, etc. Les causes de fuite comprennent une fermeture inadéquate du noyau de la vanne, une surface de contact inégale due à une précision de fabrication insuffisante ; des trous de sable dans le corps de la vanne, une position non scellée et des boulons de purge de gaz desserrés.

• Les positions de connexion des manomètres et des équipements électromécaniques. Les joints de ces raccords peuvent être inégaux ou perdre leur élasticité, ce qui est susceptible de causer des fuites.

• Les surfaces de joint des pistons de cylindre d'opération et des pistons de cylindre accumulateur fournis par le fabricant. Étant donné que les joints et les rondelles à ces positions sont souvent soumis à la friction du mouvement, ils sont susceptibles de se déformer, de se détériorer ou de se casser.

Les conséquences des fuites dans les machines hydrauliques sont très graves. Une fuite mineure n'affecte pas seulement la propreté de l'équipement, mais conduit inévitablement à une pression répétée de la pompe à huile et à un long cycle de recharge de la pression. Une fuite massive d'huile dans le corps de la vanne entraînera un problème de perte de pression. Lorsque l'huile hydraulique entre dans le cylindre accumulateur, la pression côté gaz augmentera continuellement, entraînant des réparations d'urgence, des opérations erronées et des défauts d'équipement, ce qui entravera le fonctionnement sûr de l'équipement.

1.2 Fuite Externe au Corps Principal et aux Connexions

•  Soudures. En raison d'un fort courant pendant la soudure, les soudures peuvent être brûlées, entraînant une micro-fuite. Après une certaine période, la quantité de fuite augmentera continuellement. Aux positions de soudure de deux matériaux différents, en raison d'une forte contrainte locale, les fissures de soudure causeront également des fuites. Avec l'amélioration de la technologie de fabrication du fabricant, la probabilité de ce phénomène se produisant lors des étapes d'installation et de fonctionnement sur site est relativement faible.

• La position de connexion entre le support en porcelaine et la bride. En raison de la haute pression à cette position, une fuite est susceptible de se produire si le joint n'est pas étanche, comme une fabrication grossière de la surface de joint de la porcelaine, une surface de joint inégale, et un joint de joint inégal ou instable.

• Raccords de tuyauterie, interfaces d'équipement de relais de densité, extrémités de manomètres, couvercle de la boîte à trois voies, et autres positions. Ces positions sont les zones les plus courantes pour les connexions, les fermetures et les soudures, et elles sont les points difficiles et faibles de l'étanchéité, avec une forte probabilité de fuite.

Pour le gaz SF₆, la surface de joint à n'importe quelle position doit être maintenue très propre. Sinon, même une petite quantité de matières étrangères collées à la surface de joint peut augmenter le taux de fuite à l'ordre de 0.001MPa.M1/s, ce qui n'est pas autorisé pour l'équipement. Par conséquent, avant l'installation, la surface de joint et la rondelle doivent être soigneusement essuyées avec un chiffon blanc et du papier toilette de qualité trempé dans de l'alcool, et une inspection détaillée doit être effectuée. L'assemblage ne peut être effectué qu'après avoir confirmé qu'il n'y a aucun problème. De plus, la poussière sur la bride, les trous de boulons et les boulons de connexion doit être essuyée pour empêcher son entrée dans la surface de joint, en particulier lors de l'installation du joint vertical.

2 Méthodes de Détection des Fuites de Disjoncteurs SF₆
2.1 Méthode de Tension Superficielle Liquide

Le principe de base est que pour des liquides ayant une forte tension superficielle comme l'eau savonneuse, des bulles apparaîtront au point de fuite lorsque le gaz fuit. La méthode de détection consiste à appliquer de l'eau savonneuse et d'autres substances sur la coque extérieure du disjoncteur SF₆ et les points possibles de fuite.
Inconvénients : Exigeants pour l'application, incapables de détecter des fuites mineures, et certaines positions ne peuvent pas être enduites.
Avantage : Intuitif.

2.2 Détection Qualitative des Fuites

Le principe de base est que le SF₆ a une forte électro-négativité. Sous l'influence d'une haute tension pulsée, un effet de décharge continu se produit, et le gaz SF₆ changera les performances du champ électrique de couronne, permettant ainsi de détecter la présence de gaz SF₆ sur place. Cela ne vise qu'à déterminer le degré relatif de fuite de l'équipement de disjoncteur SF₆, et non à détecter son taux de fuite réel. La détection qualitative des fuites comprend les méthodes suivantes :

• Détection par pompage sous vide. Pompez le vide à 133Pa, maintenez le pompage pendant plus de 30 minutes, arrêtez la pompe, lisez la valeur A après 30 minutes d'observation, puis lisez la valeur B après 5 heures d'observation. Si 67Pa > B - A, on peut déterminer que l'étanchéité est bonne.

•  Détection par liquide mousseux. C'est une méthode qualitative de détection des fuites relativement simple qui peut trouver précisément le point de fuite. Le liquide mousseux peut être préparé en ajoutant un savon neutre à deux parties d'eau. Appliquez le liquide mousseux à la position à vérifier pour les fuites. Si des bulles apparaissent, cela indique une fuite à cet endroit. Plus les bulles sont nombreuses et urgentes, plus la fuite est grave. Cette méthode peut approximativement trouver la position de fuite avec un taux de fuite de 0.1ml/min.

•  Détection par détecteur de fuite. La détection par détecteur de fuite consiste à déplacer la sonde du détecteur de fuite le long de la surface de chaque connexion du disjoncteur et de la surface de la fonderie d'aluminium, et à déterminer la situation de fuite selon la lecture du détecteur de fuite. Lors de l'utilisation de cette méthode, les techniques suivantes doivent être maîtrisées : Premièrement, la vitesse de déplacement de la sonde doit être lente pour éviter de manquer la fuite en raison d'un déplacement trop rapide. Deuxièmement, la détection ne doit pas être effectuée par vent fort pour éviter que la fuite ne soit emportée et affecte la détection. Troisièmement, un détecteur de fuite à haute sensibilité et à faible vitesse de réponse doit être sélectionné. Généralement, la quantité minimale détectable du détecteur de fuite est que le taux de fuite est inférieur à 10-6, et la vitesse de réponse est inférieure à 5s, ce qui est plus approprié.

• Méthode de segmentation et de positionnement. Cette méthode convient aux disjoncteurs avec des connexions de circuit de gaz SF₆ triphasé. Si une fuite est déterminée mais difficile à localiser, la structure de gaz SF₆ peut être divisée en plusieurs parties pour la détection, réduisant ainsi l'aveuglement.

• Méthode de réduction de pression. Cette méthode est applicable lorsque la quantité de fuite de l'équipement est importante.

2.3 Détection Quantitative des Fuites

Il s'agit de détecter le taux de fuite du disjoncteur SF₆, et le critère de jugement est que le taux de fuite annuel n'excède pas 1%. Les méthodes spécifiques sont les suivantes : (1) Méthode d'Enveloppement Local : Utilisez un film plastique d'une épaisseur de 0.01 cm pour envelopper la forme géométrique de la position de densité pour un tour et demi, avec la jonction vers le haut. Essayez de former une forme circulaire ou carrée, et scellez-le avec du ruban adhésif après la mise en forme [3]. Il devrait y avoir un certain espace, environ 0.05 cm, entre le film plastique et l'objet mesuré. Après l'enveloppement, détectez le contenu de gaz SF₆ dans la cavité enveloppée après 24 heures, et sélectionnez la valeur moyenne de quatre points à différentes positions. Le taux de fuite de ce processus d'étanchéité peut être calculé à l'aide de la formule suivante:F=ΔC⋅(V−ΔV)⋅P/Δt(MPa⋅m3/s)

 Où :

• F: Taux de fuite absolu, quantité de fuite par unité de temps (MPa⋅m³/s).

• Δ C: Valeur moyenne du contenu de fuite détecté (ppm).

• ΔV: Volume entre l'objet mesuré et le film plastique (m³).

• Δt: Intervalle de temps pour détecter ΔC(s).

• P: Pression atmosphérique absolue, qui est 0.1MPa.

• V: Volume de gaz SF₆ dans la chambre de gaz (m³).

Le taux de fuite annuel Fy de chaque chambre de gaz est calculé comme suit : Fy=F⋅31.5×10−6/V⋅(Pr+0.1)⋅100% (par an) Où Pr est la pression spécifiée de gaz SF₆ (MPa).

Lors du démarrage des calculs ci-dessus, les paramètres suivants sont difficiles à déterminer :

• Δ V: Comme le volume entre l'objet mesuré et le film plastique a une forme irrégulière, son volume ne peut pas être calculé directement. Des méthodes expérimentales peuvent être adoptées, telles que l'injection d'autres gaz et liquides à travers un débitmètre dans la cavité enveloppée pour recueillir des informations sur le volume.

• V et W: Le volume de gaz et la masse de SF₆ dans la chambre de gaz. Ces informations ne sont pas fournies par le fabricant. Vous pouvez exiger que le fabricant fournisse des informations précises dans les documents techniques de commande, ou utiliser une méthode de comptage lors du remplissage de gaz pour obtenir des informations plus précises.

Méthode de Détection par Suspension de Bouteille : Suspendez une bouteille à l'orifice de détection de l'isolateur. Après quelques heures, utilisez un détecteur de fuite pour détecter s'il y a du gaz SF₆ fuyant dans la bouteille.

2.4 Détection Infrarouge

La méthode de détection infrarouge utilise principalement la forte propriété d'absorption infrarouge du gaz SF₆. Le gaz SF₆ a la plus forte absorption des rayons infrarouges de longueur d'onde 10.6um. Les méthodes de détection infrarouge courantes comprennent la méthode laser infrarouge et la méthode de détection passive.
Le principe de fonctionnement de la détection laser infrarouge est qu'un laser infrarouge incident est transmis par le transmetteur laser, et le laser rétrodiffusé entre dans la plateforme de caméra laser par réflexion. Si le laser incident rencontre du gaz SF₆ fuyant, une partie de son énergie sera absorbée, entraînant des différences dans le laser rétrodiffusé en cas de fuite et sans fuite, et finalement, différentes images laser peuvent être utilisées pour détecter la présence de fuite de gaz SF₆. La méthode de détection passive ne transmet pas activement de lumière laser, mais détecte les légères différences causées par l'absorption des rayons infrarouges dans l'atmosphère par le gaz SF₆ pour détecter la présence de gaz SF₆.

Le détecteur de puits quantiques à refroidissement choisi pour les produits scientifiques étrangers peut déterminer une différence de température de 0.03°C, et le volume de gaz minimum détectable est 0.001ml/s de gaz SF₆. Les deux méthodes ci-dessus utilisent un viseur d'imagerie pour afficher l'image, rendant le gaz SF₆ invisible visible. Sur l'affichage du viseur, le gaz SF₆ fuyant peut être vu comme un nuage noir dynamique, clairement visible dans un environnement statique. En observant soigneusement la position d'où le nuage émerge, la source de fuite peut être rapidement et précisément localisée. La vitesse et la taille du nuage reflètent le taux de fuite.

La méthode de détection infrarouge du gaz SF₆ peut détecter à distance la position de fuite sans coupure de courant, assurant la sécurité personnelle et améliorant la stabilité de l'alimentation en électricité. C'est actuellement la méthode de détection la plus scientifique.

Renforcer la prévention des fuites de disjoncteurs SF₆ est un point de supervision clé pour assurer le fonctionnement sûr, économique et fiable des postes de transformation. En analysant les causes des fuites de disjoncteurs SF₆, le niveau théorique de prévention et de gestion des problèmes de fuites de disjoncteurs SF₆ peut être continuellement amélioré, et la capacité de gérer les accidents de fuite de SF₆ peut être renforcée. Parmi les différentes méthodes de détection, la détection d'imagerie infrarouge est une nouvelle méthode technique pour la maintenance basée sur l'état des disjoncteurs SF₆ et représente la tendance de développement dominante à l'avenir.