Manifestations de défaillance et stratégies de maintenance opérationnelle pour les transformateurs d'ensembles générateurs et les transformateurs de parcs éoliens

1. Manifestations des pannes des transformateurs de groupes électrogènes

1.1 Hausse anormale de la température

La hausse anormale de la température reflète directement la santé d'un transformateur et sert d'indicateur clé d'alerte en cas de panne. Lors du fonctionnement, la conversion d'énergie électromagnétique provoque des pertes de fer et de cuivre, qui se transforment en chaleur. Pour assurer un fonctionnement normal, les transformateurs utilisent des mécanismes de dissipation de chaleur comme la circulation d'huile et le rayonnement thermique pour maintenir l'équilibre de la température interne.

Des thermomètres et des systèmes de détection en ligne surveillent les changements de température de l'huile supérieure et des enroulements. Lorsqu'un transformateur est défectueux, les rythmes de dissipation de chaleur sont perturbés, provoquant des pics de température anormaux. Cela signale des problèmes potentiels tels que le surcharge, le vieillissement de l'isolation ou une panne du système de refroidissement, indiquant des défauts mécaniques ou électriques plus profonds.

1.2 Vibrations et bruits anormaux

En fonctionnement normal, les transformateurs produisent de faibles vibrations et des bruits audibles. Le courant alternatif dans les enroulements cause des changements périodiques du champ magnétique dans le noyau de fer, induisant une magnétostriction dans les feuilles de noyau. Les interactions magnétiques subtiles entre les laminations et les ajustements dynamiques des forces électromagnétiques à l'intérieur des bobines génèrent des vibrations et des sons réguliers, semblables au "pouls vital" du transformateur, reflétant une activité électromagnétique harmonieuse à l'intérieur.

Si ce "pouls" dévie (par exemple, augmentation des vibrations, bruit anormal ou bruits atypiques, comme dans la Figure 1), cela peut révéler des défauts cachés. Des composants internes lâches, des courts-circuits dans les enroulements ou des courts-circuits entre le noyau et la terre peuvent perturber la conversion d'énergie, causant un stress mécanique supplémentaire et des perturbations électromagnétiques. Une surveillance et une analyse précises des vibrations et des bruits sont cruciales pour le diagnostic et l'élaboration de stratégies de maintenance préventive.

1.3 Niveau anormal d'huile

L'huile de transformateur, considérée comme le "sang vital" pour assurer le fonctionnement sûr de l'équipement, joue plusieurs rôles essentiels en tant que milieu de dissipation de chaleur, barrière d'isolation et agent extincteur d'arc. La suffisance de son volume détermine directement si le transformateur peut maintenir un fonctionnement stable et efficace dans des conditions de travail complexes.

La surveillance du niveau d'huile est réalisée par un indicateur de niveau d'huile précisément conçu, qui agit comme un "baromètre liquide" pour le transformateur, reflétant les changements en temps réel du volume d'huile interne. Dès que l'indicateur de niveau d'huile montre des anomalies, en particulier lorsque le niveau d'huile descend en dessous de la ligne standard, il ne s'agit pas simplement d'une réduction de la quantité d'huile, mais d'un signal d'alarme indiquant des risques potentiels sérieux : une baisse du niveau d'huile réduit considérablement l'efficacité du refroidissement, provoquant une accumulation de chaleur et une élévation accrue de la température à l'intérieur du transformateur, accélérant le vieillissement des matériaux d'isolation.

Par ailleurs, une insuffisance d'huile affaiblit la protection de l'isolation des composants internes, augmentant considérablement le risque de décharge d'arc, qui peut déclencher des pannes catastrophiques telles que des courts-circuits et menacer le fonctionnement sûr de l'ensemble du système électrique.

2. Stratégies d'exploitation et de maintenance des transformateurs d'éoliennes dans les parcs éoliens
2.1 Inspection générale des transformateurs

Les transformateurs de puissance assurent la transmission haute tension et l'alimentation en électricité 220V stable chez l'utilisateur grâce à la régulation de tension, et leur exploitation et maintenance sont cruciales pour la stabilité du système électrique. Un grand parc éolien, confronté à un grand nombre de transformateurs largement répartis, adopte un mode combiné de surveillance à distance et d'inspection sur site : la surveillance à distance utilise des systèmes en ligne pour surveiller les paramètres de fonctionnement, avec des contrôles quotidiens de routine et une surveillance renforcée pendant les périodes de pointe pour enregistrer des données telles que la charge et la tension, avec une gestion rapide des anomalies ; les inspections sur site couvrent les structures externes, les joints d'huile, les connexions de lignes et l'état des relais Buchholz, avec des inspections ciblées dans des conditions météorologiques spéciales. Après mise en œuvre, le taux de défaillance annuel moyen des transformateurs est passé de 3 % à moins de 1 %.

2.2 Amélioration de l'exploitation des systèmes intelligents

Les systèmes d'exploitation et de maintenance intelligents nécessitent une collaboration d'équipements et des capacités de traitement de données. Les technologies existantes peinent à répondre aux besoins de scénarios complexes tels que l'alimentation côté haute tension, nécessitant la construction de nouveaux modèles. La recherche et le développement suivent le processus de "conception théorique - vérification en laboratoire - application pratique", en combinant des technologies telles que le cloud computing pour développer des architectures modulaires, qui sont déployées après des tests sur des plateformes virtuelles. Après trois mois de réglage du système, le taux de défaillance des transformateurs a baissé de 30 % le premier mois d'exploitation, permettant une alerte précoce des pannes potentielles.

2.3 Renforcement des travaux préventifs

La maintenance préventive est une stratégie centrale, visant à éliminer les dangers cachés par des inspections actives. Le parc éolien utilise des systèmes en ligne pour surveiller des paramètres tels que la température de l'huile, effectue des analyses d'échantillons d'huile trimestrielles pour évaluer l'état de l'isolation, et optimise les systèmes de gestion pour clarifier les responsabilités postes. La maintenance des transformateurs à sec comprend le nettoyage du noyau, l'inspection de la carrosserie et des enroulements, et l'entretien des surfaces de contact des busbars. Après mise en œuvre, les arrêts non planifiés ont été réduits de 240 heures à 40 heures, les pertes économiques sont passées de 5 millions de yuans à 800 000 yuans, et le temps moyen entre les pannes (MTBF) a augmenté de 2 000 heures à 4 500 heures.

2.4 Maintenance et gestion de l'huile

Dans la production d'énergie éolienne, les transformateurs de parcs éoliens, équipements de conversion d'énergie centraux, ont un impact direct sur l'efficacité globale et les retours économiques. En poursuivant des opérations efficaces, les parcs éoliens doivent également remplir leurs responsabilités sociales en promouvant des pratiques de maintenance écologiques. Comme partie centrale de la gestion du cycle de vie des transformateurs, la maintenance de l'huile garantit non seulement la fiabilité à long terme, mais soutient également des opérations durables.

L'huile de transformateur, le "sang vital" des transformateurs, est cruciale pour la dissipation de chaleur ; sa qualité détermine les performances électriques et la durée de vie. Les tests réguliers sont donc essentiels, se concentrant sur deux aspects : 1) les propriétés physiques et chimiques (résistance diélectrique, valeur d'acidité, humidité, contamination par particules) ; 2) l'analyse des gaz dissous (DGA), qui détecte l'hydrogène, l'acétylène, l'éthylène, etc., pour alerter tôt sur les pannes internes (décharge partielle, surchauffe, arcing) et soutenir la maintenance préventive.

La purification et le remplacement de l'huile sont essentiels à la maintenance. Au fil du temps, l'huile se détériore en raison de la chaleur, de l'oxydation et de l'accumulation de polluants. Une filtration en ligne/hors ligne efficace élimine l'humidité, les impuretés et le carbone libre, restaurant l'isolation et le transfert de chaleur. Le remplacement opportun de l'huile, basé sur une analyse stricte de la qualité et de l'économie lors du vieillissement, maximise la rentabilité.

Une température d'huile appropriée optimise les performances et prolonge la durée de vie des composants. Des vérifications régulières du système de refroidissement, comme le nettoyage des radiateurs et l'inspection des ventilateurs/pompes, empêchent la surchauffe due à une mauvaise dissipation de chaleur. Toutes les données de test, les registres de maintenance et les journaux de remplacement doivent être détaillés, numérisés et analysés pour former des profils de santé, permettant une planification de maintenance raffinée basée sur les données.

3 Conclusion

L'exploitation et la maintenance des transformateurs dans les parcs éoliens allient la précision technique à la gestion intelligente et durable. L'intégration de la surveillance avancée, des algorithmes d'IA et de l'expérience traditionnelle améliore la prédiction des pannes, optimise les cycles de maintenance, assure la fiabilité de l'approvisionnement en électricité et maximise l'utilisation des ressources éoliennes. Cette étude, en analysant les caractéristiques opérationnelles, en proposant des optimisations de maintenance et en prévoyant les tendances, offre des insights précieux pour les ingénieurs et les décideurs de l'énergie éolienne.