Application des respirateurs de transformateurs sans entretien dans les postes électriques
Actuellement, les respirateurs de type traditionnel sont largement utilisés dans les transformateurs. La capacité d'absorption d'humidité du gel de silice est toujours jugée par le personnel d'exploitation et de maintenance à travers l'observation visuelle du changement de couleur des perles de gel de silice. Le jugement subjectif du personnel joue un rôle décisif. Bien qu'il soit clairement stipulé que le gel de silice dans les respirateurs de transformateur doit être remplacé lorsque plus des deux tiers en ont changé de couleur, il n'existe toujours pas de méthode quantitative précise pour déterminer la diminution de la capacité d'adsorption à des stades spécifiques de changement de couleur.
De plus, les niveaux de compétence du personnel d'exploitation et de maintenance varient considérablement, conduisant à de grandes disparités dans l'identification visuelle. Certains fabricants et individus ont mené des recherches connexes, telles que la détection de la teneur en humidité de l'air après filtration par le gel de silice ou la surveillance en temps réel du poids du gel de silice. Des ordinateurs embarqués sont utilisés pour le contrôle, la détection et la transmission de données afin de contrôler automatiquement le chauffage et d'éliminer l'humidité du gel de silice.
1.Analyse de la situation technique actuelle
1.1 Recherches sur les respirateurs de transformateur par des institutions étrangères
Depuis de nombreuses années, sur la base de la recherche académique et des applications pratiques à l'étranger, la détection de la teneur en humidité de l'air après absorption par le gel de silice a été considérée comme la méthode la plus courante, la plus répandue et la plus efficace pour évaluer le niveau de saturation du gel de silice. Cependant, cette méthode ne peut toujours pas quantifier directement la saturation en humidité du gel de silice ; elle indique seulement de manière qualitative, par des moyens indirects, que la capacité d'adsorption a diminué et que le traitement de déshydratation est nécessaire.
La société MR propose actuellement un produit similaire pour résoudre ce problème, en utilisant des principes de détection d'humidité pour évaluer le niveau d'humidité du gel de silice, en employant du gel de silice blanc (type non indicateur). Ses inconvénients incluent : les capteurs d'humidité ont tendance à tomber en panne lorsqu'ils sont exposés à une humidité saturée (condensation en gouttes d'eau), le gel de silice blanc ne permet pas aux utilisateurs de confirmer visuellement son effet d'absorption d'humidité, et le processus de déshydratation/régénération ne peut pas être vérifié.
ABB propose également une solution similaire avec une structure à double tube. Lors de l'exploitation, une vanne électromagnétique connecte un tube au canal de respiration du conservateur tandis que l'autre subit une déshydratation et une régénération. Cependant, en raison de sa taille importante, de son poids et de son coût élevé, il n'est pas adapté pour la rétrofit des respirateurs conventionnels existants sur site.
1.2 Recherches sur les respirateurs de transformateur par des institutions nationales
Certaines entreprises nationales ont développé des respirateurs sans entretien. Ces dispositifs utilisent des mesures de pesée en ligne pour établir des modèles de saturation en humidité du gel de silice et de déshydratation par chauffage basée sur le temps. En appliquant la théorie du contrôle flou, ils atteignent un séchage de l'air idéal et une déshydratation scientifique. Pour s'assurer que les accessoires du respirateur correspondent à la durée de vie du transformateur, des microprocesseurs militaires robustes et le système d'exploitation VxWorks, ainsi que des composants de détection et d'action très stables, sont utilisés. Cela réalise véritablement un fonctionnement sans entretien pour les respirateurs de transformateur, améliorant considérablement l'efficacité et la sécurité du travail sur site, et renforçant la fiabilité des systèmes de fourniture d'électricité.
1.3 Deux points de vue existants sur le remplacement des respirateurs traditionnels
Il n'y a actuellement pas de consensus unifié dans l'industrie électrique concernant l'impact du remplacement du gel de silice dans les respirateurs de transformateurs principaux sur la protection Buchholz (gaz). Bien qu'il soit généralement convenu que pendant le remplacement du gel de silice, la protection contre les gaz lourds doit être passée de "déclenchement" à "alarme", il existe des désaccords significatifs sur la façon de reconfigurer la protection après le remplacement.
Un point de vue soutient que le remplacement du gel de silice du respirateur peut causer un déclenchement erroné de la protection gazeuse ; par conséquent, après le remplacement, le transformateur devrait subir 24 heures de fonctionnement d'essai (avec la protection contre les gaz lourds réglée sur alarme) avant de repasser en mode déclenchement.
L'autre point de vue argue que, une fois le remplacement du gel de silice terminé, il n'y a plus d'impact sur la protection contre les gaz lourds, donc la protection devrait être immédiatement restaurée en mode déclenchement.
Actuellement, une certaine compagnie de distribution d'électricité adopte la procédure suivante : avant le remplacement, elle demande l'approbation de la dispatch pour passer le lien de protection contre les gaz lourds de déclenchement à signal ; après l'achèvement, elle demande à nouveau l'approbation de la dispatch pour le restaurer en mode déclenchement. Ils vérifient qu'une borne du lien de protection contre les gaz lourds porte –110V tandis que l'autre est sans tension avant de reconnecter le lien.
1.4 État actuel de l'application des respirateurs de transformateur
La compagnie de distribution d'électricité utilise actuellement deux types de respirateurs : des canettes en verre organique détachables et des canettes non détachables. Pour les respirateurs détachables, le processus de remplacement exige une grande précision de la part des opérateurs concernant les procédures et le couple de serrage des vis ; sinon, le verre organique est facilement endommagé. L'ensemble du processus est chronophage, et les remplacements répétés entraînent souvent un mauvais scellement des joints, permettant à l'air humide non filtré d'entrer dans le conservateur et potentiellement de causer l'ingression d'humidité dans l'huile du transformateur.
Les respirateurs non détachables évitent ces problèmes mais posent un autre problème : l'ouverture de remplissage petite cause des déversements de gel de silice lors du remplacement, polluant l'environnement.
Parmi les 64 postes de la société, le gel de silice a été remplacé 178 fois en 2015, totalisant 541 kg. La fréquence de remplacement augmente considérablement pendant la saison des pluies en raison de l'humidité élevée, nécessitant des ressources humaines et matérielles importantes. Dans les zones montagneuses, les risques tels que les effondrements de routes et les chutes de rochers pendant la saison des pluies augmentent encore les dangers de transport.
2. Principe de fonctionnement des respirateurs de transformateur sans entretien
La série JY-MXS de respirateurs sans entretien est installée sur le conservateur des transformateurs à huile immergée. Lorsque l'huile du transformateur se dilate ou se contracte en raison des variations de charge ou de température ambiante, le gaz dans le conservateur passe à travers le dessicateur à l'intérieur du respirateur sans entretien, éliminant la poussière et l'humidité de l'air pour maintenir la force d'isolation de l'huile du transformateur.
Après une utilisation prolongée, lorsque le séchant devient humide, le respirateur active automatiquement sa fonction de chauffage pour éliminer l'humidité. Le système est principalement composé d'un cartouche filtrante, d'un tube en verre, d'un arbre principal, d'une cellule de charge (capteur de poids), de capteurs de température/humidité, d'un élément chauffant, d'une carte de contrôle et de silice.
Lorsque le conservateur aspire de l'air, celui-ci passe d'abord à travers un filtre en métal fritté qui élimine la poussière. L'air filtré circule ensuite dans la chambre de séchage où l'humidité est entièrement absorbée par le séchant.
Le niveau de saturation en humidité de la silice est mesuré par une cellule de charge installée à l'intérieur du respirateur. Lorsque la saturation dépasse un seuil prédéfini, les éléments chauffants en fibre de carbone à l'intérieur de la chambre de séchage s'activent pour sécher le séchant. La vapeur résultante se diffuse vers l'extérieur par convection, traverse le maillage métallique, condense sur le tube en verre et s'écoule vers une bride métallique située en bas, sortant ainsi du respirateur.
En cas de défaillance du capteur d'humidité, un contrôleur de minuterie à l'intérieur de la boîte de commande assure un chauffage périodique à des intervalles prédéfinis, permettant une véritable opération sans entretien.
3. Application des respirateurs de transformateur sans entretien
La société de distribution d'électricité a installé des respirateurs de la série JY-MXS sans entretien sur les changeurs de prise sous charge (OLTC) et les corps principaux des transformateurs n°1 de deux postes électriques distincts de 110 kV (Poste A et Poste B).
Après plus d'un an de fonctionnement :
Au Poste A, le transformateur n°1 n'a nécessité aucun remplacement de silice pour les respirateurs OLTC et du corps principal. En revanche, le transformateur n°2 a subi 5 remplacements de respirateurs du corps principal (15 kg au total) et 6 remplacements de respirateurs OLTC (6 kg au total).
Au Poste B, le transformateur n°1 n'a également nécessité aucun remplacement. Le transformateur n°2 a eu 3 remplacements de respirateurs du corps principal (9 kg) et 5 remplacements de respirateurs OLTC (5 kg).
Les données opérationnelles et les vérifications sur site montrent que toutes les fonctions des respirateurs sans entretien ont fonctionné normalement. Lorsque la silice a atteint un certain niveau de saturation, le chauffage s'est activé rapidement en fonction des signaux des capteurs pour sécher les billes. De plus, en analysant les données de poids historiques sur six mois, le contrôleur a établi un modèle d'absorption d'humidité et mis en œuvre une stratégie hybride combinant le contrôle basé sur le poids et le contrôle temporel, réduisant la charge de travail du personnel, améliorant l'automatisation et apportant des avantages économiques et sociaux.
4. Conclusion
En résumé, l'installation de respirateurs sans entretien sur les changeurs de prise sous charge et les corps principaux des transformateurs dans les postes électriques permet :
Un chauffage piloté par capteur pour déshumidifier la silice saturée,
Une surveillance en temps réel à distance via des fonctions de communication,
Des capacités d'autodiagnostic facilitant l'entretien.
Ces caractéristiques démontrent que les respirateurs sans entretien peuvent pleinement remplacer les systèmes traditionnels, résolvant efficacement les besoins d'absorption d'humidité des transformateurs et assurant une véritable opération sans entretien. De plus, l'élimination du remplacement de la silice résout le débat de longue date sur les paramètres de protection contre les gaz lourds après remplacement.
L'utilisation de respirateurs sans entretien permet à la société de distribution d'électricité de surveiller en ligne l'état des accessoires, d'obtenir le statut en temps réel des équipements et de mettre en œuvre des mesures préventives avant qu'une panne ne se produise, évitant ainsi que les transformateurs fonctionnent sous charge maximale avec des risques cachés. Cela comble le manque de surveillance en ligne des respirateurs traditionnels.
De plus, cela réduit considérablement les coûts de main-d'œuvre et les frais d'inspection routinière, favorise le recyclage des déchets et atténue le risque d'accidents majeurs causés par des pannes mineures d'accessoires. Cela permet une planification plus efficace et scientifique des activités d'entretien, élimine les dépenses inutiles, garantit une opération durable et sûre des transformateurs, et atteint finalement des objectifs de productivité, d'efficacité, de sécurité et de protection de l'environnement.
