Méthodes générales pour localiser les défauts à la terre dans un système CC de sous-station

Méthodes générales pour localiser les défauts à la terre dans un système CC de sous-station

Dans les sous-stations, le système CC fournit une alimentation de commande fiable pourles relais de protection, les opérations d'ouverture et de fermeture des disjoncteurs, les équipements d'automatisation, les circuits de signalisation et les charges d'urgence. Par rapport aux systèmes d'alimentation auxiliaire CA, les systèmes CC des sous-stations sont généralement conçus comme des systèmes non mis à la terre ou flottants. Par conséquent, un défaut à la terre unique peut ne pas interrompre immédiatement l'alimentation CC, mais il réduit la marge d'isolement du système. Si un second défaut à la terre se produit, il peut créer un chemin de courant non intentionnel et potentiellement provoquer un mauvais fonctionnement de la protection, une défaillance du disjoncteur, voire une perturbation plus large du système.

Avec le développement continu des sous-stations intelligentes, des sous-stations numériques, de l'intégration des énergies renouvelables et des réseaux électriques modernes, la fiabilité des systèmes CC des sous-stations et leurs capacités de surveillance en ligne de l'isolement sont devenues de plus en plus importantes pour les services publics, les entrepreneurs EPC et les acheteurs internationaux d'équipements électriques.

Qu'est-ce qu'un défaut à la terre dans un système CC de sous-station?

A défaut à la terre du système CC de sous-station, également appelé Défaut de terre CC ou Défaut d'isolement CC, se produit lorsque le pôle positif ou négatif du système CC développe un chemin conducteur involontaire vers la terre en raison d'une détérioration de l'isolation, de dommages à l'équipement, de l'humidité ou d'autres causes.

Un système CC typique de sous-station se compose de :

• Batterie d'accumulateurs
• Chargeur de batterie
• Barres omnibus CC
• Tableaux de distribution CC
• Circuits de départs CC
• Équipements de protection et de contrôle

Dans des conditions de fonctionnement normales, les pôles positif et négatif doivent tous deux maintenir une résistance d’isolement adéquate par rapport à la terre.

Les causes courantes de défauts de mise à la terre en courant continu comprennent :

• Le vieillissement ou l’endommagement des câbles secondaires
• L’humidité ou l’accumulation d’eau dans les caniveaux de câbles
• La condensation à l’intérieur des armoires de commande
• La détérioration de l’isolement dans les relais ou les circuits de disjoncteur
• Les dommages mécaniques aux câbles lors de l’installation
• La défaillance de l’isolement interne des équipements électriques
• La poussière et la contamination
• La pénétration de petits animaux ou d’objets métalliques étrangers dans les équipements

Parce qu'un système DC de sous-station peut contenir un grand nombre de départs distribués et de longs câbles secondaires, la détection et la localisation des défauts à la terre DCpeuvent être considérablement plus complexes que le dépannage d'un circuit de commande basse tension conventionnel.

Pourquoi un défaut à la terre DC doit-il être localisé rapidement ?

Un seul défaut à la terre n'entraîne pas nécessairement une perte immédiate de l'alimentation DC. Cependant, il modifie la distribution de tension du système DC par rapport à la terre et réduit la marge de sécurité du système.

Par exemple, si le pôle positif est mis à la terre, la tension du pôle négatif par rapport à la terre peut changer de manière significative. Si un autre défaut à la terre se développe ensuite ailleurs dans le système, un chemin de courant positif-négatif non intentionnel peut être créé.

Les conséquences potentielles incluent :

1. Mauvais fonctionnement des relais de protection
2. Fonctionnement anormal du disjoncteur
3. Défaut de déclenchement ou de fermeture du disjoncteur
4. Dysfonctionnement de l'équipement d'automatisation
5. Fonctionnement intempestif des fusibles ou disjoncteurs CC
6. Dans les cas graves, capacité réduite à répondre aux défauts et aux urgences du poste

Pour cette raison, dès qu'undéfaut d'isolement du système CCest détecté, la polarité du défaut, le départ affecté et l'emplacement spécifique du défaut doivent être identifiés dès que possible.

Méthodes générales de localisation d'un défaut à la terre CC dans un poste

1. Confirmer l'alarme de défaut à la terre et l'état du système

Lorsque le panneau CC, le dispositif de surveillance de l'isolement ou le système de supervision émet une alarme de défaut à la terre, la première étape consiste à vérifier l'état de fonctionnement général du système CC.

Les paramètres importants incluent :

• Tension du système CC
• Tension positive par rapport à la terre
• Tension négative par rapport à la terre
• Résistance d'isolement
• État du dispositif de surveillance de l'isolement
• Polarité du défaut
• Caractère continu ou intermittent du défaut
• Possibilité de multiples défauts à la terre

ModerneLes dispositifs de surveillance de l'isolement (IMD) CCsurveillent en continu la résistance d'isolement à la terre dans les systèmes CC non mis à la terre. La norme CEI 61557-8 spécifie les exigences relatives aux dispositifs de surveillance de l'isolement utilisés pour les systèmes IT CC non mis à la terre jusqu'à 1 500 V CC.

2. Déterminer la polarité et la gravité du défaut

Après avoir confirmé l'alarme, les techniciens doivent déterminer si la détérioration de l'isolation est principalement associée au pôle positif ou négatif.

Les paramètres suivants doivent être évalués :

État de l'isolation positive par rapport à la terre
État de l'isolation négative par rapport à la terre
Tension du bus CC
Résistance d'isolation globale

Si la résistance d'isolation d'un pôle est nettement inférieure à la valeur attendue, le défaut est plus susceptible d'être associé aux circuits connectés à ce pôle.

Cependant, la méthode de diagnostic exacte dépend de la configuration du système CC et de la conception du dispositif de surveillance de l'isolation. Une seule mesure de tension ne doit pas être utilisée comme seule base pour déterminer l'emplacement exact du défaut.

3. Vérifier les départs CC section par section

Si le défaut ne peut pas être localisé directement, un principe de dépannage courant est le suivant :

Commencer par le bus continu, puis vérifier les départs, les circuits de dérivation et enfin les équipements individuels.

Une séquence de dépannage typique est la suivante :

Bus continu → tableau de distribution continue → départs continus individuels → armoires de protection/commande → boîtes de raccordement → équipements de terrain

En isolant progressivement des sections du système, les techniciens peuvent réduire un réseau continu complexe à une zone de défaut suspectée beaucoup plus restreinte.

Pendant ce processus, les opérateurs doivent strictement suivre les procédures de manœuvre approuvées. Les circuits de protection critiques, les circuits de commande des disjoncteurs ou les alimentations continues essentielles ne doivent jamais être déconnectés arbitrairement simplement pour localiser un défaut d’isolement.

4. Utiliser la surveillance d’isolement en ligne et la localisation des défauts Équipement

Pour les grands postes, vérifier manuellement chaque départ peut prendre beaucoup de temps. Par conséquent, les postes modernes utilisent de plus en plus des systèmes de surveillance d’isolement en ligne et de localisation des défauts d’isolement.

Un système avancé de détection et de localisation des défauts à la terre en courant continu peut surveiller l'état d'isolement des départs individuels et aider à identifier le circuit associé au défaut d'isolement.

La norme CEI 61557-9:2023 spécifie les exigences relatives aux systèmes de localisation des défauts d'isolement (IFLS) conçus pour localiser les défauts d'isolement dans les systèmes IT non mis à la terre, y compris les systèmes à courant continu non mis à la terre jusqu'à 1 500 V CC.

Cette technologie permet donc au système de protection d'évoluer de la simple détection d'un défaut d'isolement à à la détection, la localisation, l'enregistrement et l'analyse du défaut.

5. Inspecter l'équipement de terrain après avoir réduit la zone de défaut

Une fois le départ ou le circuit affecté identifié, les techniciens peuvent inspecter des composants spécifiques, notamment :

• Câbles et jonctions de câbles
• Borniers
• Relais de protection
• Bobines de déclenchement et de fermeture des disjoncteurs
• Interrupteurs de commande
• Dispositifs de signalisation
• Résistances chauffantes anti-condensation
• Boîtes à bornes
• Câblage secondaire extérieur
• Tranchées de câbles et terminaisons de câbles

Pour les sous-stations extérieures, une attention particulière doit être accordée à l’eau de pluie, la condensation, l’humidité, la poussière, la contamination et l’intrusion d’animaux, tous ces facteurs pouvant contribuer à la détérioration de l’isolation.

Dépannage traditionnel vs localisation intelligente des défauts

Traditionnel le dépannage des défauts de mise à la terre du courant continu dans les sous-stations repose principalement sur une alarme d’isolation suivie d’une inspection manuelle départ par départ.

Cette approche présente un coût d’équipement relativement faible, mais elle comporte deux limites majeures.

Premièrement, la localisation du défaut peut prendre beaucoup de temps.
Lorsqu'une sous-station comporte un grand nombre de départs en courant continu, les techniciens peuvent avoir besoin de vérifier plusieurs circuits successivement.

Deuxièmement, le dépannage dépend fortement de l'expérience de l'opérateur.
Les défauts intermittents peuvent être particulièrement difficiles à localiser. Par exemple, un défaut d'isolement causé par l'humidité peut disparaître après le séchage de l'équipement et réapparaître lorsque l'humidité augmente.

Pour cette raison, les sous-stations modernes adoptent de plus en plus des systèmes de surveillance d'isolement en ligne, une surveillance d'isolement par branche et des systèmes de localisation automatique des défauts.

Le processus de fonctionnement de base peut être résumé comme suit :

Surveillance de l'isolement → Alarme de défaut à la terre → Identification de la polarité du défaut → Localisation du départ → Inspection du point de défaut → Élimination du défaut → Vérification du rétablissement de l'isolement

Pour les grandes sous-stations, les centrales électriques, les centres de données et les installations industrielles critiques, cette approche peut améliorer considérablement l'efficacité du dépannage et la fiabilité du système en courant continu.

Considérations importantes lors du dépannage des défauts à la terre en courant continu

1. Ne pas déconnecter arbitrairement les circuits critiques

Les relais de protection, les circuits de commande des disjoncteurs, les systèmes d'automatisation et d'autres équipements critiques peuvent dépendre de l'alimentation en courant continu de la station.

Déconnecter incorrectement un circuit essentiel lors du dépannage peut rendre indisponibles les fonctions de protection ou de commande.

Toutes les opérations de commutation doivent donc être effectuées conformément auxprocédures de commutation approuvées, aux schémas unifilaires et aux schémas de câblage secondaire de la sous-station, ainsi qu'aux instructions du fabricant de l'équipement.

2. Soyez attentif au risque de multiples défauts à la terre

Un seul défaut à la terre peut ne pas causer immédiatement un problème opérationnel majeur. Cependant, un second défaut à la terre peut créer un chemin de courant non intentionnel et affecter les circuits de protection et de commande.

Par conséquent, une fois le premier défaut à la terre détecté, il ne doit pas être simplement considéré comme une alarme mineure. La cause doit être identifiée et l'état d'isolation rétabli dès que possible.

3. Priorisez la surveillance en ligne pour les installations critiques

Pour les grandes sous-stations, les centrales électriques, les centres de données et les installations industrielles critiques,Surveillance en ligne de l'isolation et localisation des défautsdevrait de préférence être envisagée lors de la phase de conception du système CC.

De tels systèmes peuvent offrir une localisation plus rapide des défauts et des données historiques pour la maintenance préventive et la maintenance conditionnelle.

Tendances de la technologie des systèmes CC dans les sous-stations

Avec le développement des sous-stations numériques, les systèmes CC évoluent d'équipements d'alimentation conventionnels vers une partie importante de l'architecture de surveillance et de fiabilité des sous-stations intelligentes.

Futuressolutions de surveillance des systèmes CCdevraient s'intégrer plus étroitement aux systèmes SCADA, aux plateformes de sous-stations numériques et aux systèmes de gestion d'actifs intelligents.

Les fonctions clés peuvent inclure :

• Surveillance en ligne de l'isolation
• Localisation automatique des défauts
• Enregistrement des données historiques
• Analyse des tendances
• Alerte précoce
• Surveillance à distance
• Maintenance basée sur l'état

Le dernier cadre IEC démontre également l'importance croissante accordée aux technologies dédiées de surveillance de l'isolation et de localisation des défauts. La norme IEC 61557-8 traite de la surveillance continue de l'isolation, tandis que la norme IEC 61557-9 traite de la localisation des défauts d'isolation dans les systèmes IT non mis à la terre.

Pour les acheteurs B2B internationaux, la sélection d'un système DC de sous-station doit donc prendre en compte non seulement les paramètres traditionnels tels queTension DC, capacité de la batterie, capacité du chargeur et configuration de la distribution DC, mais aussi la surveillance de l'isolation, la capacité de localisation des défauts, les interfaces de communication et la compatibilité avec les systèmes SCADA ou d'automatisation de poste.

Conclusion

Le principe fondamental du dépannage des défauts de mise à la terre dans les systèmes CC de poste consiste à réduire progressivement la zone de défaut par le biais de la surveillance, de l'identification, de l'isolement par section, de la localisation et de la vérification.

Le dépannage manuel traditionnel peut convenir aux petits systèmes CC. Cependant, pour les grands postes, les centrales électriques, les centres de données et autres installations électriques critiques, les systèmes de surveillance de l'isolation CC et les systèmes de détection et de localisation des défauts de mise à la terre CC peuvent offrir une solution plus efficace et systématique.

Du point de vue de la fabrication d'équipements et des applications d'ingénierie, le panneau de distribution CC, le chargeur de batterie, la batterie, le dispositif de surveillance de l'isolation et le système de départs CC doit être conçu comme un système intégré en fonction du niveau de tension du projet, des caractéristiques de charge, des exigences de protection et de l’architecture de communication.

À mesure que les sous-stations intelligentes et les systèmes d’alimentation numériques continuent de se développer, la surveillance en ligne de l’isolation et la localisation intelligente des défauts en courant continu deviendront des technologies de plus en plus importantes pour améliorer la sécurité, la fiabilité et la maintenabilité des systèmes de courant continu des sous-stations.

Remarque de sécurité : Les systèmes de courant continu des sous-stations assurent des fonctions critiques de protection et de commande des disjoncteurs. Le dépannage et les manœuvres de commutation réels doivent être effectués par du personnel qualifié, conformément aux procédures de sécurité du site, aux schémas électriques approuvés, aux instructions d’exploitation et aux exigences du fabricant de l’équipement. Cet article est destiné à une référence technique et d’ingénierie et ne remplace pas les procédures d’exploitation propres au site.