Quelles sont les pannes courantes dans les transformateurs de distribution monophasés

Les transformateurs monophasés de distribution, en tant qu'équipements essentiels pour la transformation de tension et la distribution d'énergie dans le système électrique, sont largement utilisés dans les réseaux électriques ruraux, les zones résidentielles à basse tension et les zones avec des charges monophasées concentrées. Avec l'augmentation continue de la proportion de charges monophasées dans le réseau de distribution, le taux de défaillance des transformateurs monophasés a également augmenté. L'identification et le traitement opportuns de ces pannes sont d'une grande importance pour assurer l'approvisionnement en électricité. Selon les dernières recherches, les pannes courantes des transformateurs monophasés de distribution se concentrent principalement sur cinq catégories : pannes de bobinages, vieillissement de l'isolation, fuites d'huile, températures anormales et pannes de prises de basse tension. Ces pannes perturbent non seulement le fonctionnement normal du transformateur, mais peuvent également causer des dommages aux équipements et des interruptions d'alimentation. Cet article analysera de manière approfondie les causes, les caractéristiques et les méthodes de traitement de diverses pannes, fournissant des conseils pratiques aux personnels d'exploitation et de maintenance du système électrique.

1. Pannes de Bobinages

Les pannes de bobinages sont le type de panne le plus fréquent dans les transformateurs monophasés de distribution, comprenant les courts-circuits entre spires, les ouvertures de circuit et les pannes de mise à la terre des bobinages. Elles sont principalement causées par le vieillissement des matériaux isolants, des dommages mécaniques ou des défauts de fabrication. Un court-circuit entre spires dans le bobinage provoquera un surchauffage local à l'intérieur du transformateur, accélérant le vieillissement de l'isolation et peut finalement conduire à l'endommagement total du bobinage. Les recherches montrent que lorsqu'il y a un léger court-circuit dans le bobinage du transformateur, les dispositifs traditionnels tels que la protection différentielle et la protection au gaz peuvent ne pas fonctionner au stade initial de la panne, plaçant des exigences plus élevées sur la capacité de détection de la panne du personnel d'exploitation et de maintenance.

(1) Manifestations de la Panne

• Bruit Anormal : Le transformateur émet un son de "bouillonnement" de l'huile ou un son de "craquement" de décharge.

• Température Anormale : La température de l'huile dépasse la norme. Lorsque le contenu gazeux dans l'huile dépasse la valeur d'attention, l'état du transformateur doit être vérifié immédiatement (conformément aux normes IEC).

• Déséquilibre de Résistance : Le taux de déséquilibre de la résistance DC du bobinage dépasse 2% (valeur autorisée), indiquant une possible déformation du bobinage ou un mauvais contact.

• Tension Anormale : La tension de sortie est instable et diminue considérablement. De plus, le bobinage de basse tension est plus susceptible de se déformer lors d'un court-circuit soudain (le bobinage de basse tension est plus susceptible de se déformer sous pression).

(2) Mesures de Traitement

• Arrêt d'Urgence : Couper immédiatement l'alimentation et arrêter le fonctionnement du transformateur.

• Détection Précise : Utiliser un thermomètre infrarouge pour vérifier la répartition de la température du bobinage, localiser la panne ; mesurer la résistance DC et la capacité pour évaluer le degré de déformation.

• Réparation et Remplacement : Si nécessaire, soulever le couvercle pour la maintenance, réparer ou remplacer le bobinage endommagé.

(3) Stratégies de Prévention

• Tests Réguliers : Effectuer des tests d'isolation des bobinages pour comprendre l'état de l'isolation.

• Éviter la Surcharge : Interdire strictement l'exploitation en surcharge à long terme du transformateur pour réduire le risque de dommage au bobinage.

• Inspection Préventive : Effectuer des inspections préventives avant la période de charge maximale pour identifier les dangers cachés.

• Installation Stabilisée : Assurer que le transformateur est installé solidement pour réduire l'impact des vibrations sur le bobinage.

2. Pannes de Vieillissement de l'Isolation

Le vieillissement de l'isolation est la deuxième panne la plus courante dans les transformateurs monophasés de distribution, comprenant le vieillissement des matériaux d'isolation solides et la détérioration de l'isolation à l'huile. Le vieillissement de l'isolation réduira les performances d'isolation du transformateur et accélérera le vieillissement global de l'équipement. Selon les statistiques, cela peut raccourcir la durée de vie conçue (35-40 ans) du transformateur à environ 20 ans, ce qui est particulièrement prononcé dans les transformateurs ayant été en exploitation à long terme, dans des environnements difficiles, ou avec une opération et une maintenance insuffisantes.

(1) Manifestations de la Panne

• Changement de Qualité de l'Huile : L'huile du transformateur passe progressivement du jaune clair à l'orange ou au brun, et des dépôts de carbone peuvent apparaître.

• Déclin de l'Isolation : La valeur du test de résistance d'isolation est inférieure à la norme, et le volume de décharge partielle augmente.

• Son Anormal : Le son de fonctionnement est aigu et inégal, et le taux de vieillissement est positivement corrélé à la température (selon la théorie d'Arrhenius, le taux de vieillissement double pour chaque augmentation de 6°C de la température).

(2) Méthodes de Traitement

• Analyse d'Échantillon d'Huile : Effectuer une analyse chromatographique pour détecter le contenu des gaz caractéristiques et juger du degré de vieillissement.

• Traitement de l'Huile et des Matériaux : En fonction du vieillissement, décider de changer l'huile, de remplacer le matériau d'isolation solide, et effectuer une révision complète si nécessaire.

(3) Stratégies de Prévention

• Détection Régulière : Régulariser la détection de la qualité de l'huile et le test de résistance d'isolation pour contrôler l'état de l'isolation.

• Opération Contrôlée par Température : Maintenir une température raisonnable (norme GB : la hausse moyenne de température du bobinage du transformateur à huile immergée ≤ 65°C, et la hausse de température de l'huile supérieure ≤ 55°C).

• Optimisation de l'Environnement : Améliorer l'environnement de fonctionnement, réduire l'érosion par la poussière, l'humidité et les gaz nocifs ; choisir des transformateurs à haute efficacité comme le type S11 pour réduire la hausse de température et les pertes.

3. Pannes de Fuite d'Huile

La fuite d'huile est une panne fréquente et nuisible dans les transformateurs monophasés de distribution. Elle représente plus de 40% des pannes dans les transformateurs de puissance, ce qui affectera les performances d'isolation et de dissipation de chaleur, et causera des incendies, des pollutions et des pertes économiques.

(1) Manifestations de la Panne

• Baisse du Niveau d'Huile : Le niveau d'huile indiqué par le jaugeur diminue, et des taches d'huile peuvent être visibles à la surface du réservoir d'huile.

• Anomalies Connexes : Le son de fonctionnement est aigu et inégal, l'isolation papier-huile est humide, et les fuites s'aggravent pendant les jours de pluie et dans des environnements à forte humidité.

(2) Causes de la Panne

Vieillissement/dommage des joints, fissuration des soudures, installation incorrecte des embases, connections lâches causées par les vibrations, rouille du réservoir d'huile, et pression anormale de l'huile causée par un respirateur obstrué.

(3) Méthodes de Traitement

• Traitement Graduel : Réparer temporairement les petites fuites, et arrêter immédiatement et effectuer une révision complète pour les fuites importantes.

• Réparation Radicale : Remplacer les joints, réparer les soudures/connections, nettoyer le respirateur, et assurer le bon fonctionnement du conservateur d'huile.

(4) Stratégies de Prévention

• Inspection des Joints : Vérifier régulièrement l'état de serrage, et renforcer la fixation dans les environnements vibrants.

• Mise à Niveau des Matériaux : Utiliser des matériaux de joint de haute qualité, nettoyer le réservoir d'huile pour prévenir la corrosion ; les vieux transformateurs peuvent être remplacés par des produits avec de nouvelles structures de joint.

4. Pannes de Température Anormale

La température anormale est un type de panne clé dans les transformateurs monophasés de distribution, comprenant la surchauffe des bobinages, la surchauffe locale du noyau, et la montée de température de l'huile. C'est le "déclencheur" de pannes telles que le vieillissement de l'isolation, la fuite d'huile, et la déformation des bobinages. Selon les normes IEC, lorsque la température du point le plus chaud atteint 140°C, des bulles se formeront dans l'huile, réduisant l'isolation ou causant un flashover, endommageant le transformateur.

(1) Manifestations de la Panne

• Température Dépassant la Norme : Le jaugeur de température d'huile indique une anomalie, la surface locale est surchauffée et change de couleur, et le niveau d'huile du conservateur d'huile est anormal.

• Son Anormal : Émet un son de "bourdonnement", qui devient plus fort avec l'augmentation de la charge ; la couleur de l'huile devient plus foncée et des dépôts de carbone apparaissent.

(2) Causes de la Panne

Surcharge du transformateur, pannes internes (court-circuit du bobinage/noyau), pannes du système de refroidissement, température ambiante élevée, volume d'huile insuffisant en raison d'un mauvais serrage, et ventilation insuffisante lors de l'installation.

(3) Méthodes de Traitement

• Réduction de Charge et Arrêt : Réduire immédiatement la charge ou arrêter, et vérifier le système de refroidissement.

• Diagnostic Précis : Utiliser un thermomètre infrarouge pour localiser le point surchauffé, prendre un échantillon d'huile pour une analyse chromatographique, vérifier les pannes internes ; réparer les causes externes.

(4) Stratégies de Prévention

• Suivi et Analyse : Suivre régulièrement la température, établir une analyse de tendance ; éviter la surcharge à long terme.

• Optimisation de l'Environnement : Optimiser la position d'installation pour assurer la ventilation ; nettoyer la saleté sur le dissipateur de chaleur ; augmenter la capacité ou opérer plusieurs unités en parallèle dans les zones à forte charge, et installer des pare-soleil et des dispositifs de ventilation dans les environnements à haute température.

5. Pannes de Prises de Basse Tension

Les pannes de prises de basse tension sont propres aux transformateurs monophasés de distribution, comprenant des contacts défectueux, des ouvertures de circuit, et des connexions incorrectes. Comme le côté basse tension adopte principalement un design de prise (comme trois/quatre prises), la qualité de la connexion affecte directement la tension de sortie et la stabilité de fonctionnement, ce qui est courant dans les transformateurs avec de fortes fluctuations de charge et une opération et maintenance insuffisantes.

(1) Manifestations de la Panne

• Anomalie de Tension : La tension de sortie est instable, trop haute/trop basse.

• Son Anormal : Émet un son de "cliquetis" "friction mécanique", qui est évident lors des changements de charge ; la tension sur le côté basse tension est déséquilibrée, et la température de fonctionnement est anormalement élevée.

(2) Causes de la Panne

Soudage de prise défectueux, oxydation de la surface de contact, installation non sécurisée, échec de la restauration des connexions lors de l'opération et de la maintenance, résistance de contact élevée due à un environnement humide, et usure des points de contact due aux fluctuations de charge.

(3) Méthodes de Traitement

• Maintenance hors Tension : Vérifier la connexion de prise, resouder, et fixer les parties lâches, remplacer les composants vieillis.

• Nettoyage et Protection : Nettoyer les parties mal contactées pour assurer un bon contact du commutateur de prise.

(4) Stratégies de Prévention

• Inspection Régulière : Régulariser l'inspection des connexions de prise, et utiliser des matériaux et procédés de soudage de haute qualité.

• Adaptation à l'Environnement : Renforcer les mesures anti-humidité dans les environnements humides ; pour les transformateurs avec des ajustements de prise fréquents, remplacer par des méthodes de connexion fiables ; remplacer les vieux équipements par des produits avec de nouveaux designs de prise.

6. Application de la Technologie de Surveillance Intelligente dans le Diagnostic de Panne

Avec le développement du réseau intelligent, le mode de diagnostic traditionnel reposant sur l'expérience manuelle et des instruments simples a progressivement été remplacé par la technologie de surveillance intelligente. Le système de diagnostic de panne basé sur l'intelligence artificielle peut surveiller l'état de fonctionnement en temps réel, alerter les risques à l'avance, et améliorer la précision et l'efficacité du diagnostic.

(1) Technologies Principales

• Mesure de Température par Capteur Infrarouge : Avec une précision de ±1°C, elle peut détecter précisément les températures anormales.

• Diagnostique par Reconnaissance de Signature Acoustique : Analyser la fréquence et les caractéristiques du son de fonctionnement pour distinguer entre les sons normaux et les sons de panne.

• Analyse des Gaz Dissous dans l'Huile : Détecter le contenu des gaz caractéristiques pour déterminer le type et le degré des pannes internes.

• Système d'Apprentissage Automatique : Intégrer plusieurs paramètres pour établir un modèle de prédiction de panne.

(2) Effets de l'Application

Après l'application de la mesure de température infrarouge, une entreprise de distribution d'électricité a augmenté le taux de détection des pannes de 65% et raccourci le temps de traitement de 40% ; la reconnaissance de signature acoustique peut détecter les pannes de bobinage 3 à 6 mois à l'avance. Le système intelligent peut également localiser les pannes et évaluer leur gravité, fournissant une base pour les décisions d'exploitation et de maintenance.

7. Mesures de Maintenance et de Prévention pour les Transformateurs Monophasés

La plupart des pannes des transformateurs monophasés de distribution sont liées à l'exploitation à long terme, à l'environnement, et à une opération et maintenance insuffisantes. Établir un système de maintenance scientifique et mettre en œuvre des mesures préventives sont les clés pour réduire les pannes et prolonger la durée de vie.

(1) Maintenance Quotidienne

• Inspection de l'État de l'Huile : Vérifier régulièrement le niveau et la couleur de l'huile pour s'assurer que le niveau d'huile est normal et que la qualité de l'huile est bonne.

• Suivi de l'État : Suivre le son de fonctionnement, surveiller la température, et établir une analyse de tendance.

• Inspection des Composants : Vérifier la propreté, les dommages et les traces de décharge des embases ; vérifier le système de mise à la terre (la résistance de mise à la terre pour 100 kVA et plus ≤ 4Ω, et en dessous ≤ 10Ω).

• Gestion de l'Environnement : Assurer une installation stable, nettoyer la saleté de surface, et prévenir la pollution de rejet.

(2) Prévention Classée

• Pannes de Bobinages : Éviter la surcharge et effectuer des tests d'isolation réguliers.

• Vieillissement de l'Isolation : Opérer à une température contrôlée et effectuer des tests de qualité de l'huile réguliers.

• Fuites d'Huile : Vérifier régulièrement les joints et renforcer la fixation dans les environnements vibrants.

• Température Anormale : Optimiser l'installation, assurer la ventilation, et installer des dispositifs de surveillance de température.

• Pannes de Prises : Vérifier régulièrement les connexions, utiliser des procédés de soudage de haute qualité, et prévenir l'humidité dans les environnements humides.

(3) Adaptation et Optimisation des Normes

Sélectionner des transformateurs à haute efficacité conformément à la norme GB20052-2020 pour réduire les pertes et la montée de température ; exploiter plusieurs unités en parallèle dans les zones à forte charge pour réduire la pression de charge sur une seule unité ; renforcer la gestion de l'environnement pour réduire l'érosion externe.

8. Conclusions et Recommandations

Les pannes courantes des transformateurs monophasés de distribution sont interconnectées, et la plupart sont causées par un seul facteur menant à plusieurs types de manifestations de panne. Construire un système de diagnostic de panne complet intégrant l'expérience traditionnelle et la technologie intelligente peut améliorer la précision et l'efficacité du diagnostic.