Transformateurs de puissance : Risques de court-circuit, causes et mesures d'amélioration

Transformateurs de puissance : Risques, causes et mesures d'amélioration des courts-circuits

Les transformateurs de puissance sont des composants fondamentaux dans les systèmes électriques qui assurent la transmission d'énergie et sont des dispositifs inductifs cruciaux garantissant une opération électrique sûre. Leur structure se compose de bobines primaires, de bobines secondaires et d'un noyau en fer, utilisant le principe de l'induction électromagnétique pour modifier la tension alternative. Grâce à des améliorations technologiques sur le long terme, la fiabilité et la stabilité de l'alimentation électrique ont été continuellement renforcées. Cependant, divers dangers cachés importants subsistent encore. Certaines unités de transformateurs souffrent d'une capacité insuffisante de résistance aux chocs de court-circuit, les rendant vulnérables aux phénomènes de court-circuit. Pour déterminer efficacement les causes et les localisations des pannes, il est nécessaire d'intensifier la recherche sur les pannes de transformateurs et les technologies de diagnostic afin d'adopter des technologies correspondantes qui résolvent efficacement les problèmes de diagnostic des pannes de transformateurs.

1. Dangers des courts-circuits des transformateurs de puissance

• Impact du courant de surintensité : Un court-circuit soudain dans un transformateur génère un grand courant de court-circuit. Bien que sa durée soit brève, avant que le circuit principal du transformateur ne soit déconnecté, ce danger potentiel peut déjà s'être formé, pouvant causer des dommages internes au transformateur et réduire les niveaux d'isolation.

• Impact des forces électromagnétiques : Lors d'un court-circuit, le courant excessif génère des forces électromagnétiques significatives qui affectent la stabilité. Dans les cas graves, les enroulements du transformateur peuvent être affectés, tels que la déformation des enroulements, l'endommagement de la force d'isolation des enroulements et l'endommagement d'autres composants. Dans les cas extrêmes, cela peut conduire à des accidents de sécurité électrique tels que l'incendie du transformateur.

2. Causes des courts-circuits des transformateurs de puissance

(1) Les programmes de calcul de courant sont développés sur la base de modèles idéalisés qui supposent une distribution uniforme du champ magnétique de fuite, des diamètres de spires identiques et des forces en phase. Cependant, dans la réalité, le champ magnétique de fuite dans les transformateurs n'est pas uniformément distribué et est relativement concentré dans la partie joug, où les fils électromagnétiques subissent des forces mécaniques plus importantes. Aux points de transposition des câbles transposés continus (CTC), la pente de montée change la direction de la transmission de la force, générant un couple. En raison du facteur de module élastique des blocs d'espacement, une distribution axiale inégale des blocs d'espacement peut provoquer une résonance retardée des forces alternatives produites par les champs magnétiques de fuite alternatifs. C'est la raison fondamentale pour laquelle les disques d'enroulement situés à la section du joug du noyau, aux points de transposition et aux positions correspondantes avec les changements de prise déforment en premier lieu.

(2) L'utilisation de conducteurs transposés conventionnels ayant une faible résistance mécanique les rend vulnérables à la déformation, à la séparation des brins et à l'exposition du cuivre lorsqu'ils sont soumis à des forces mécaniques de court-circuit. Lors de l'utilisation de conducteurs transposés conventionnels, des courants élevés et des pentes de transposition abruptes à ces positions génèrent un couple important. De plus, les disques d'enroulement situés aux deux extrémités des enroulements subissent un couple considérable en raison des effets combinés des champs magnétiques de fuite radial et axial, entraînant une déformation par torsion.

Par exemple, l'enroulement commun de phase A du transformateur de 500 kV Yanggao avait 71 transpositions, et en raison de l'utilisation de conducteurs transposés conventionnels relativement épais, 66 de ces transpositions présentaient divers degrés de déformation. De même, le transformateur principal WuJing No. 11 a également montré différents degrés de retournement et d'exposition des fils aux extrémités de l'enroulement haute tension dans la section du joug du noyau en raison de l'utilisation de conducteurs transposés conventionnels.

(3) Les calculs de résistance au court-circuit ne tiennent pas compte de l'impact de la température sur la flexibilité et la résistance à la traction des fils électromagnétiques. La résistance au court-circuit conçue à température ambiante ne reflète pas les conditions réelles de fonctionnement. Selon les résultats des tests, la température des fils électromagnétiques a un impact significatif sur leur limite d'élasticité (σ0,2). À mesure que la température des fils électromagnétiques augmente, leur résistance à la flexion, leur résistance à la traction et leur allongement diminuent tous. À 250°C, la résistance à la flexion et à la traction est considérablement inférieure à 50°C, tandis que l'allongement diminue de plus de 40%. En fonctionnement réel, les transformateurs atteignent une température moyenne d'enroulement de 105°C à pleine charge, avec des points chauds atteignant 118°C. La plupart des transformateurs subissent des processus de recouplage automatique pendant leur fonctionnement.

Ainsi, si le point de court-circuit ne disparaît pas immédiatement, le transformateur subira un deuxième impact de court-circuit dans un très court laps de temps (0,8 seconde). Cependant, après l'impact du premier courant de court-circuit, la température de l'enroulement augmente rapidement. Selon les normes GB1094, la température maximale autorisée est de 250°C, à ce moment-là, la résistance au court-circuit de l'enroulement a considérablement diminué. Cela explique pourquoi la plupart des accidents de court-circuit de transformateurs se produisent après des opérations de recouplage.

(4) Une construction d'enroulement lâche, un traitement de transposition inadéquat et une finesse excessive font que les fils électromagnétiques deviennent suspendus. Du point de vue des emplacements de dommage dans les accidents, la déformation est la plus fréquemment observée aux points de transposition, en particulier aux emplacements de transposition des conducteurs transposés.

(5) L'utilisation de conducteurs souples est l'une des principales raisons de la mauvaise résistance au court-circuit des transformateurs. En raison d'une compréhension insuffisante de ce problème au début ou de difficultés avec les équipements et les procédés d'enroulement, les fabricants étaient réticents à utiliser des conducteurs semi-rigides ou n'avaient pas de telles exigences dans leurs conceptions. Tous les transformateurs qui ont échoué utilisaient des conducteurs souples.

(6) Des espacements d'assemblage excessifs entraînent un soutien insuffisant sur les fils électromagnétiques, créant des dangers cachés pour la résistance au court-circuit des transformateurs.

(7) Des forces de pré-serrage inégales appliquées à divers enroulements ou positions de prises de terre font que les disques d'enroulement sautent lors d'impacts de court-circuit, entraînant un stress de flexion excessif sur les fils électromagnétiques et une déformation ultérieure.

(8) L'absence de traitement de durcissement entre les spires ou les fils conduit à une résistance insuffisante aux courts-circuits. Les enroulements initiaux traités par trempage dans la laque n'ont subi aucun dommage.

(9) Un contrôle inadéquat de la force de pré-serrage des enroulements provoque un décalage des conducteurs dans les conducteurs transposés conventionnels.

(10) Les incidents fréquents de courts-circuits externes entraînent des effets cumulatifs des forces électromagnétiques après plusieurs impacts de courant de court-circuit, conduisant à l'assouplissement des fils électromagnétiques ou au déplacement relatif interne, aboutissant finalement à une rupture d'isolation.

3. Mesures d'amélioration pour renforcer la résistance aux courts-circuits des transformateurs de puissance

(1) Effectuer des essais de court-circuit pour prévenir les problèmes avant qu'ils ne se produisent

 La fiabilité opérationnelle des grands transformateurs dépend principalement de leur structure et de la qualité du processus de fabrication, suivie par divers tests effectués pendant l'exploitation pour saisir opportunément l'état de l'équipement. Pour comprendre la stabilit性问题，我会继续完成翻译。

la stabilité mécanique d'un transformateur, des essais de court-circuit peuvent être réalisés pour identifier les points faibles et les améliorer, assurant ainsi la confiance dans la conception de la robustesse structurelle des transformateurs.

(2) Standardiser la conception et mettre l'accent sur le processus de compression axiale dans la fabrication des bobines

Lors de la conception des transformateurs, les fabricants devraient prendre en compte non seulement la réduction des pertes et l'amélioration des niveaux d'isolation, mais aussi le renforcement de la solidité mécanique et de la résistance aux défauts de court-circuit. En termes de processus de fabrication, puisque de nombreux transformateurs utilisent des plaques de pression isolées avec des bobines haute et basse tension partageant une seule plaque de pression, cette structure nécessite des normes élevées de processus de fabrication. Les blocs d'espacement doivent subir un traitement de densification, et après le traitement des bobines, chaque bobine doit subir un séchage sous pression constante avec mesure de la hauteur de la bobine compressée.

Après ce traitement, les bobines sur la même plaque de pression doivent être ajustées à la même hauteur. Lors de l'assemblage final, une pression spécifiée doit être appliquée aux bobines à l'aide de dispositifs hydrauliques pour atteindre la hauteur conçue et requise par le processus. Lors de l'assemblage final, il faut non seulement prêter attention à la compression des bobines haute tension, mais aussi particulièrement contrôler la compression des bobines basse tension.