Recherche sur l'Application d'un Système de Défaut à Élimination à Distance en Ligne pour les Contacts des Disjoncteurs Haute Tension

Les disjoncteurs haute tension, également connus sous le nom de commutateurs d'isolement ou de commutateurs à lame, présentent un principe de fonctionnement simple et une opération pratique. En tant qu'équipement de commutation haute tension couramment utilisé, ils ont un impact significatif sur la sécurité opérationnelle des postes électriques, exigeant une fiabilité stricte dans les applications pratiques. Le système de suppression de défauts en ligne à distance pour les contacts de disjoncteur haute tension offre des avantages tels que la facilité d'utilisation, les faibles coûts d'exploitation et la grande stabilité, ce qui le rend bien adapté à la suppression de défauts en ligne dans l'industrie électrique.

1. Vue d'ensemble des disjoncteurs haute tension
Les disjoncteurs haute tension sont les plus fréquemment utilisés dans les systèmes électriques de poste et les centrales électriques et constituent un composant clé de l'appareillage haute tension. Ils doivent être utilisés en conjonction avec des disjoncteurs haute tension.

Le système de suppression de défauts en ligne à distance par laser pour les contacts de disjoncteur comprend un pistolet de nettoyage, un refroidisseur d'eau, une fibre optique et une source laser. Un laser quasi-continu (QCW) entièrement solide est utilisé pour fournir une sortie laser haute puissance, haute efficacité et continue. Ce système utilise des modules semi-conducteurs de pompage latéral à haut rendement avec des puces réfléchissantes pour traiter les dangers potentiels. La puissance de sortie du laser doit être ≥1 000 W, et l'efficacité de couplage de la fibre doit dépasser 96 %. Les autres caractéristiques incluent des coûts de maintenance nuls, une taille compacte et une aptitude à l'intégration.

Des fibres optiques transmettrices d'énergie sont sélectionnées pour leur capacité de protection automatique pendant la transmission d'énergie, avec des longueurs allant généralement de 10 à 15 mètres. Des unités de refroidissement d'eau précises pour le laser et le chemin optique permettent un contrôle précis de la température et des ajustements opportuns de la température ambiante.

La fonction principale des disjoncteurs haute tension est de fournir une isolation électrique sûre lors de la maintenance d'équipements et d'installations haute tension. Ils ne sont pas conçus pour interrompre le courant de charge, le courant de défaut ou le courant de court-circuit, et ne doivent être utilisés que pour la commutation de petits courants capacitifs ou inductifs. Par conséquent, ils manquent de capacités d'extinction d'arc.

Selon l'emplacement d'installation, les disjoncteurs haute tension sont classés comme étant de type intérieur ou extérieur. Selon le nombre de colonnes de support isolant, ils sont catégorisés comme étant à simple poteau, double poteau ou triple poteau. Les tensions nominatives doivent être choisies en fonction des exigences spécifiques de l'équipement.

Ces disjoncteurs offrent un écart d'isolement visible pour isoler en toute sécurité les sources haute tension pendant la maintenance, assurant la sécurité du personnel. Bien qu'ils soient capables de commutation de petits courants, ils manquent de dispositifs d'extinction d'arc dédiés et ne peuvent donc pas interrompre les courants de charge ou de court-circuit.

2. Système de suppression de défauts en ligne à distance par laser pour les contacts de disjoncteur
Les lasers offrent une directionnalité et une luminosité élevées, permettant une concentration rapide de l'énergie dans un espace confiné. Le nettoyage par laser repose fondamentalement sur l'interaction entre le rayonnement laser et les contaminants, produisant des effets chimiques et physiques.

Les recherches montrent que les contaminants de surface adhèrent par des forces capillaires, l'attraction électrostatique, la liaison covalente et les forces de van der Waals - les trois dernières étant particulièrement difficiles à surmonter. Le nettoyage par laser perturbe ces forces de liaison sans endommager le substrat sous-jacent.

Trois mécanismes de nettoyage par laser principaux existent :
(1) Fragmentation et spallation : les particules microscopiques de contaminants absorbent l'énergie du laser, se dilatent rapidement, surmontent les forces d'adhérence de surface et se détachent de la surface. L'impulsion laser ultracourte génère des ondes de choc explosives qui accélèrent le détachement des particules.
(2) Évaporation : en raison de compositions chimiques différentes entre le substrat et les contaminants, leurs taux d'absorption du laser varient. Avec un choix approprié de type de laser et de largeur d'impulsion, environ 95 % de l'énergie du laser se réfléchit sur le substrat, le protégeant. Les contaminants absorbent environ 90 % de l'énergie, provoquant une élévation instantanée de la température et une vaporisation, ce qui les élimine sans endommager le substrat.
(3) Éjection vibratoire : les lasers à impulsions courtes induisent des vibrations ultrasonores par expansion thermique rapide. Les ondes de choc résultantes fragmentent et éjectent les particules.

Le système de suppression de défauts en ligne à distance concentre une énergie élevée dans une fenêtre spatiale et temporelle précise. Au point focal, l'ionisation cause des micro-explosions qui éliminent instantanément les contaminants. Le faisceau laser fortement directionnel peut être façonné en tailles de taches non uniformes ajustables. L'intensité de l'énergie laser est contrôlée avec précision pour assurer une séparation instantanée des contaminants du substrat sans dommage.

3. Défauts courants des disjoncteurs haute tension en exploitation
Les défauts surviennent souvent en cours d'exploitation - par exemple, l'accumulation de poussière due à un mauvais contact, ou la formation de films composites sur les surfaces de contact, augmentant la résistance de contact. L'analyse révèle que la conception médiocre, les composants de qualité inférieure et l'installation ou l'ajustement incorrects contribuent tous à ces défauts.

3.1 Corrosion des composants
L'exposition prolongée à la pluie, au vent et à l'humidité entraîne la corrosion des composants des disjoncteurs. Certains éléments utilisent des revêtements galvanisés, mais les réactions électrochimiques pendant l'exploitation peuvent conduire à une rouille sévère. Les processus de fabrication médiocres compromettent davantage la qualité et les performances, accélérant la corrosion. La rouille sévère réduit la vitesse de transmission mécanique et peut causer un dysfonctionnement opérationnel.

3.2 Ouverture/fermeture incomplète et surchauffe
Une ouverture ou fermeture incorrecte entraîne souvent des défauts. Si les contacts ne s'engagent pas complètement alors que le circuit reste alimenté, un chauffage résistif se produit, potentiellement conduisant à un brûlage ou à des incidents de sécurité - affectant les performances économiques et la fiabilité de l'alimentation électrique.

La surchauffe sévère aux points de contact (en raison d'un courant persistant même en cas de dommage) augmente la résistance de contact, créant un cercle vicieux : résistance plus élevée → température plus élevée → augmentation supplémentaire de la résistance → dommage des contacts.

3.3 Mauvaise étanchéité du mécanisme de commande entraînant un dommage des contacts
La plupart des disjoncteurs haute tension fonctionnent en extérieur et sont vulnérables aux facteurs environnementaux. Le mécanisme de commande sert de source de puissance ; s'il est corrodé, il altère la fonctionnalité.

Pour atténuer ce problème, les mécanismes de fonctionnement sont logés dans des enceintes scellées lors de l'installation. Cependant, un mauvais scellement permet l'infiltration d'eau de pluie, surtout pendant les saisons humides, causant la rouille interne. Cela compromet l'isolation des composants de contrôle, conduisant à des dysfonctionnements. La résistance de contact accrue augmente la température, et un courant plus élevé (par exemple, >75% du courant nominal) aggrave le surchauffage et la dégradation du contact.

3.4 Fracture de l'isolateur en porcelaine
Les isolateurs en porcelaine sont des composants structurels critiques. Les fractures peuvent entraîner l'effondrement du circuit conducteur et la désactivation du disjoncteur. Les causes incluent:
– Des processus de fabrication non conformes qui ne garantissent pas la qualité de la porcelaine;
– Une force mécanique excessive lors de la manipulation par du personnel non qualifié.

4.Stratégies pour les systèmes de suppression de défauts en ligne à distance
Puisque la plupart des défauts proviennent de l'inexpérience des opérateurs ou d'une conception défectueuse, des mesures correctives ciblées sont essentielles.

4.1 Lutte contre la corrosion des composants
Assurez un contrôle strict de la qualité lors de l'achat et de la construction. Effectuez une maintenance et des inspections régulières. Dans les régions à forte humidité, raccourcissez les intervalles d'inspection en fonction des conditions environnementales. Les unités fortement corrodées doivent être remplacées rapidement.

4.2 Résolution des problèmes de fermeture incomplète et de surchauffe
Un contact insuffisant lors de la fermeture est souvent dû à une mise en service inadéquate ou à des ajustements structurels non conformes. Faites appel à des techniciens qualifiés pour la maintenance sur site afin d'assurer un alignement correct et une résistance de boucle acceptable.

Sélectionnez les matériaux de contact en fonction de leur conductivité et de leur résistance mécanique. Utilisez des boulons anticorrosion. Nettoyez soigneusement les surfaces de contact avant d'ajuster la profondeur d'insertion. Remplacez les ressorts de serrage vieillis qui ont perdu leur tension, et éliminez les contaminants de surface pour prévenir la formation de résistance et l'arc électrique.

4.3 Amélioration du scellement des mécanismes de fonctionnement
Améliorez le scellement en installant des joints sur les enceintes des mécanismes. Équipez les enceintes de capteurs d'humidité et de déshumidificateurs. Activez la déshumidification dès la détection d'un taux d'humidité élevé pour prévenir la corrosion interne et l'échec de l'isolation.

4.4 Prévention de la fracture des isolateurs en porcelaine
Appliquez des inspections de qualité rigoureuses lors de l'achat de porcelaine. Manipulez les isolateurs strictement selon les protocoles opérationnels pour éviter une force excessive. Lors des patrouilles de routine, inspectez les fissures ou les fractures et remplacez immédiatement les unités défectueuses.

5.Étude de cas : Mise en œuvre du système de suppression de défauts en ligne
Une centrale hydroélectrique municipale, cruciale pour la gestion des inondations, la production d'électricité, la protection écologique et le développement économique régional, sert d'étude de cas pour l'application du système de suppression de défauts en ligne à distance aux disjoncteurs haute tension de sous-station.

Les pratiques clés comprennent:
– Sélectionner des disjoncteurs d'une tension supérieure à 126 kV, en évitant les designs à bras unique pliables ou les structures de contact à ressort non éprouvées; préférez des modèles avec des rapports de tests de montée en température vérifiés.
– Pour les unités ≥252 kV, effectuer un assemblage complet, des ajustements dimensionnels et un marquage avant l'expédition de l'usine.
– Pour les unités ≥72.5 kV, réaliser des tests de pression des doigts de contact et fournir des certificats de conformité.
– Lors de la réception, vérifier le plaquage d'argent sur les contacts mobiles et fixes : épaisseur >20 μm, dureté >120 HV.
– Après l'installation, mesurer la résistance de la boucle conductrice et la comparer aux valeurs de conception et d'usine; ne mettre en service que si elle est dans la tolérance.
– Pendant l'exploitation, utiliser la thermographie infrarouge pour surveiller les jonctions conductrices, surtout sous des charges élevées ou des conditions de température élevée, et intervenir rapidement en cas de détection d'anomalies.
– Lors des essais hors service, respecter strictement les cycles de maintenance. Tester la performance des ressorts et des circuits de contact, en remplaçant les pièces non conformes. Révalider la pression de contact après la maintenance.
– Maintenir un stock de pièces de rechange et d'outils de nettoyage laser pour permettre une remédiation rapide en ligne des défauts.

6.Conclusion
En résumé, le système de suppression de défauts en ligne à distance basé sur le laser élimine efficacement la rouille et les contaminants des contacts des disjoncteurs, prévenant ainsi la surchauffe et la brûlure, réduisant l'usure de l'équipement et améliorant la stabilité du système électrique. Les disjoncteurs haute tension offrent un potentiel immense dans l'infrastructure électrique moderne, minimisant l'utilisation de consommables tout en assurant un fonctionnement fiable et stable du réseau.