Comment diagnostiquer les pannes de transformateur et réduire le bruit
Avec le développement rapide de l'économie chinoise, l'industrie électrique a également progressivement élargi son échelle, augmentant les exigences en termes de capacité installée et de capacité unitaire des transformateurs. Cet article présente une brève introduction sur quatre aspects : la construction des transformateurs, la protection contre la foudre, les pannes des transformateurs et le bruit des transformateurs.
Un transformateur est un dispositif électrique couramment utilisé capable de convertir l'énergie électrique alternative. Il peut transformer une forme d'énergie électrique (courant et tension alternatifs) en une autre forme d'énergie électrique (avec la même fréquence de courant et de tension alternatifs). Dans les applications pratiques, la fonction principale d'un transformateur est de modifier les niveaux de tension, rendant la transmission de l'énergie plus pratique.
Selon le rapport entre la tension de sortie et la tension d'entrée, les transformateurs sont classés comme des transformateurs à réduction ou à élévation de tension. Un transformateur avec un rapport de tension inférieur à 1 est appelé un transformateur à réduction, dont la fonction principale est de fournir les tensions requises pour divers appareils électriques, assurant que les utilisateurs reçoivent la tension appropriée. Un transformateur avec un rapport de tension supérieur à 1 est appelé un transformateur à élévation, qui a pour principale fonction de réduire les coûts de transmission, minimiser les pertes d'énergie pendant la transmission et prolonger la distance de transmission.
Construction du transformateur
Dans les transformateurs de moyenne et grande capacité, un réservoir d'huile scellé est fourni, rempli d'huile de transformateur. Les enroulements et le noyau du transformateur sont immergés dans l'huile pour obtenir une meilleure dissipation de la chaleur. Des embases isolantes sont utilisées pour sortir les enroulements et se connecter aux circuits externes. Un transformateur se compose principalement des composants suivants : dispositif de réglage de tension, corps principal, dispositifs de sortie, réservoir d'huile, dispositifs de protection et dispositifs de refroidissement. Le dispositif de réglage de tension est divisé en changement de prise sous charge et hors charge, essentiellement un type de commutateur de prise ; le corps principal comprend les connexions, le noyau, la structure d'isolation et les enroulements ; les dispositifs de sortie incluent les embases basse et haute tension ; le réservoir d'huile comprend les accessoires (y compris les vannes d'échantillonnage, les plaques signalétiques, les vannes de vidange, les boulons de mise à la terre et les roues) et le corps principal du réservoir (y compris le fond, les parois et le couvercle) ; les dispositifs de protection comprennent les respirateurs dessicateurs, les relais de gaz, les réservoirs de compensation, les relais flottants d'huile, les indicateurs de niveau d'huile, les capteurs de température et les soupapes de sécurité ; les dispositifs de refroidissement comprennent les refroidisseurs et les radiateurs.
Bruit des transformateurs et mesures d'atténuation
Les transformateurs produisent souvent du son lors de leur fonctionnement, principalement en raison des forces électromagnétiques causant la vibration du corps principal et de la magnétostriction des tôles de silicium sous des champs magnétiques, ainsi que du bruit généré par les ventilateurs et les soufflantes des systèmes de refroidissement. Le système auditif humain ne peut percevoir le son que dans certaines fréquences de vibration ; lorsque la fréquence est comprise entre 16 Hz et 2000 Hz, elle peut être entendue. L'ultrason au-dessus de cette plage et l'infrason en dessous ne peuvent pas être perçus. Le bruit se propage du noyau vers l'air, les enroulements et les structures de serrage—c'est le chemin de propagation principal du bruit des transformateurs de puissance. Le bruit peut être réduit en diminuant la densité de flux magnétique et en minimisant la magnétostriction des tôles de silicium du noyau. Cependant, réduire la densité de flux augmente la taille du noyau et le nombre de tôles de silicium, ce qui augmente les coûts. Pour réduire le bruit sans augmenter les coûts, l'ajout de composants d'amortissement est efficace. Par exemple, placer des entretoises en caoutchouc entre l'enroulement basse tension et le noyau peut resserrer l'enroulement et fournir un amorti. Cette structure d'amortissement aide à réduire le bruit lors de sa propagation.
Protection contre la foudre des transformateurs
En Chine, un grand nombre de transformateurs sont endommagés chaque année en raison des coups de foudre. Selon les autorités compétentes, parmi les transformateurs de distribution 10 kV endommagés, 4% à 10% sont endommagés en raison de la foudre. Les connexions de conducteurs de mise à la terre inappropriées et l'installation incorrecte des paratonnerres de transformateurs sont les principales causes des dommages liés à la foudre. Les problèmes clés incluent : la mise à la terre séparée des paratonnerres côté haute et basse tension et du point neutre du transformateur ; des conducteurs de connexion trop longs et des sections de conducteurs de mise à la terre insuffisantes ; l'absence de paratonnerres côté basse tension ; l'utilisation de la structure de support comme conducteur de mise à la terre pour les paratonnerres côté haute tension ; et la non-réalisation de tests préventifs sur les paratonnerres.
Pannes des transformateurs
Lorsqu'une des modifications suivantes se produit dans un transformateur, une analyse de panne peut être effectuée en fonction de son état de fonctionnement réel : le transformateur cause une coupure de courant en raison d'un accident ou subit des phénomènes tels qu'un court-circuit à la sortie, mais n'a pas encore été démonté ; des phénomènes anormaux se produisent pendant le fonctionnement, obligeant les opérateurs à arrêter le transformateur pour inspection ou test ; pendant les tests préventifs, l'acceptation de maintenance ou la mise en service en conditions normales de coupure de courant, une ou plusieurs valeurs de paramètres dépassent les limites standard. Si l'une de ces situations se produit pendant l'utilisation réelle, le transformateur doit immédiatement subir des inspections et des tests pertinents pour s'assurer qu'il peut fonctionner normalement.
Étapes pour déterminer la présence d'une panne :
Premièrement, déterminer la possibilité d'une panne, et si c'est une panne évidente (visible) ou cachée (latente).
Deuxièmement, identifier la nature de la panne—si c'est une panne liée à l'huile ou à l'isolation solide, une panne thermique ou électrique.
Troisièmement, des facteurs tels que la puissance de la panne, le temps d'activation du relais en raison de la saturation, la gravité, la tendance de développement, la température du point chaud et le niveau de saturation des gaz dans l'huile sont des indicateurs courants pour déterminer la présence d'une panne.
Quatrièmement, trouver une méthode appropriée pour gérer l'incident. Si le transformateur peut encore fonctionner après l'incident, déterminer pendant le fonctionnement si des ajustements des mesures de sécurité et des méthodes de surveillance sont nécessaires, et si une inspection interne ou une réparation sont requises.
De nombreuses causes peuvent conduire à des pannes de transformateurs, qui peuvent être classées de plusieurs manières. Par exemple, par type de circuit, elles peuvent être catégorisées comme des pannes de circuit d'huile, des pannes de circuit magnétique et des pannes de circuit électrique. Actuellement, la panne de transformateur la plus fréquente et la plus grave est le court-circuit à la sortie, qui peut également déclencher des pannes de décharge. Les pannes de court-circuit dans les transformateurs se réfèrent généralement à des courts-circuits phase-à-phase à l'intérieur du transformateur, des courts-circuits à la terre dans les connexions ou les enroulements, et des courts-circuits à la sortie.
De nombreux accidents résultent de telles pannes. Par exemple, un court-circuit à la sortie basse tension d'un transformateur nécessite souvent le remplacement de l'enroulement affecté ; dans les cas graves, tous les enroulements peuvent nécessiter un remplacement, causant des pertes économiques et des conséquences importantes. Les courts-circuits des transformateurs méritent une attention sérieuse. Par exemple, un transformateur (110 kV, 31,5 MVA, modèle SFS2E8-31500/110) a subi un accident de court-circuit, accompagné du déclenchement des interrupteurs triphasés du transformateur principal et de l'activation de la protection par gaz lourd.
Après le retour du transformateur à l'usine pour réparation, l'inspection lors de la levée du capot a révélé : de la rouille à la fois sur la base et sur le noyau supérieur (en raison de la pluie pendant l'accident) ; une déformation sévère de l'enroulement moyenne tension en phase C, l'effondrement de l'enroulement haute tension en phase C, et un court-circuit entre les enroulements basse et moyenne tension causé par le déplacement des plaques de serrage ; une déformation sévère des enroulements moyenne et basse tension en phase B ; l'enroulement basse tension en phase C a brûlé à deux endroits ; et de nombreux petits grains de cuivre et perles de cuivre entre les spires d'enroulement. Les causes principales comprenaient : une résistance diélectrique insuffisante de la structure d'isolation ; des bandes de serrage mal alignées, des coussinets manquants et un déplacement lâche ; et des enroulements lâches.
La décharge endommage principalement l'isolation du transformateur, se manifestant de deux manières : Premièrement, les gaz actifs produits par la décharge—comme les oxydes de chlore, l'ozone et la chaleur—causent des réactions chimiques sous certaines conditions, entraînant la corrosion locale de l'isolation, une augmentation de la perte diélectrique et finalement une rupture thermique. Deuxièmement, les particules de décharge bombardent directement l'isolation, causant des dommages locaux de l'isolation qui s'élargissent progressivement et finissent par rompre.
Par exemple, un transformateur (63 MVA, 220 kV) a subi une décharge à 1,5 fois la tension, accompagnée de sons audibles de décharge et de niveaux de décharge allant jusqu'à 4000–5000 pC. Lorsque la tension de test inter-spires a été réduite à 1,0 fois et que la méthode de test à l'extrémité de ligne a été modifiée pour un soutien de 1,5 fois la tension, aucun son de décharge n'a été entendu et le niveau de décharge a chuté brusquement à moins de 1000 pC. Lors du démontage et de l'inspection, des traces de décharge en forme d'arbre ont été trouvées le long des coins d'isolation, principalement dues à un matériau d'isolation de qualité inférieure.
Lorsqu'une décharge partielle se produit à la surface de l'isolation solide, surtout lorsque les composantes normale et tangentielle de la force du champ électrique sont présentes, l'accident qui en résulte est le plus grave. Les pannes de décharge partielle peuvent se produire à tout endroit où le matériau d'isolation est de mauvaise qualité ou où les champs électriques sont concentrés, tels que entre les spires d'enroulement, aux connexions des écrans électrostatiques d'enroulement haute tension, entre les barrières de phase et aux connexions haute tension.
Les transformateurs sont des dispositifs électriques largement utilisés dans les circuits électroniques et les systèmes de puissance. En tant qu'équipement clé dans l'utilisation, la distribution et la transmission de l'énergie, les transformateurs jouent un rôle irremplaçable. Par conséquent, une attention accrue devrait être portée aux transformateurs dans les applications pratiques.
