Analyse de quatre cas majeurs de défaillance de transformateurs électriques
Cas Un
Le 1er août 2016, un transformateur de distribution de 50 kVA dans une station d’alimentation électrique a soudainement projeté de l'huile lors de son fonctionnement, suivi par la combustion et la destruction du fusible haute tension. Les tests d'isolation ont révélé une résistance de zéro mégohms entre le côté basse tension et la terre. L'inspection du noyau a déterminé que l'endommagement de l'isolation du bobinage basse tension avait causé un court-circuit. L'analyse a identifié plusieurs causes principales de cette panne de transformateur :
Surcharge : La gestion des charges a historiquement été un point faible dans les stations d’alimentation électrique de base. Avant les réformes du système d'électricité rurale, le développement était en grande partie non planifié. Les pannes de transformateurs étaient des événements courants pendant le Festival du Printemps, les saisons agricoles et les périodes de sécheresse nécessitant l'irrigation. Bien que des systèmes de gestion aient été mis en place, les capacités de gestion des électriciens ruraux nécessitent une amélioration. Les charges électriques rurales augmentent rapidement avec des modèles saisonniers forts et manquent de gestion planifiée. La surcharge à long terme cause la panne des transformateurs. De plus, avec la forte augmentation des revenus des agriculteurs, les charges des appareils ménagers ont augmenté rapidement, et les industries de transformation individuelles centrées sur les ménages se sont développées rapidement, entraînant une croissance substantielle de la charge électrique. Bien que l'investissement dans l'équipement de distribution soit considérable, les fonds limités signifient que le remplacement des transformateurs ne peut pas suivre la croissance de la charge, provoquant la panne des transformateurs par surcharge.
De plus, les charges électriques rurales sont difficiles à gérer, et la sensibilisation à l'utilisation planifiée de l'électricité est faible. Pendant les périodes de charge élevée telles que l'irrigation, les saisons agricoles et les heures du soir, la concurrence pour l'utilisation de l'électricité devient problématique, contribuant à la panne des transformateurs.
Déséquilibre de charge triphasée : Lorsque les charges triphasées sont déséquilibrées, des courants triphasés asymétriques se produisent, créant un courant de séquence nulle dans la ligne neutre. Le flux magnétique de séquence nulle généré par ce courant induit un potentiel de séquence nulle dans les bobinages du transformateur, déplaçant le potentiel du point neutre. La phase avec un courant plus élevé devient surchargée, endommageant l'isolation des bobinages, tandis que la phase avec un courant plus faible ne peut pas atteindre sa capacité nominale, réduisant l'efficacité de sortie du transformateur. Des connexions médiocres aux bornes basse tension et neutre des bobinages de transformateurs surchargés peuvent causer un chauffage, un vieillissement et une déformation des joints en caoutchouc et des joints d'huile, conduisant à des fuites d'huile et à la panne des bornes.
Défauts de court-circuit : Que ce soient des défauts de court-circuit monophasé à la terre ou interphase, la faible impédance des bobinages basse tension des transformateurs de distribution produit des courants de court-circuit extrêmement élevés. En particulier avec des courts-circuits proches, les courants de défaut peuvent atteindre plus de 20 fois le courant nominal du transformateur. Ces puissants courants de court-circuit génèrent des forces d'impact électromagnétiques et thermiques importantes qui endommagent les transformateurs de distribution, faisant des courts-circuits le mode de panne le plus destructeur pour les transformateurs.
Les causes principales actuelles des défauts de court-circuit incluent :
Un mauvais écartement pour les lignes de distribution basse tension, où la chute d'arbres ou le choc de véhicules contre les poteaux provoquent des courts-circuits
Une installation, un fonctionnement ou une maintenance inadéquate des disjoncteurs basse tension, provoquant des courts-circuits aux bornes des disjoncteurs
Une installation médiocre ou une maintenance insuffisante des boîtes de comptage basse tension montées sur les transformateurs, provoquant des courts-circuits proches
Contre-mesures :
Configurer correctement les fusibles basse tension pour qu'ils fondent lorsque le courant basse tension dépasse le courant nominal du transformateur, protégeant ainsi le transformateur. Les fusibles basse tension doivent être dimensionnés à 1,5 fois la capacité du transformateur.
Mesurer les charges des transformateurs pendant les périodes de forte demande et remplacer immédiatement les transformateurs surchargés.
Renforcer l'exploitation et la maintenance en remplaçant les isolateurs fissurés, en dégageant les couloirs de ligne et en empêchant les courts-circuits interphase pour protéger les transformateurs.
Cas Deux
En 2015, un bureau d’électricité a subi 32 pannes de transformateurs. La plupart étaient fabriqués par un seul fabricant. Après des inspections approfondies du noyau et des prélèvements d'huile, il a été découvert que 80% des échantillons d'huile de transformateur contenaient de l'eau. Une analyse plus poussée a révélé que les tuyaux de remplissage d'huile des conservateurs de ces transformateurs avaient un mauvais scellement. Pendant les pluies, l'eau s'accumulait dans les tuyaux pendant de longues périodes et finissait par s'infiltrer dans les transformateurs. Au fil du temps, la teneur en eau de l'huile de transformateur augmentait continuellement, réduisant ses propriétés d'isolation et provoquant des pannes de transformateurs.
Contre-mesures :
Installer des coupelles métalliques sur les tuyaux de remplissage d'huile pour les isoler du contact direct avec l'eau. Après l'installation de ces coupelles sur tous les transformateurs de ce type, le nombre de pannes a considérablement diminué.
Effectuer des tests d'échantillonnage d'huile annuels sur les transformateurs de distribution et remplacer immédiatement l'huile de transformateur lorsque les résultats des tests sont insatisfaisants.
Cas Trois
En 2018, un transformateur de puissance dans une station d’alimentation a brûlé un jour clair et ensoleillé, alors que la charge n'était pas élevée. L'inspection du noyau a révélé des points d'arc de court-circuit évidents sur le bobinage haute tension, causés par une mauvaise isolation entraînant un court-circuit.
Analyse : Ce type de défaillance du transformateur manque de facteurs externes évidents, ce qui rend difficile l'identification de la cause sans inspection du noyau. La plupart de ces défaillances se produisent parce que les performances d'isolation du transformateur se dégradent au fil d'une longue période d'exploitation, et des mesures opportunes ne sont pas prises. Finalement, l'isolation ne peut plus répondre aux exigences opérationnelles, entraînant un incendie du transformateur.
Contre-mesures :
Effectuer annuellement des tests de résistance d'isolation sur les transformateurs de distribution, tenir des registres et analyser les tendances. Remplacer rapidement les transformateurs lorsque les valeurs d'isolation tombent en dessous des exigences pour prévenir les incendies.
Surveiller régulièrement l'isolation des transformateurs situés dans des zones fréquemment exposées à la foudre pour prévenir les défaillances dues à une isolation dégradée.
Cas quatre
Le 6 juillet 2017, lors d'un orage, un transformateur situé sur un sommet de montagne dans une station de distribution électrique a subi la combustion de son fusible haute tension et un écoulement d'huile. Les tests d'isolation ont montré une résistance de zéro mégohms entre la haute tension et le sol, indiquant une défaillance du transformateur.
Analyse : La cause de cette défaillance du transformateur était une surtension due à la foudre, qui a rompu l'isolation du transformateur, entraînant un court-circuit.
Contre-mesures :
Améliorer la résistance de mise à la terre des parafoudres des transformateurs pour s'assurer que les valeurs restent dans des limites raisonnables.
Effectuer annuellement des tests d'isolation des parafoudres haute et basse tension sur les transformateurs de distribution, remplacer rapidement ceux qui ne répondent pas aux normes.
Renforcer la gestion du personnel pour prévenir les accidents
L'état de fonctionnement des transformateurs de distribution est étroitement lié à la qualité de la gestion. Avec une gestion minutieuse, les incidents d'incendie des transformateurs peuvent être efficacement prévenus.
Comprendre les conditions de charge de chaque zone de transformateur : Le personnel de gestion de l'énergie doit évaluer régulièrement les charges des utilisateurs, surveiller à la fois l'augmentation des appareils électroménagers pour les utilisateurs résidentiels et l'expansion des usines et des mines, l'ajout de machines supplémentaires et l'augmentation des équipements de chauffage et de refroidissement. Ces informations peuvent être recueillies par la lecture des compteurs et des visites de terrain régulières pour maintenir une connaissance précise.
Résumer les expériences et les leçons passées : Comprendre comment les changements climatiques saisonniers affectent les équipements. Renforcer et améliorer les points faibles et les dangers potentiels révélés lors des catastrophes, en mettant en œuvre des mesures préventives ciblées telles que l'ajustement de la protection contre la surcharge du transformateur en fonction des conditions réelles pour améliorer la résilience des équipements face aux catastrophes naturelles.
Effectuer une analyse proactive de la charge et des prévisions : En utilisant les données de première main recueillies à partir des deux points précédents, effectuer scientifiquement des prévisions de charge et mettre en œuvre des améliorations appropriées, y compris des modifications de ligne, une redistribution de charge et des augmentations de capacité des transformateurs. Renforcer les inspections des équipements pendant les catastrophes de vent, de neige, de pluie verglaçante et les périodes de grand froid pour prévenir les défaillances et améliorer la fiabilité des équipements tout en réduisant les incendies des transformateurs.
Souligner la responsabilité du personnel : Premièrement, établir une forte conscience de service axée sur le service à l'utilisateur et la garantie d'une tension stable de qualité. Le personnel doit être habile à identifier les dangers potentiels et à écouter les retours des utilisateurs, résolvant les problèmes rapidement sans retard. Les équipements ne doivent jamais être exploités avec des défauts connus ou des problèmes ignorés. La gestion doit passer d'une réponse passive à une exécution proactive et d'une exécution routinière à une mise en œuvre créative. Deuxièmement, la responsabilité doit être appliquée. Sans mécanismes de responsabilité, les responsabilités de travail et les règlements deviennent inutiles. Une responsabilité stricte doit être imposée au personnel qui néglige ses devoirs, abuse de son pouvoir pour son gain personnel, effectue un travail superficiel ou n'applique pas efficacement les mesures - résultant en des problèmes non résolus pour les utilisateurs, des dangers non traités ou des dommages aux équipements. Seulement en intégrant l'accomplissement des responsabilités avec des mécanismes rigoureux de responsabilité, la responsabilité du travail peut être renforcée, l'efficacité opérationnelle améliorée, l'efficacité de la mise en œuvre améliorée, les besoins des utilisateurs mieux servis, les incidents de puissance causés par l'homme prévenus et l'intégrité opérationnelle des équipements maintenue.
Conclusion
En résumé, les transformateurs de puissance peuvent tomber en panne pour de nombreuses raisons au cours de leur exploitation, mais avec une gestion et une maintenance renforcées, les défaillances de transformateurs causées par l'homme peuvent être considérablement réduites. Cela améliore la fiabilité de l'approvisionnement en électricité tout en réduisant les coûts de maintenance pour les entreprises de distribution d'électricité, bénéficiant à la fois aux entreprises et aux utilisateurs. Cela démontre l'importance pratique significative de l'analyse des défaillances des transformateurs et de la mise en œuvre de mesures correctives appropriées.
