Comment gérer les pannes de transformateur?
Pannes courantes des transformateurs et leurs méthodes de traitement.
1. Surchauffe du transformateur
La surchauffe est extrêmement nocive pour les transformateurs. La plupart des pannes d'isolation des transformateurs sont causées par la surchauffe. L'augmentation de la température réduit la résistance diélectrique et la résistance mécanique des matériaux d'isolation. La norme IEC 354, Guide de charge pour les transformateurs, stipule que lorsque la température du point le plus chaud d'un transformateur atteint 140°C, des bulles se forment dans l'huile. Ces bulles peuvent réduire les performances d'isolation ou provoquer un flashover, entraînant des dommages au transformateur.
La surchauffe affecte considérablement la durée de vie des transformateurs. Selon la règle des 6°C pour les transformateurs, dans la plage de température de 80 à 140°C, chaque augmentation de 6°C de la température double la vitesse à laquelle la durée de vie effective de l'isolation du transformateur est réduite. La norme nationale GB1094 spécifie également que la limite d'élévation de température moyenne des enroulements pour les transformateurs immergés dans l'huile est de 65K, l'élévation de température du haut de l'huile est de 55K, et celle du noyau et du réservoir est de 80K.
La surchauffe du transformateur se manifeste principalement par une élévation anormale de la température de l'huile. Les causes principales possibles incluent : (1) surcharge du transformateur ; (2) défaillance du système de refroidissement (ou engagement incomplet du système de refroidissement) ; (3) panne interne du transformateur ; (4) indication incorrecte par le dispositif de mesure de température.
Lorsqu'une élévation anormale de la température de l'huile du transformateur est détectée, les causes possibles ci-dessus doivent être vérifiées une par une pour établir un jugement précis. Les points clés d'inspection et de traitement sont les suivants :
(1) Si les instruments opérationnels indiquent que le transformateur est en surcharge, et que les thermomètres des trois phases d'un groupe de transformateurs monophasés montrent des lectures essentiellement cohérentes (avec une possible déviation de quelques degrés), et que le transformateur et le système de refroidissement fonctionnent normalement, l'élévation de température est probablement due à la surcharge. Dans ce cas, il faut renforcer la surveillance du transformateur (charge, température, état de fonctionnement), informer immédiatement le service de dispatching supérieur, et recommander le transfert de charge pour réduire l'ampleur et la durée de la surcharge.
(2) Si l'élévation de température est due à un engagement incomplet du système de refroidissement, le système doit être activé immédiatement. Si le système de refroidissement est en panne, la cause doit être identifiée rapidement et traitée immédiatement. Si la panne ne peut pas être résolue rapidement, la température et la charge du transformateur doivent être surveillées de près, des rapports doivent être faits en continu au service de dispatching et à la gestion de production, la charge du transformateur doit être réduite, et le transformateur doit fonctionner selon la valeur de charge correspondante adaptée à la capacité de refroidissement actuelle.
(3) Si le dispositif de mesure de température à distance émet un signal d'alarme de haute température avec une valeur indiquée très élevée, mais que le thermomètre local montre des lectures normales et qu'il n'y a pas d'autres signes de panne du transformateur, l'alarme peut être un faux signal dû à une panne dans le circuit de mesure de température à distance. De telles pannes peuvent être corrigées à un moment approprié.
(4) Si, dans un groupe de transformateurs triphasés, la température de l'huile d'une phase augmente significativement par rapport à sa température historique sous la même charge et conditions de refroidissement, et que le système de refroidissement et le thermomètre sont normaux, la surchauffe peut être causée par une panne interne du transformateur. Des personnes qualifiées doivent être notifiées immédiatement pour prendre un échantillon d'huile pour une analyse chromatographique afin d'identifier davantage la panne. Si l'analyse chromatographique indique une panne interne, ou si la température de l'huile continue d'augmenter sous des conditions de charge et de refroidissement inchangées, le transformateur doit être mis hors service conformément aux règles sur site.
2. Défaillance du système de refroidissement
Le système de refroidissement aide à dissiper la chaleur des enroulements et du noyau à travers l'huile du transformateur. Tous les transformateurs principaux de 500kV utilisent une circulation forcée d'huile avec un refroidissement forcé par air. Le bon fonctionnement du système de refroidissement est une condition critique pour le fonctionnement normal du transformateur. La défaillance de l'équipement de refroidissement est une panne courante des transformateurs. Lorsque l'équipement de refroidissement tombe en panne, la température de fonctionnement du transformateur augmente rapidement, et la perte de durée de vie de l'isolation augmente considérablement.
En cas de défaillance de l'équipement de refroidissement, les opérateurs doivent surveiller de près la température et la charge du transformateur, faire des rapports en continu au service de dispatching et aux superviseurs d'exploitation. Si la charge du transformateur dépasse la limite spécifiée sous des conditions de refroidissement défectueuses, une réduction de charge doit être demandée conformément aux règles sur site.
Il convient de noter que lors de la montée en température de l'huile, le noyau et les enroulements chauffent plus rapidement que l'huile. La température de l'huile peut sembler augmenter légèrement, mais les températures du noyau et des enroulements peuvent déjà être très élevées. En particulier, lorsque les pompes à huile tombent en panne, la montée en température des enroulements par rapport à l'huile dépasse largement la valeur normale spécifiée sur la plaque signalétique. La température de l'huile peut sembler augmenter légèrement ou ne pas être notable, tandis que les températures du noyau et des enroulements peuvent déjà largement dépasser les limites admissibles.
Par la suite, à mesure que la température de l'huile augmente progressivement, les températures du noyau et des enroulements continueront à augmenter jusqu'à des valeurs encore plus élevées, maintenant une certaine montée en température par rapport à l'huile sous la charge et les conditions de refroidissement données. Par conséquent, en cas de défaillance du système de refroidissement, non seulement les températures de l'huile et des enroulements doivent être observées, mais aussi la capacité et le temps de fonctionnement admissibles du transformateur sous l'arrêt du système de refroidissement, tels que spécifiés par le fabricant et les règles sur site, doivent être respectés. D'autres changements opérationnels doivent également être surveillés pour évaluer de manière globale l'état de fonctionnement du transformateur.
Pour vérifier la défaillance de l'équipement de refroidissement, déterminez l'étendue de l'arrêt (ventilateur ou pompe à huile individuelle arrêtée, groupe entier arrêté, arrêt monophasé ou triphasé), faites référence au schéma de commande du système de refroidissement pour localiser le point de panne, et minimiser le temps d'arrêt de l'équipement de refroidissement.
Si un ventilateur ou une pompe à huile individuelle tombe en panne alors que les autres fonctionnent normalement, les causes possibles incluent :
Une phase de l'alimentation triphasée du ventilateur ou de la pompe à huile est en circuit ouvert (fusible fondu, mauvais contact ou fil cassé), provoquant une augmentation du courant moteur, le déclenchement du relais thermique ou la coupure d'alimentation, ou la surchauffe du moteur ;
Défaillance des roulements ou mécanique du ventilateur ou de la pompe à huile ;
Défaut dans le relais de commande correspondant, le contacteur ou d'autres composants dans le circuit de commande du ventilateur ou de la pompe à huile, ou rupture du circuit (par exemple, borne desserrée, mauvais contact) ;
Réglage du relais thermique trop bas, provoquant un déclenchement erroné.
Si la cause est un défaut d'alimentation ou de circuit, le fil cassé doit être rapidement réparé, les fusibles remplacés et l'alimentation et le circuit rétablis. Si le relais de commande est endommagé, il doit être remplacé par un de rechange. Si le ventilateur ou la pompe à huile est endommagé, une maintenance doit être demandée immédiatement.
Si un groupe (ou plusieurs) de ventilateurs ou de pompes à huile s'arrêtent simultanément, la cause probable est un défaut d'alimentation pour ce groupe, un fusible fondu, le déclenchement d'un relais thermique ou un relais de commande endommagé. Le ventilateur ou la pompe à huile de secours doit être immédiatement mis en service, puis le défaut réparé.
Si tous les ventilateurs ou pompes à huile d'un transformateur principal s'arrêtent, cela doit être dû à une panne de l'alimentation principale d'une ou de toutes les trois phases du système de refroidissement. Dans ce cas, vérifiez si l'alimentation de secours s'est engagée automatiquement. Si ce n'est pas le cas, engagez manuellement l'alimentation de secours rapidement, identifiez la cause du défaut et éliminez-le.
Lors du traitement des pannes d'alimentation et de la restauration de l'alimentation, veillez à respecter les points suivants :
Lors du remplacement des fusibles, ouvrez d'abord l'interrupteur côté alimentation et charge du circuit. Lors d'un remplacement de fusible sous tension, lorsque la deuxième phase est installée, le moteur triphasé reçoit une alimentation biphasée, générant un courant important qui peut faire fondre le nouveau fusible installé.
Utilisez des fusibles dont les spécifications et la capacité correspondent au design.
Lors de la restauration de l'alimentation et du redémarrage des équipements de refroidissement, procédez par étapes ou par groupes autant que possible pour éviter le démarrage simultané de tous les ventilateurs et pompes à huile, ce qui pourrait provoquer un pic de courant et faire fondre les fusibles à nouveau.
Après la restauration de l'alimentation triphasée, si les ventilateurs ou les pompes à huile ne démarrent toujours pas, il se peut que le relais thermique n'ait pas été réinitialisé. Réinitialisez le relais thermique. S'il n'y a pas de défaut dans les équipements de refroidissement, ils devraient redémarrer normalement.
3. Niveau d'huile anormal
Un niveau d'huile anormal du transformateur comprend un niveau d'huile anormal du réservoir principal et un niveau d'huile anormal du régulateur de charge sous tension (OLTC). Les transformateurs 500kV utilisent généralement des réservoirs d'huile avec des diaphragmes ou des vessies, avec des jauges de niveau d'huile à pointeur indiquant le niveau d'huile. Le niveau d'huile des deux peut être observé via la jauge.
Si le niveau d'huile du transformateur est bas, la cause doit être recherchée. Si le niveau d'huile est bas en raison d'une température ambiante basse ou d'une charge légère provoquant une baisse de la température de l'huile jusqu'à la ligne de niveau d'huile minimum, de l'huile doit être ajoutée rapidement. Si le niveau d'huile baisse en raison d'une fuite importante, des mesures doivent être prises immédiatement pour arrêter la fuite et ajouter de l'huile.
Un niveau d'huile élevé du transformateur peut être causé par :
un remplissage excessif d'huile, avec le niveau d'huile augmentant avec la température lors d'une température ambiante élevée ou d'une charge élevée ;
une défaillance du système de refroidissement ;
une défaillance interne du transformateur.
Lorsque le niveau d'huile est trop élevé, vérifiez la charge et la température de l'huile, confirmez la normalité du système de refroidissement, vérifiez que toutes les positions de vannes sont correctes, et recherchez tout signe de défaillance interne. Si le niveau d'huile est excessivement élevé ou s'il y a une surcharge, et qu'aucun autre défaut n'est présent, une petite quantité d'huile de transformateur peut être vidangée de manière appropriée.
Un niveau d'huile élevé dans le réservoir d'huile OLTC, outre la température de l'huile, peut également être causé par un surchauffage des connexions électriques ou d'autres raisons entraînant une défaillance de l'étanchéité de la chambre OLTC, permettant à l'huile isolante du réservoir principal de fuir dans la chambre OLTC, provoquant une montée anormale du niveau d'huile OLTC. Lorsque le niveau d'huile OLTC augmente anormalement et de manière continue, même en débordant du respirateur du réservoir d'huile OLTC, informez immédiatement le service de dispatching, faites tester et analyser par des professionnels, et demandez la mise hors service du transformateur défectueux pour maintenance.
Les transformateurs 500kV utilisent généralement des réservoirs d'huile avec des diaphragmes ou des vessies et des jauges de niveau d'huile à pointeur, qui indiquent le niveau d'huile en fonction de la position du fond du diaphragme ou de la vessie. Les conditions suivantes peuvent causer une indication incorrecte du pointeur :
Le gaz accumulé sous le diaphragme ou la vessie la fait flotter au-dessus du niveau d'huile réel, entraînant une indication de niveau d'huile plus élevée ;
Le blocage du respirateur empêche l'air d'entrer lorsque le niveau d'huile baisse, entraînant une indication de niveau d'huile plus élevée ;
La rupture de la vessie ou du diaphragme permet à l'huile d'entrer dans l'espace supérieur, pouvant entraîner une indication de niveau d'huile plus basse.
Ces trois situations peuvent conduire à une indication incorrecte du niveau d'huile, nécessitant que les opérateurs observent et analysent soigneusement pendant le fonctionnement normal.
4. Déclenchement du relais de gaz léger
Lorsque le relais de gaz léger s'active, cela indique un fonctionnement anormal du transformateur et doit être inspecté et traité immédiatement. Les méthodes sont les suivantes :
(1) Inspectez l'apparence, le son, la température, le niveau d'huile et la charge du transformateur. Si une fuite d'huile sévère est détectée et que le niveau d'huile est en dessous du repère 0 sur le jauge, éventuellement en dessous du niveau du relais de gaz qui déclenche les signaux d'alarme, le transformateur doit être immédiatement retiré du service et la fuite réparée promptement.
Si une hausse anormale de la température ou un bruit de fonctionnement inhabituel est détecté, il peut y avoir une panne interne. Le bruit anormal du transformateur se présente sous deux formes : l'une causée par la vibration mécanique, l'autre par la décharge partielle. Un tisonnier (ou une lampe de poche) peut être utilisé - appuyez fermement une extrémité contre la carrosserie et écoutez avec l'oreille à l'autre extrémité - pour déterminer si le bruit provient des composants internes (vibration mécanique ou décharge partielle). Le bruit de décharge a généralement un rythme similaire au bruit de corona sur les embases haute tension. Si un bruit de décharge interne suspect est détecté, effectuez immédiatement une analyse chromatographique de l'huile et intensifiez la surveillance.
(2) Prélèvement d'un échantillon de gaz pour analyse. Généralement, un jugement qualitatif sur place est combiné à une analyse quantitative en laboratoire.
Pour le prélèvement de gaz, utilisez une seringue d'un volume approprié. Retirez l'aiguille et attachez un court morceau de tube en plastique ou en caoutchouc résistant à l'huile. Avant le prélèvement, remplissez la seringue et le tube d'huile de transformateur pour chasser l'air, puis poussez complètement le piston pour expulser l'huile. Connectez le tube à la vanne de purge du relais de gaz (assurez-vous d'une connexion étanche). Ouvrez la vanne de purge du relais de gaz et tirez lentement le piston de la seringue pour aspirer le gaz dans la seringue.
Approchez une flamme de l'aiguille de la seringue et poussez lentement le piston pour libérer le gaz, en observant s'il est inflammable. Simultanément, envoyez le gaz au laboratoire pour une analyse de la composition du gaz afin d'obtenir un jugement précis.
Si le gaz est inflammable ou si l'analyse chromatographique confirme une panne interne, le transformateur doit être immédiatement retiré du service.
Si le gaz est incolore, inodore et non inflammable, et que l'analyse chromatographique l'identifie comme de l'air, l'alarme du relais de gaz peut être un faux signal dû à une panne du circuit secondaire. Le circuit doit être inspecté et réparé promptement.
Lors du prélèvement de gaz, utilisez une seringue transparente incolore pour faciliter l'observation de la couleur du gaz. La procédure doit être effectuée sous une supervision stricte, en maintenant une distance de sécurité par rapport aux parties sous tension.
5. Déclenchement du transformateur
Lorsqu'un transformateur se déclenche automatiquement, une inspection complète doit être réalisée immédiatement pour identifier la cause avant de prendre des mesures. Les éléments spécifiques d'inspection comprennent :
(1) Sur la base des signaux des relais de protection, de l'enregistreur de défauts et d'autres dispositifs de surveillance, déterminez quelle protection a fonctionné.
(2) Vérifiez la charge, le niveau d'huile, la température de l'huile, la couleur de l'huile et s'il y a éjection d'huile, fumée, flashover ou rupture des embases, opération de la soupape de décharge de pression ou d'autres signes de panne évidents avant le déclenchement, et s'il y a présence de gaz dans le relais de gaz.
(3) Analysez la forme d'onde de l'enregistreur de défauts.
(4) Comprenez les conditions du système : s'il y a eu des pannes de court-circuit à l'intérieur ou à l'extérieur de la zone de protection, s'il y a eu des opérations de système ou des surtensions de commutation, ou un courant de démarrage lors de la fermeture.
Si l'inspection montre que le déclenchement automatique n'était pas dû à une panne du transformateur, le transformateur peut être remis sous tension après l'élimination des pannes externes.
Si l'une des conditions suivantes est constatée, une panne interne du transformateur doit être suspectée. La cause doit être identifiée, la panne éliminée, et des essais électriques, une analyse chromatographique et d'autres tests ciblés doivent confirmer que la panne est résolue avant de remettre sous tension :
(1) Le gaz prélevé du relais de gaz est confirmé inflammable par analyse ; (2) Des signes de panne interne évidents dans le transformateur, tels que la déformation du réservoir, un niveau d'huile anormal, une éjection d'huile sévère ; (3) Des marques de flashover évidentes ou des dommages, ruptures sur les embases du transformateur ; (4) Deux relais de protection ou plus (différentiel, gaz, pression) ont fonctionné.
6. Bruit anormal
(1) Si le bruit est fort et bruyant, il peut être dû à des problèmes de noyau du transformateur. Par exemple, des serre-joints ou des boulons de serrage du noyau lâches. Les lectures des instruments sont généralement normales, et la couleur, la température et le niveau de l'huile ne montrent pas de changement significatif. Dans ce cas, arrêtez le fonctionnement du transformateur et effectuez une inspection.
(2) Si le bruit contient un son d'eau bouillante ou un "gargouillement" de bulles, cela peut indiquer une panne grave de bobinage provoquant la surchauffe et la vaporisation de l'huile des parties voisines. Un contact défectueux dans le changeur de rapports causant une surchauffe locale ou un court-circuit entre spires de bobinage peuvent tous deux produire ce son. Arrêtez immédiatement le fonctionnement du transformateur et effectuez une maintenance.
(3) Si le bruit contient des sons d'explosion forts et irréguliers, cela peut indiquer une rupture d'isolation dans le corps du transformateur. Arrêtez le fonctionnement et effectuez une maintenance.
(4) Si le bruit contient un son de décharge "zizi", cela peut être dû à une décharge partielle de surface sur le corps du transformateur ou sur les embases. S'il s'agit d'un problème d'embase, un éclat de corona ou de petites étincelles bleues/pourpres peuvent être visibles par mauvais temps ou la nuit. Nettoyez la surface de l'embase et appliquez de l'huile de silicone ou de la graisse de silicone. Arrêtez le transformateur et vérifiez si le raccordement à la terre du noyau et les espacements entre les parties sous tension et la terre répondent aux exigences.
(5) Si le bruit contient des sons de frappe ou de frottement continus et rythmiques, cela peut être dû à un contact mécanique causé par la vibration de certains composants, ou à un bruit anormal causé par une décharge électrostatique.
7. Projection d'huile et explosion
L'éclaboussure d'huile et l'explosion se produisent lorsque les courants de court-circuit internes et les arcs à haute température vieillissent rapidement l'huile du transformateur, et que le relais de protection ne parvient pas à couper l'alimentation en temps voulu, permettant ainsi au défaut de persister et à la pression interne du réservoir de continuer à augmenter. L'huile et les gaz sous haute pression sont ensuite éjectés par le tuyau anti-explosion ou d'autres points faibles du réservoir, provoquant un accident.
(1) Dommages à l'isolation : Le surchauffage local, tel que les courts-circuits entre spires, endommage l'isolation ; l'intrusion d'eau dans le transformateur cause l'humidité et l'endommagement de l'isolation ; les surtensions, comme les coups de foudre, endommagent l'isolation — ce sont des facteurs fondamentaux conduisant aux courts-circuits internes.
(2) Coupure de fil entraînant un arc électrique : Une soudure défectueuse des conducteurs de bobinage ou des connexions de câble lâches peuvent causer une coupure de fil sous l'effet d'un pic de courant élevé. Les arcs électriques à haute température au point de rupture vaporisent l'huile, augmentant la pression interne.
(3) Défaillance du changeur de prises : Dans les transformateurs de distribution, la section de prise de la bobine haute tension est connectée via le changeur de prises. Les contacts du changeur de prises sont en série dans le circuit de la bobine haute tension et supportent le courant de charge et de court-circuit. Si les contacts mobiles et fixes surchauffent, étincellent ou arquent, la section de prise de la bobine peut subir un court-circuit.
8. Arrêt d'urgence du transformateur
Un transformateur en fonctionnement doit être arrêté immédiatement si l'une des conditions suivantes est observée :
(1) Bruit interne anormal ou significativement accru ; (2) Dommages graves et décharge sur les embases ; (3) Fumée, incendie ou éclaboussure d'huile du transformateur ; (4) Le transformateur présente un défaut, mais le dispositif de protection ne fonctionne pas ou fonctionne incorrectement ; (5) Un incendie ou une explosion à proximité pose une menace grave pour le transformateur.
En cas d'incendie du transformateur, déconnectez immédiatement l'alimentation, arrêtez les ventilateurs et les pompes à huile, appelez immédiatement les services d'incendie et activez les équipements d'extinction. Si l'incendie est causé par l'huile d'isolation qui déborde et brûle sur le couvercle supérieur, ouvrez la vanne de vidange inférieure pour libérer l'huile jusqu'à un niveau approprié afin d'arrêter le débordement, évitant que le niveau d'huile ne descende en dessous du couvercle et ne provoque un incendie interne. Si l'incendie est dû à un défaut interne, l'huile ne doit pas être vidangée, pour éviter que l'air n'entre et ne forme un mélange explosif qui pourrait provoquer une explosion sévère.
En résumé, lorsqu'un défaut de transformateur se produit, un jugement précis et une gestion adéquate sont essentiels — prévenir l'aggravation du défaut tout en évitant des arrêts inutiles. Cela nécessite une amélioration des capacités de diagnostic et l'accumulation d'expérience opérationnelle pour identifier correctement et traiter rapidement les défauts de transformateur, empêchant ainsi l'expansion de l'accident.
Les facteurs causant un bruit anormal du transformateur sont nombreux, et les emplacements des défauts varient. Seule une accumulation continue d'expérience permet de faire des jugements précis.
