Recherche sur la technologie de détection des décharges partielles pour les postes de jonction à isolation solide

Avec le développement des réseaux électriques urbains, le nombre d'installations d'armoires de jonction à isolation solide (RMU) a continué d'augmenter. Leur état de fonctionnement a un impact significatif sur la fiabilité de l'alimentation électrique du système. Les conséquences des pannes sont graves : les dommages directs incluent les dégâts aux lignes et équipements protégés, ainsi que la perte de puissance ; les conséquences indirectes provoquent des coupures généralisées pour les clients, perturbant la vie quotidienne, la production et même la stabilité sociale.

Actuellement, les insuffisances des méthodes de tests sur le terrain pour les équipements RMU à isolation solide et la fréquence des défauts d'isolation dans les commutateurs en service posent une menace sérieuse pour le fonctionnement sécurisé du système électrique. La détection des décharges partielles (PD) est une méthode efficace pour évaluer l'état de l'isolation des commutateurs et est un sujet de recherche actuel. Réaliser la détection PD et le diagnostic de panne sur les commutateurs haute tension fournit des informations cruciales sur l'état pour la maintenance basée sur l'état et est essentielle pour assurer le fonctionnement sûr et fiable des équipements. Dans les commutateurs haute tension, la dégradation de l'isolation conduisant aux défauts d'isolation n'est pas seulement causée par les champs électriques, mais peut également se développer en raison des forces mécaniques, de la chaleur ou de leur action combinée avec les champs électriques, affectant finalement la qualité et la fiabilité de l'alimentation électrique. Pour standardiser et mettre en œuvre efficacement les tests sous tension des équipements électriques, et en référence aux normes nationales et internationales pertinentes - principalement basées sur la Notice de Production de Sous-Station de la Corporation Étatique [2011] No. 11 "Notice sur la Publication de la 'Spécification Technique pour les Tests sous Tension des Equipements Électriques (essai)" - cette recherche se concentre sur la détection des décharges partielles pour les RMU.

​II. Méthodes de Détection des Décharges Partielles pour les Armoires de Jonction​

​1. Formes d'Énergie PD​
La décharge partielle est une décharge pulsée. En plus du transfert de charge et de la dissipation de puissance, le processus PD génère également des radiations électromagnétiques, des ondes ultrasonores, de la lumière, de la chaleur et de nouveaux sous-produits chimiques. Les méthodes de détection ciblant ces phénomènes incluent la détection électrique, acoustique, optique et chimique. Parmi celles-ci, les méthodes électriques et acoustiques sont les plus couramment utilisées, mais leur efficacité pratique est souvent limitée, principalement en raison des interférences sonores importantes sur site qui rendent difficile la distinction des signaux PD authentiques. L'élimination efficace des interférences est cruciale pour améliorer les performances de détection des équipements PD.

Phénomènes Détectés :

• ​Électrique:​​ (capteurs TEV, UHF, HFCT)
• ​Acoustique:​​ (capteurs ultrasonores)
• ​Optique:​​ (visible à travers des fenêtres de visualisation dans des emplacements spécifiques pendant la décharge)
• ​Thermique:​​ (infrarouge, bien que l'efficacité de détection soit limitée par la structure entièrement fermée de l'RMU)
• ​Chimique/Gaz:​​ (odeur d'ozone, etc.)

​2. Technologies de Détection​
De nombreuses techniques de détection PD sont actuellement utilisées pour les commutateurs, généralement classées en ​Méthodes Directes​ (détection de la quantité apparente de décharge) et ​Méthodes Indirectes​ (TEV, ultrasons, UHF, détection acousto-électrique combinée). La méthode directe est relative ; elle implique l'injection d'une quantité de charge connue entre les bornes de l'objet testé pour créer un changement de tension aux bornes équivalent à celui causé par un événement PD. Cette charge injectée est ensuite appelée la Quantité Apparente de Décharge (Q) de la PD, mesurée en picocoulombs (pC). En pratique, la quantité apparente de décharge n'est pas égale à la charge réelle émise au site de la décharge dans l'objet testé ; cette dernière ne peut pas être mesurée directement. Bien que la forme d'onde de tension générée à travers l'impédance de mesure par l'impulsion de courant PD puisse différer de celle causée par l'impulsion d'étalonnage, les lectures de réponse sur les instruments sont généralement considérées comme équivalentes. Voici deux techniques de détection principales pour les RMU.

​1) Détection Ultrasonore pour les RMU à Isolation Solide​
En recevant les signaux ultrasonores transmis à travers l'air et en mesurant la pression acoustique du signal PD, l'intensité de la décharge peut être inférée. Pendant les tests ultrasonores, le capteur doit être balayé le long des coutures/fentes sur la surface du commutateur. Des diagrammes de référence fournissent des conseils sur les emplacements de détection typiques.

​2) Principe de la Détection de la Tension Transitoire Terrestre (TEV)​
Lorsqu'une PD se produit à l'intérieur d'un armoire de commutation haute tension, un courant pulsé de très courte durée circule le long du canal de décharge, excitant des ondes électromagnétiques transitoires. La rapidité du processus de décharge entraîne une impulsion de courant abrupte avec une forte capacité de radiation électromagnétique haute fréquence. Cette radiation peut se propager à travers les ouvertures de l'enveloppe métallique, telles que les joints d'étanchéité ou les espaces autour de l'isolation. Lorsque ces ondes électromagnétiques haute fréquence se propagent à l'extérieur de l'armoire, elles induisent une tension transitoire sur la surface extérieure par rapport à la terre. Cette tension transitoire sur la terre (TEV) varie de millivolts à volts avec un temps de montée de quelques nanosecondes. Un capteur TEV dédié placé à l'extérieur de l'armoire peut détecter ce signal de manière non invasive.

Principaux Emplacements de Détection TEV (sur les parois opposées de l'armoire) :

• Barres de collecteur (connexions, bouchons de mur, isolateurs de support)
• Disjoncteurs
• Transformateurs de courant (TC)
• Transformateurs de tension (PT)
• Terminaisons de câble
  Ces composants sont généralement situés sur les sections moyenne et inférieure du panneau frontal, les sections supérieure, moyenne et inférieure du panneau arrière, et les sections supérieure, moyenne et inférieure des panneaux latéraux.

​III. Localisation et Identification de Phase des DP​

Une fois que les signaux des capteurs sont confirmés provenir de l'intérieur de l'équipement, la localisation par différence de temps d'arrivée (TDOA) est utilisée pour une analyse positionnelle supplémentaire. Deux capteurs sont placés sur la surface de l'équipement ; la différence de temps entre leurs signaux reçus (t2 - t1) est analysée pour déterminer l'emplacement de la DP, généralement dans un rayon d'un mètre de la source.

​1. Méthode de Différence de Temps:​​
Supposons que la source de DP est à une distance X du capteur 1, la vitesse de l'onde électromagnétique = c (vitesse de la lumière), et la différence de temps t2 - t1 est mesurée via un oscilloscope.
X = (t2 - t1) * c / 2
En utilisant cette formule et un mètre ruban, la position X peut être déterminée.

​2. Méthode de la Bissectrice Planaire:​​

• Déplacez les deux capteurs dans l'espace jusqu'à ce que le temps d'arrivée du signal DP soit identique pour les deux. Cela localise le point de décharge sur le plan bissecteur perpendiculaire entre les deux capteurs (Localisation du Plan).
• Déplacez les capteurs dans ce plan bissecteur jusqu'à ce que le temps d'arrivée soit identique à nouveau. Cela localise le point de décharge sur la ligne bissectrice perpendiculaire dans ce plan (Localisation de la Ligne).
• Déplacez les capteurs le long de cette ligne bissectrice jusqu'à ce que le temps d'arrivée soit identique une fois de plus. Cela permet de localiser précisément le point de décharge (Localisation du Point).

​Pour identifier la phase spécifique subissant la DP, la méthode HFCT​ est utilisée pour détecter les signaux sur les conducteurs de terre (ou le corps) des câbles sortants triphasés adjacents. Le signal de courant de la phase défectueuse présente une amplitude plus grande et une polarité opposée par rapport aux signaux des deux autres phases, permettant une identification simple de la phase défectueuse.