Causes et Solutions du Taux Élevé de Défaillance des Transformateurs de Distribution

1. Causes of Failure in Agricultural Distribution Transformers

(1) Insulation Damage

L'alimentation électrique rurale utilise généralement des systèmes mixtes de 380/220 V. En raison de la forte proportion de charges monophasées, les transformateurs de distribution fonctionnent souvent sous un déséquilibre important des charges triphasées. Dans de nombreux cas, ce déséquilibre dépasse la plage admissible spécifiée dans les normes, provoquant un vieillissement prématuré, une détérioration et une défaillance de l'isolation des enroulements du transformateur, entraînant finalement une destruction par surchauffe.

Lorsque les transformateurs de distribution subissent des conditions prolongées de surcharge, des défauts sur les lignes côté basse tension ou une augmentation soudaine importante de la charge, des dommages peuvent survenir en raison d'une protection insuffisante. L'absence de dispositifs de protection côté basse tension, combinée à des fusibles chuteurs côté haute tension qui ne fonctionnent pas à temps (ou pas du tout), permet aux transformateurs de transporter des courants largement supérieurs à leurs valeurs nominales (parfois plusieurs fois le courant nominal). Cela provoque une augmentation dramatique de la température, accélérant le vieillissement de l'isolation et conduisant à la destruction par surchauffe des enroulements.

Après un fonctionnement prolongé, les composants d'étanchéité tels que les billes en caoutchouc et les joints se détériorent, se fissurent et échouent. Si ces défaillances ne sont pas détectées et remplacées rapidement, cela entraîne des fuites d'huile et une baisse du niveau d'huile. L'humidité pénètre alors en grande quantité dans l'huile isolante, réduisant considérablement sa tenue diélectrique. Une carence sévère en huile peut exposer le sélecteur de prise à l'air, provoquant une absorption d'humidité, des décharges, des courts-circuits et la destruction du transformateur.

Les défauts de fabrication contribuent également aux pannes. Des processus de production inadéquats, une imprégnation incomplète à la vernis des couches d'enroulement (ou un vernis d'isolation de mauvaise qualité), un séchage insuffisant et des soudures peu fiables aux jonctions des enroulements peuvent créer des vulnérabilités d'isolation. De plus, l'ajout d'huile isolante non conforme lors de la maintenance ou l'entrée d'humidité et d'impuretés pendant les réparations dégradent la qualité de l'huile et la résistance d'isolation, entraînant finalement une rupture d'isolation et une panne du transformateur.

(2) Overvoltage

La protection contre la foudre échoue souvent en raison de valeurs de résistance de terre qui ne répondent pas aux exigences. Même si elles étaient initialement conformes, les installations de mise à la terre peuvent se dégrader au fil du temps en raison de la corrosion de l'acier, de l'oxydation, de ruptures ou de mauvaises soudures, provoquant une augmentation considérable de la résistance de terre et rendant les transformateurs vulnérables aux dommages causés par la foudre.

Une configuration incorrecte de la protection contre la foudre est fréquente. De nombreux transformateurs de distribution agricole ont des parafoudres installés uniquement côté haute tension. Étant donné que l'alimentation rurale utilise principalement des transformateurs connectés en Yyn0, les coups de foudre peuvent générer des surtensions de transformation directes et inverses. Sans protection contre les surtensions côté basse tension, les transformateurs deviennent nettement plus sensibles aux dommages dus à ces surtensions.

Les réseaux électriques ruraux de 10 kV connaissent fréquemment des résonances ferromagnétiques. Pendant les événements de surtension par résonance, le courant primaire des transformateurs de distribution peut augmenter considérablement, brûlant les enroulements ou provoquant un claquage des traversées voire une explosion.

(3) Poor Operating Conditions

Pendant les périodes estivales de hautes températures ou lorsque les transformateurs fonctionnent continuellement en surcharge, la température de l'huile augmente excessivement. Cela affecte gravement la dissipation thermique et accélère le vieillissement, la détérioration et la défaillance de l'isolation, réduisant considérablement la durée de vie des transformateurs.

(4) Improper Tap Changer Operation or Poor Quality

La consommation d'électricité en milieu rural se caractérise par des charges dispersées, des schémas saisonniers marqués, de grandes différences entre pics et creux, des lignes basse tension longues et des chutes de tension importantes, ce qui entraîne des fluctuations de tension substantielles. Cela conduit les électriciens ruraux à ajuster fréquemment eux-mêmes les sélecteurs de prise des transformateurs. La plupart de ces ajustements ne suivent pas les procédures appropriées, et les valeurs de résistance continue ne sont pas mesurées ni comparées après l'opération avant la remise en service. Par conséquent, de nombreux transformateurs tombent en panne en raison d'un positionnement incorrect du sélecteur de prise, d'un mauvais contact, d'une augmentation de la résistance de contact et de sélecteurs de prise brûlés.

Des sélecteurs de prise de mauvaise qualité avec un mauvais contact statique et dynamique, ou des indicateurs de position inadaptés (où les marquages externes ne correspondent pas aux positions internes réelles), peuvent provoquer des accidents de décharge et de court-circuit après la mise en service, entraînant des sélecteurs de prise endommagés ou même la destruction complète des enroulements.

(5) Transformer Core Grounding Issues

Des problèmes de qualité des transformateurs de distribution peuvent provoquer un vieillissement prématuré du vernis d'isolation entre les feuilles d'acier au silicium pendant un fonctionnement prolongé, entraînant une mise à la terre multipoints du noyau et la panne du transformateur.

(6) Long-Term Overload Operation

Avec le développement économique rural, la demande d'électricité a augmenté considérablement. Toutefois, l'ajout insuffisant de nouveaux transformateurs ou leur remplacement par des unités de plus grande capacité a forcé les transformateurs existants à fonctionner continuellement en surcharge. De plus, la forte proportion de charges monophasées en milieu rural rend difficile l'équilibrage des charges triphasées, provoquant une surcharge sévère à long terme sur certaines phases tandis que les courants dans le conducteur neutre dépassent largement les valeurs admissibles. Ces conditions conduisent finalement à la destruction des transformateurs par surchauffe.

2. Countermeasures

Conformément aux normes pertinentes, chaque transformateur de distribution doit disposer de trois protections fondamentales : protection contre la foudre, protection contre les courts-circuits et protection contre les surcharges.

Pour la protection contre la foudre, des parafoudres doivent être installés des deux côtés, haute et basse tension du transformateur, les parafoudres à oxyde de zinc étant préférés.

Les protections contre les courts-circuits et les surcharges doivent être considérées séparément. Les fusibles à chutes de haute tension doivent principalement protéger contre les défauts de court-circuit internes au transformateur, tandis que les conditions de surcharge et les courts-circuits de la ligne basse tension doivent être gérés par des disjoncteurs ou des fusibles installés du côté basse tension.

Lors de l'exploitation, les courants de charge des phases doivent être régulièrement surveillés à l'aide d'ampèremètres à pince pour vérifier que le déséquilibre de charge triphasée reste dans les limites admissibles. Lorsqu'un déséquilibre excessif est détecté, une redistribution immédiate de la charge est nécessaire pour ramener le déséquilibre dans les limites standard.

L'inspection et les essais réguliers des transformateurs de distribution selon un calendrier prescrit sont essentiels. Les inspecteurs doivent vérifier la couleur, le niveau et la température de l'huile pour s'assurer de leur normalité, et rechercher toute fuite d'huile. Les surfaces des embases doivent être examinées pour détecter des marques de flashover ou de décharge. Toute anomalie doit être traitée immédiatement. Il est également recommandé de nettoyer périodiquement l'extérieur des transformateurs pour éliminer la saleté et les contaminants des embases et d'autres surfaces.

Avant chaque saison d'orages annuelle, une inspection approfondie des parafoudres haute et basse tension ainsi que des conducteurs de mise à la terre doit être effectuée. Les parafoudres non conformes doivent être remplacés. Les conducteurs de mise à la terre doivent être exempts de brins cassés, de soudures défectueuses ou de ruptures. Des conducteurs en aluminium ne doivent jamais être utilisés pour les conducteurs de mise à la terre ; au lieu de cela, des tiges d'acier de 10-12 mm de diamètre ou des bandes d'acier plat de 30×3 mm sont recommandées.

La résistance de mise à la terre doit être testée annuellement pendant l'hiver, sous des conditions météorologiques favorables (au moins une semaine de beau temps continu). Les systèmes de mise à la terre non conformes doivent être remédiés.

Les connexions entre les bornes du transformateur et les conducteurs de lignes aériennes, tant du côté haute que basse tension, doivent utiliser des composants de transition cuivre-aluminium ou des pinces de raccordement cuivre-aluminium. Avant la connexion, les surfaces de ces composants doivent être polies avec du papier de verre fin et recouvertes d'une quantité appropriée de graisse conductrice.

Lors de l'exploitation des changeurs de rapports de transformateur, les procédures doivent être strictement suivies. Après l'ajustement, le transformateur ne doit pas être immédiatement remis en service. Au lieu de cela, les valeurs de résistance directe de chaque phase doivent être mesurées avec un pont avant et après l'opération et comparées. Si aucune modification significative n'est observée, les valeurs de résistance directe phase à phase et ligne à ligne après l'opération doivent être comparées, avec des différences de phase ne dépassant pas 4 % et des différences de ligne inférieures à 2 %. Si ces critères ne sont pas respectés, la cause doit être identifiée et corrigée. Seulement après avoir satisfait à ces exigences, le transformateur peut être remis en service.