Solution d'optimisation collaborative pour les transformateurs de terre industriels et les bobines d'extinction d'arc

1. Contexte et problèmes

• Courant capacitif zéro séquence excessif : Les arcs électriques sont difficiles à éteindre spontanément et peuvent facilement se transformer en courts-circuits entre phases.
• Retard de réponse des bobines d'extinction d'arc traditionnelles : La compensation est retardée, ce qui prolonge la durée de la panne et entraîne une dégradation supplémentaire de l'isolation.
• Conception séparée des transformateurs de terre et des bobines d'extinction d'arc : Difficulté de mise en correspondance des paramètres, faible précision de réglage et charge opérationnelle et de maintenance élevée.
• Environnements à haut risque tels que les mines de charbon : Les arcs électriques peuvent déclencher des explosions de gaz ou endommager les équipements, et une continuité d'alimentation ultra-élevée est requise (temps d'arrêt annuel < quelques minutes).

2. Architecture de la solution

2.1 Conception matérielle intégrée

• Intégrer le transformateur de terre et la bobine d'extinction d'arc réglable dans le même réservoir d'huile, partageant le noyau de fer et le système de refroidissement. Cela réduit la surface au sol de 40% et évite les erreurs de correspondance causées par les paramètres indépendants des deux ensembles d'équipements.
• Adopter une structure de bobinage composite avec des prises graduées + un réglage fin continu pour réaliser un ajustement sans palier de l'inductance de la bobine d'extinction d'arc dans la plage nominale (par exemple, compensation du courant zéro séquence de 10~200A).

2.2 Système de contrôle intelligent collaboratif

• Mesure en temps réel du courant capacitif : Utiliser des transformateurs de courant zéro séquence de haute précision + des algorithmes d'extraction de signaux transitoires pour calculer le courant capacitif zéro séquence du système dans les 20ms après la survenue d'une panne.
• Algorithme de réglage automatique : Basé sur le PID flou et le contrôle de résonance adaptatif, ajuster dynamiquement la valeur inductance optimale pour assurer un courant résiduel ≤ 5A (valeur recommandée dans la norme IEC 60364-4-41) et un temps d'extinction d'arc ≤ 100ms.
• Confirmation de panne multicritères : Intégrer la mutation de la tension zéro séquence, les caractéristiques harmoniques et la symétrie de la forme d'onde pour éviter les déclenchements faux dus aux perturbations transitoires.

• Après l'extinction rapide locale de l'arc, transmettre les informations de phase en panne au système d'automatisation intégré de la sous-station, et lier avec le dispositif de sélection de ligne pour verrouiller la ligne en panne, réduisant le temps de dépannage manuel de 80%.

3. Points forts de la technologie centrale

• Optimisation intégrée du circuit magnétique : Le transformateur de terre et la bobine d'extinction d'arc partagent le chemin principal du flux magnétique, réduisant la perte à vide de 15% et améliorant la cohérence de la réponse dynamique.
• Réglage automatique à large gamme : Supporte des changements de capacité du système de 10% à 120% (s'adaptant à l'expansion du réseau ou au basculement de ligne) avec une précision de réglage de ±1%.
• Prédiction intelligente périphérique : Intégrer des puces AI légères, et former des modèles basés sur les formes d'onde historiques de panne pour réaliser un avertissement précoce des dangers de mise à la terre (signalant les sections d'isolation faibles 1 à 3 jours à l'avance).
• Conception anti-explosion à haute fiabilité (adaptée aux mines de charbon) : Le boîtier détient la certification Ex d I Mb, et les composants internes clés sont encapsulés avec une résine résistante à l'arc, permettant une opération sûre dans des environnements avec une concentration de méthane ≤ 1%.

4. Indicateurs de mise en œuvre fonctionnelle

5. Scénarios d'application et cas d'étude

Cas 1 : Système de distribution 10kV dans les mines de charbon souterraines

• Points de douleur : L'ancien bobinage d'extinction d'arc indépendant avait un retard de réglage, avec des pannes monophasées à la terre d'une durée moyenne de 400 ms, ce qui a déclenché une alarme de gaz et une arrêt de production.
• Mesures de rénovation : Déploiement d'un transformateur de terre intégré + bobinage d'extinction d'arc avec fonctions anti-explosion et réglage automatique.
• Résultats : Réduction du temps d'extinction de l'arc de panne à 80 ms ; pas d'arrêt de production causé par des pannes de terre pendant 18 mois consécutifs ; aucun incident d'alarme de gaz.

Cas 2 : Réseau d'alimentation de traction 35kV du transport urbain ferroviaire

• Points de douleur : Lignes de câbles longues et courant capacitif élevé (>150 A) ; les solutions traditionnelles ne peuvent pas éteindre rapidement les arcs, affectant les intervalles de circulation des trains.
• Mesures de rénovation : Application de cette solution dans les postes de transformation centraux combinée avec un système de sélection de ligne en liaison.
• Résultats : Contrôle du courant résiduel à moins de 4 A ; réduction du taux de retard de circulation des trains de 75 % ; économie d'environ 2 millions de yuans par an en pertes d'exploitation.

6. Analyse des avantages

• Amélioration de la sécurité : Réduction significative du temps de combustion de l'arc, diminuant considérablement les risques d'incendie, d'explosion et de panne d'équipement.
• Amélioration de la continuité de l'alimentation électrique : Réduction du temps d'interruption annuel de l'alimentation électrique à quelques minutes dans des scénarios tels que les mines de charbon et le transport ferroviaire, répondant aux exigences de haute fiabilité.
• Réduction des coûts d'exploitation et de maintenance : La conception intégrée réduit le nombre d'équipements et de types de pièces de rechange, diminue la charge de travail de maintenance de 50 % et abaisse les coûts de maintenance globaux d'environ 35 %.
• Bonne extensibilité : Supporte un nouveau réglage automatique après l'extension du réseau ou la rénovation des lignes sans nécessité de réinitialisation manuelle des paramètres.

7. Normes et certifications

• Conformité aux normes IEC 60364-4-41 (Mise à la terre des installations électriques basse tension) et IEC 62271 (Normes pour les équipements de commutation et de commande haute tension).
• Obtention de la certification anti-explosion Ex d I Mb pour les applications minières ; respect des exigences EN 50121 (Compatibilité électromagnétique ferroviaire) pour les scénarios de transport ferroviaire.

Conclusion