Analyse d'un accident d'explosion d'un transformateur de tension de 35 kV
Les transformateurs de tension (PT) sont composés de noyaux en fer et de bobines enroulées, fonctionnant de manière similaire aux transformateurs mais avec une capacité réduite. Ils convertissent la haute tension en basse tension pour les dispositifs de protection, de mesure et de comptage, largement utilisés dans les usines/postes. Classés par isolation : type sec (≤6 kV), type coulé (intérieur 3 - 35 kV), immergé dans l'huile (extérieur ≥35 kV), et rempli de gaz SF₆ (pour les appareils combinés).
Lors de l'exploitation des postes, des accidents dus à la résonance électromagnétique des PT ou au vieillissement de l'isolation se produisent encore. Par exemple, en mars 2015, un PT d'entrée 35 kV dans une centrale thermique a explosé en raison du vieillissement de l'isolation, provoquant une panne sur le bus I & II 35 kV. Analyse après l'enquête sur place :
1 Mode opératoire avant la panne
L'état du système de la centrale avant la panne est illustré à la Figure 1.
Le poste reçoit son alimentation électrique de deux lignes d'entrée 35 kV (ligne Jingdian 390, ligne Jingre 391). Leurs interrupteurs sont fermés, connectant aux barres de bus 35 kV Section I & II. Ces barres de bus utilisent un câblage en simple barre sectionnée. Les parafoudres protègent le côté de l'alimentation ; il n'y a pas de protection d'entrée sur le côté de la centrale thermique. Liens d'alimentation :
2. Enquête sur place & Retrospective de l'accident
Le personnel d'exploitation/entretien a trouvé deux traces d'explosion :
2.1 Analyse des données de tension du bus 35 kV Section II
Les données d'enregistrement de défaut de la barre de bus 35 kV Section II ont été récupérées pour restaurer les formes d'onde de tension, de courant et les paramètres électriques pendant l'accident. Une analyse précise des données permet de retracer le développement du défaut, fournissant des preuves clés pour déterminer la cause de l'accident.
2.2 Développement du défaut & Analyse électrique
(1)Distorsion de tension pré-défaut
19,6 ms avant le défaut : la barre de bus 35 kV Section II a des tensions triphasées symétriques, tension séquentielle zéro minimale → équipement normal.
13,6 ms avant le défaut : les tensions Phase A/B chutent à 49,0 V/43,1 V ; Phase C passe à 71,8 V ; la tension séquentielle zéro monte à 22,4 V → isolation du transformateur de tension endommagée.
1,6 ms avant le défaut : les tensions Phase A/B tombent à 11,9 V/7,4 V ; Phase C descend à 44,5 V ; la tension séquentielle zéro atteint 23,5 V → détérioration accrue de l'isolation.
(2)Survenance du défaut & Réponse de protection
Pendant le défaut : l'isolation des phases A/B se rompt (court-circuit vers la terre) ; la tension de la phase C diminue. 3 ms plus tard, les tensions triphasées retournent à zéro ; le PT explose → déterminé comme un court-circuit triphasé vers la terre.
Conclusion : Les tensions de la barre de bus avant le défaut étaient normales (pas de foudre/malfunction → surtension de résonance exclue). L'exploitation à long terme a causé une dégradation de l'isolation du transformateur de tension → dommage interne de l'isolation conduisant à un court-circuit entre spires → évolution en rupture d'isolation triphasée/court-circuit → déclenchement de la ligne.
(3)Paramètres de protection & Action
Les interrupteurs d'entrée (Jingdian 390, Jingre 391) manquent de protection d'entrée. La station principale dispose de protections avec des réglages identiques :
Après le défaut, les courants dans les deux lignes ont fortement augmenté. Après les transitoires, ils ont atteint un état stable :
Actions de protection :
3 Analyse des causes & Mesures préventives
3.1 Causes de l'accident
Le transformateur de tension électromagnétique entièrement isolé, mis en service en 2008, n'a subi aucune maintenance ni tests électriques. L'exploitation à long terme a causé un échec de l'isolation interne. Causes principales :
3.2 Tests de dommages à l'isolation
Des tests réguliers de résistance d'isolation préviennent les pannes :
3.3 Défaut courant : Surtension de résonance
Conditions de survenue :
Les transformateurs de tension électromagnétiques sont des inducteurs non linéaires. L'augmentation du courant d'excitation entraîne une saturation ferromagnétique → baisse de l'inductance (cause principale de la résonance).
La résonance nécessite une correspondance entre la capacité et l'inductance (réactance inductive ≤ 100× réactance capacitive).
Conditions de déclenchement : commutation de barre vide, élimination soudaine d'un défaut de terre, foudre, survoltage de commutation, etc.
Préventions : mettre à la terre les neutres des transformateurs de tension via des éliminateurs d'harmoniques + petites résistances ; installer des dispositifs d'élimination d'harmoniques aux deltas ouverts des transformateurs de tension de barre.
4. Conclusion
Le vieillissement de l'isolation des transformateurs de tension cause des ruptures et des pannes de barre, phénomène courant dans les réseaux. Il convient de respecter strictement les règlements sur les essais préventifs, tester/remplacer les équipements non conformes. Dans cet accident, les lignes d'entrée non protégées de la centrale thermique et l'échec de l'interrupteur de liaison 35 kV #1 ont élargi le défaut. Il est nécessaire de vérifier régulièrement la configuration/fiabilité de la protection. L'analyse de l'accident aide à identifier rapidement les problèmes, à prendre des mesures ciblées, à réduire les risques de défaut et à améliorer la fiabilité du poste.
