Analyse et résolution des anomalies de mise à la terre multipoint dans les noyaux de transformateurs électriques

L'existence d'un multipoint de mise à la terre dans les noyaux des transformateurs cause deux problèmes majeurs : d'une part, elle peut entraîner un surchauffage local par court-circuit dans le noyau, et dans les cas graves, causer des dommages par brûlure localisée au noyau ; d'autre part, les courants circulants générés dans le fil de mise à la terre normal du noyau peuvent provoquer une surchauffe localisée dans le transformateur et potentiellement conduire à des pannes de type décharge. Par conséquent, les pannes de mise à la terre multipoint dans les noyaux des transformateurs de puissance menacent directement le fonctionnement quotidien des postes électriques. Cet article analyse un problème anormal de mise à la terre multipoint dans un noyau de transformateur de puissance, en présentant le processus d'analyse de la panne et les mesures de résolution sur site.

1. Aperçu des pannes de mise à la terre

Le transformateur principal n°1 d'un poste électrique de 220 kV est un modèle SFPSZB-150000/220, fabriqué le 11 novembre 1986 et mis en service le 8 août 1988. Il utilisait initialement une circulation forcée d'huile avec refroidissement par air, mais a été converti au refroidissement par circulation naturelle d'air en 2012. Le 5 mars, lors d'un test en conditions de fonctionnement du courant de mise à la terre du noyau pour le transformateur principal n°1, il a été constaté un courant de 40 mA, ce qui représente une déviation significative par rapport aux résultats des tests précédents. L'examen du dispositif de surveillance en ligne de la mise à la terre du noyau et du dispositif de limitation de courant a montré un courant de mise à la terre du noyau de 41 mA. 

Les archives historiques indiquaient que l'appareil avait automatiquement engagé une résistance limiteuse de courant de 115 Ω le 27 février. Après avoir déterminé que le transformateur principal n°1 pourrait avoir un problème de mise à la terre multipoint du noyau, le personnel a examiné les données de surveillance chromatographique en ligne, mais n'a trouvé aucune anomalie. Les techniciens d'essai d'huile ont prélevé des échantillons du transformateur principal n°1 dans l'après-midi du 5 mars pour une analyse chromatographique de l'huile, mais les données de test n'ont montré aucun changement significatif, comme le montrent les résultats des tests chromatographiques des gaz dissous dans le tableau 1. Selon les paramètres du dispositif de surveillance en ligne, lorsque le courant de mise à la terre dépasse 100 mA, le dispositif engage automatiquement une résistance pour limiter le courant de mise à la terre. Sur cette base, il a été déterminé que le transformateur principal n°1 présente une panne de mise à la terre multipoint du noyau.

2 Analyse des pannes d'équipement

Les données de test du courant de mise à la terre du noyau du transformateur principal au cours des trois dernières années sont présentées dans le tableau 2. La comparaison des données de test historiques révèle que les mesures du courant de mise à la terre du noyau pour le transformateur principal n° 1 sont restées constamment dans des limites normales, aucune tendance anormale n'ayant été détectée dans les gaz dissous dans l'huile. Cependant, le courant de mise à la terre a montré une croissance significative, et le dispositif limiteur de courant s'est automatiquement engagé en activant la résistance limiteuse.

Sur la base d'une analyse globale de ces conditions, il peut être déterminé que le transformateur principal n° 1 présente une panne de mise à la terre multi-points du noyau. Cependant, lors de la survenue de la mise à la terre multi-points, le système de surveillance en ligne de la mise à la terre du noyau et le dispositif limiteur de courant ont immédiatement activé la résistance au moment de l'augmentation du courant, limitant efficacement l'amplitude du courant. En conséquence, aucune anomalie n'est apparue dans l'analyse chromatographique des gaz dissous dans l'huile du transformateur.

Le 28 mars, lors d'un test de coupure de courant programmée du transformateur n°1, les mesures de résistance d'isolement du noyau ont confirmé la condition de mise à la terre multi-points. Le personnel de test a mesuré la résistance d'isolement du noyau avec une tension de 1 000 V, ce qui a montré une résistance d'isolement de "0". L'utilisation d'un multimètre pour mesurer la résistance de mise à la terre du noyau a indiqué un état de continuité "conducteur" avec une valeur de résistance de "0". Ces mesures ont prouvé que le noyau du transformateur principal n°1 avait une mise à la terre multi-points, plus précisément une mise à la terre métallique.

3 Mesures de résolution

(1) Étant donné que la panne de mise à la terre pourrait être due à un contact métallique souple, la méthode par impulsion de condensateur a été tentée pour éliminer la panne : Un condensateur (avec une capacité de 26,94 μF) a été chargé à 2 500 V et déchargé trois fois dans le transformateur principal n°1. Après les impulsions, la résistance d'isolement du noyau a été mesurée pour déterminer si elle avait été récupérée. Si non, la tension de test a été augmentée à 5 000 V pour trois autres impulsions. Si la panne persistait, les tentatives ultérieures seraient abandonnées.

(2) Si la méthode par impulsion de condensateur ne parvenait pas à éliminer la panne de mise à la terre, un contrôle par levage de capot du transformateur serait effectué lorsque les conditions le permettraient, afin de localiser directement le point de mise à la terre et d'éliminer fondamentalement la panne de mise à la terre multi-points du noyau.

(3) Si le transformateur principal ne pouvait pas être immédiatement dé-énergisé pour un contrôle et une maintenance par levage de capot, une mesure temporaire consistant à connecter une résistance limiteuse de courant en série avec le conducteur de mise à la terre descendant pourrait être mise en œuvre. Le transformateur principal n°1 était équipé d'un dispositif de surveillance en ligne et de limitation de courant de mise à la terre du noyau JY-BTJZ contenant quatre réglages de résistance (115, 275, 600 et 1 500 Ω), qui avait automatiquement engagé la résistance de 115 Ω en fonction de l'intensité du courant de mise à la terre. Après la mise en service de l'équipement, la surveillance a été intensifiée avec des cycles de test raccourcis pour les mesures du courant de mise à la terre du noyau et l'analyse chromatographique de l'huile du transformateur pour le suivi.

Le processus de mise en œuvre sur le terrain était le suivant : Tout d'abord, la connexion externe de mise à la terre du noyau a été déconnectée, et un générateur haute tension continu a été utilisé pour charger le condensateur. Après environ 3 minutes de charge, la tension a atteint 2,5 kV. Ensuite, en utilisant une tige isolante, le fil de liaison a été connecté au conducteur descendant du noyau pour décharger le condensateur dans le noyau du transformateur. Après une seule décharge du condensateur dans le noyau du transformateur principal n°1, la résistance d'isolement du noyau s'est rétablie à 9,58 GΩ après 60 secondes, avec un rapport d'absorption de 1,54, conforme aux résultats des tests précédents. Le point de mise à la terre a été éliminé avec succès.

Après la remise en service du transformateur principal n°1, nous avons mesuré le courant de mise à la terre du noyau à l'aide d'un testeur de courant de mise à la terre du noyau, qui a indiqué 2 mA. Simultanément, le dispositif de surveillance en temps réel du courant de mise à la terre du noyau a également affiché 2 mA, confirmant que la panne avait été éliminée.