Cet article traite de Diagnostic des défauts liés à la déformation des enroulements du transformateur principal inspiré d'un incident réel de déclenchement du transformateur principal d'un poste électrique.
1. Phénomène de défaut
Au cours du fonctionnement du transformateur principal d'un poste électrique, les protections contre les gaz lourds et légers du corps du transformateur se sont déclenchées successivement, les commutateurs tripolaires de l'équipement se sont déclenchés et le transformateur principal a été mis hors service.
2. Diagnostic et analyse des pannes
Les transformateurs de puissance fonctionnent avec une grande stabilité dans des conditions normales, mais les courts-circuits sur les sorties constituent l’une des principales causes de défaillance des transformateurs, et on recense chaque année de nombreux cas de défaillances de transformateurs provoqués par des courts-circuits sur les sorties. Lorsqu’un transformateur subit un court-circuit soudain, l’ampleur des dommages est étroitement liée à l’intensité du courant de court-circuit et à l’efficacité de la protection par relais. Si le courant de court-circuit est faible, la protection par relais peut se déclencher rapidement pour isoler le défaut, ne causant que des dommages mineurs aux enroulements du transformateur. En revanche, un courant de court-circuit important ou un déclenchement retardé/un blocage de la protection par relais aura de graves répercussions sur les enroulements du transformateur, et pourra même entraîner des dommages directs à l’équipement.
L'énorme force électrodynamique générée par le courant de court-circuit provoque des vibrations mécaniques du transformateur, desserrent la structure de fixation des enroulements et peuvent, à long terme, entraîner des dommages structurels au niveau des enroulements. Avec la croissance continue de la puissance installée du réseau électrique, la capacité de court-circuit du réseau ne cesse d’augmenter, ce qui entraîne une tendance à la hausse des défauts de déformation des enroulements de transformateurs à la suite de courts-circuits aux sorties. L’évaluation de l’état et l’appréciation de la faisabilité de la remise en service des transformateurs après des courts-circuits soudains constituent des tâches décisionnelles essentielles pour les services d’exploitation du réseau électrique. Conformément aux normes applicables aux essais de routine des équipements électriques, les transformateurs ayant subi des défauts de court-circuit au niveau des sorties doivent être soumis à une série d’essais spécifiques, notamment l’analyse des gaz dissous dans l’huile, l’essai de résistance en courant continu des enroulements, l’essai d’impédance en court-circuit, l’essai de réponse en fréquence des enroulements, ainsi que l’essai de courant à vide et de pertes, afin d’éliminer complètement tout risque potentiel lié à l’équipement.
Dans ce cas de défaut, la méthode de réponse en fréquence et la méthode d'impédance en court-circuit ont été utilisées pour le diagnostic de la déformation des enroulements, à l'aide d'un système dédié d'essai de réponse en fréquence des enroulements de transformateur et d'un testeur d'impédance en court-circuit de transformateur pour la détection sur site. Les résultats des essais montrent que le pic caractéristique de la courbe de réponse en fréquence des enroulements s’est décalé vers les hautes fréquences, avec une amplitude spectrale nettement accrue. L’impédance de court-circuit haute-basse tension de la phase C du côté 110 kV a augmenté de 41,31 TP3T par rapport aux données antérieures à l’essai, et la différence entre les phases a atteint 40,91 TP3T, tandis que l’impédance de court-circuit moyenne-basse tension de cette même phase était normale. Conformément aux spécifications de la norme, la limite de variation admissible de la réactance des enroulements circulaires concentriques d’un transformateur avant et après l’impact d’un courant de court-circuit ne doit pas dépasser 21 TP3T. Les données d’essai dépassent largement la limite normalisée, ce qui confirme qu’une déformation importante de l’enroulement s’est produite sur la phase C du côté 110 kV du transformateur principal ; une inspection par levage du capot doit être effectuée immédiatement.
3. Mesures générales de sécurité
Procéder à la coupure totale de l'alimentation du transformateur principal défectueux, puis effectuer les opérations de maintenance hors tension et l'inspection visant à détecter les risques cachés.
4. Procédures de traitement des défauts
Après inspection sous le capot, il a été constaté que les bobines du transformateur principal n’étaient pas correctement enroulées. La spire la plus extérieure du premier paquet inférieur de l’enroulement s’était détachée sous l’effet de la force électrodynamique générée par le court-circuit et était entrée en contact avec le blindage de la bobine. Pendant le fonctionnement de l'équipement, les vibrations continues du transformateur ont provoqué un frottement prolongé entre la spire de l'enroulement et le blindage, ce qui a fini par endommager l'isolation en papier du câble à la surface extérieure de la spire. Compte tenu de l'étendue des dommages subis par l'équipement, il est recommandé de renvoyer le transformateur principal à l'usine pour une révision approfondie.
5. Conclusions et recommandations en matière d'exploitation et de maintenance
L'inspection par levage du capot d'un transformateur est une opération de maintenance qui mobilise d'importantes ressources humaines et matérielles. Afin d'éviter toute erreur d'appréciation ou omission dans le détection des défauts, l'application combinée de la méthode de réponse en fréquence et de la méthode d'impédance en court-circuit constitue un moyen efficace et fiable de diagnostiquer avec précision la déformation des enroulements d'un transformateur. Sur la base de l’expérience acquise lors de la résolution de ce défaut, des recommandations optimisées en matière d’exploitation et de maintenance sont formulées comme suit : premièrement, des essais spécifiques de déformation des enroulements doivent être effectués sur tous les transformateurs principaux nouvellement construits et devant être mis en service avant leur mise en service, afin de conserver des données de référence initiales permettant une comparaison ultérieure de leur état ; deuxièmement, pour les transformateurs principaux en service, des essais réguliers de déformation des enroulements doivent être effectués en parallèle avec la maintenance de routine et les analyses de défauts, afin de constituer des dossiers d’essais complets pour les équipements.
Pour les transformateurs ayant subi des courts-circuits au niveau des prises ou à proximité de celles-ci, il est nécessaire de mettre en œuvre une détection spécifique des déformations des enroulements afin d’évaluer avec précision l’état de ces derniers et de confirmer les conditions de remise en service, même si les résultats des essais électriques et des analyses d’huile conventionnels sont satisfaisants. Lors du diagnostic de la déformation des enroulements, il convient d’analyser de manière exhaustive des données multidimensionnelles, notamment le décalage du point de résonance, le coefficient de corrélation et la variation de l’impédance de court-circuit, afin d’éviter les erreurs de jugement liées à l’utilisation d’une seule donnée. Parallèlement, il est nécessaire de collecter en continu des données d’essais des transformateurs dans diverses conditions de fonctionnement, de synthétiser les règles de détection des défauts, d’améliorer la précision de l’identification des défauts liés à la déformation des enroulements et de garantir le fonctionnement sûr et stable des équipements du réseau électrique.
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