Causes d'un court-circuit soudain d'un transformateur

■ Inspection et essai de l'enroulement

Lorsqu'un transformateur est en court-circuit, sous l'action de la force électrodynamique, l'enroulement est simultanément soumis à de la pression, de la tension, de la flexion et d'autres forces, ce qui entraîne une forte dissimulation du défaut, difficile à détecter et à réparer ; l'enroulement doit donc être vérifié après un court-circuit.

■ Mesure de la résistance en courant continu d'un transformateur

En fonction de la valeur mesurée de la résistance en courant continu du transformateur, le taux de déséquilibre de cette résistance dans l'enroulement est vérifié et comparé à la valeur mesurée précédemment, ce qui permet d'identifier efficacement les dommages dans l'enroulement. Par exemple, après un court-circuit, la résistance en courant continu dans le sens C, côté basse tension, a augmenté d'environ 10 %, suggérant la présence possible de nouveaux brins dans l'enroulement. Finalement, l'enroulement a été retiré pour inspection, et il a été constaté qu'un brin de l'enroulement de phase C était rompu.

■ Mesure de la capacité des enroulements du transformateur

La capacité d'un enroulement se compose des capacités d'interaction entre spires, entre couches et entre les couches, ainsi que de la capacité de l'enroulement lui-même. Cette capacité est liée à l'entrefer entre les spires et le noyau de fer et la masse, à l'entrefer entre les spires, à l'entrefer entre les couches et à l'entrefer entre les couches. Lorsqu'un enroulement se déforme, il prend généralement une forme en « S », ce qui réduit l'entrefer entre les spires et le noyau de fer et augmente sa capacité par rapport à la masse. Plus l'entrefer est faible, plus la variation de capacité est importante. Par conséquent, la capacité de l'enroulement reflète indirectement son degré de déformation.

■ Inspection après avoir soulevé le couvercle

Après avoir remis le couvercle du transformateur, si l'on constate la présence de scories de cuivre ou d'aluminium fondues, ou de fragments de papier isolant haute densité à l'intérieur, on peut en déduire que l'enroulement a subi une déformation importante et que des brins sont rompus. Par ailleurs, le degré d'endommagement de l'enroulement peut également être évalué en observant le déplacement et l'affaissement du support d'enroulement, la position de la plaque de pression, le déplacement de la broche de pression, etc.

■ Inspection du noyau de fer et de la pince

Le noyau de fer du transformateur doit présenter une résistance mécanique suffisante, garantie par la solidité de tous les éléments de fixation et de leurs connecteurs. Lorsque l'enroulement génère une force électrique, la force axiale est compensée par la force de réaction des fixations. Si la résistance des fixations et de la plaque de traction est inférieure à la force axiale, elles endommageront l'enroulement. Il est donc indispensable de vérifier soigneusement l'état du noyau de fer, des fixations, de la plaque de traction et de leurs connecteurs, et de contrôler les points suivants :

① Vérifiez si la puce du joug sur le noyau de fer monte et descend.

② La résistance d'isolation entre la vis de perçage du noyau et le noyau de fer doit être mesurée, la gaine de la vis de perçage du noyau doit être vérifiée pour détecter tout dommage, et la plaque de traction et le connecteur de la plaque de traction doivent être vérifiés pour détecter tout dommage.

③ En cas de court-circuit du transformateur, un déplacement peut se produire entre la plaque de pression et la pièce de serrage, ce qui risque d'entraîner l'arrachement ou la destruction par surintensité de la connexion de mise à la terre de la plaque de pression et du noyau métallique de la broche de pression. Par conséquent, pour la plaque de pression de l'enroulement, outre la vérification de l'état de la broche de pression et de la plaque elle-même, il convient de s'assurer de la fiabilité de la connexion de mise à la terre entre l'enroulement, la broche de pression et le noyau supérieur.

■ Analyse de l'huile et du gaz des transformateurs

Après un court-circuit affectant le transformateur, une grande quantité de gaz peut s'accumuler dans le relais à gaz. Par conséquent, suite à un tel incident, il est possible de prélever du gaz contenu dans le relais et de l'huile du transformateur pour analyse chimique afin de déterminer la nature de l'accident.

■ Points à prendre en compte lors de la gestion d'un défaut de court-circuit du transformateur

(1) S'assurer du bon fonctionnement des pièces isolantes lors du remplacement des pièces isolantes

Lors du traitement, les performances des pièces isolantes remplacées doivent être testées et elles ne peuvent être utilisées qu'après avoir satisfait aux exigences. Une attention particulière doit être portée à l'isolation du bloc de bois du support en plomb. Ce bloc de bois doit être immergé dans de l'huile de transformateur thermique à environ 80 °C pendant une durée déterminée avant son installation afin de garantir son isolation.

(2) L'essai d'isolation du transformateur doit être effectué après que le transformateur ait été rempli d'huile et soit resté immobile pendant 24 heures.

Comme certaines parties isolantes imbibées d'huile chaude peuvent diffuser vers la surface isolante après une immersion prolongée, les défauts d'isolation ne sont pas détectables après l'injection d'huile. Par exemple, lors d'un traitement, un bloc de support en bois d'une barre de cuivre de 10 kV a été remplacé côté basse tension d'un transformateur de 31,5 MVA et 110 kV. Après le remplissage du transformateur avec de l'huile, tous les tests se sont révélés normaux. La résistance d'isolement côté basse tension (10 kV) par rapport au noyau de fer, aux bornes et à la terre a été réduite à environ 1 MΩ. Après inspection du couvercle suspendu, il s'est avéré que l'isolation du bloc de support en bois de la barre de cuivre de 10 kV était très faible. Par conséquent, il est impératif de réaliser le test d'isolation 24 heures après le remplissage du transformateur avec de l'huile.

(3) Lors du remontage, il convient d'être attentif aux angles vifs du noyau de fer.

Lors de la réinstallation du noyau de fer sur le culasse, il convient de porter une attention particulière à l'angle vif de la puce du noyau et de mesurer rapidement l'isolation entre les canaux d'huile, notamment à l'angle vif de la puce côté canal, afin d'éviter les courts-circuits multipoints dus à la liaison de la puce. Par exemple, sur un transformateur 220 kV de 120 MVA, lors du remplacement de l'enroulement basse tension et de la réinstallation du culasse, l'isolation entre les canaux d'huile s'est avérée nulle après l'opération, car l'angle vif de la puce n'avait pas été remarqué et l'isolation n'avait pas été mesurée à temps. Il a fallu beaucoup de temps pour découvrir le court-circuit au niveau de cet angle vif.

(4) Remplacer le matériau d'enroulement par un matériau à forte résistance de court-circuit.

La résistance mécanique de l'enroulement du transformateur à structure améliorée est principalement déterminée par les deux aspects suivants :

① Premièrement, la résistance mécanique de l’enroulement est déterminée par les facteurs de sa propre structure ;

2. La seconde est la résistance mécanique, déterminée par le support côté diamètre intérieur de l'enroulement, la structure de compression axiale de l'enroulement et le procédé de fabrication des plaques de traction et des brides. Actuellement, la plupart des fabricants de transformateurs utilisent du fil de cuivre semi-rigide ou un conducteur transposé auto-adhésif pour améliorer la résistance aux courts-circuits de l'enroulement lui-même, des cylindres en carton de meilleure qualité ou augmentent le nombre de renforts pour améliorer la résistance de l'enroulement aux forces radiales, et utilisent des plaques de traction ou des goujons à ressort pour améliorer la résistance de l'ensemble d'enroulements aux forces axiales.

En tant que service technique du fabricant de transformateurs de puissance, lors de la démonstration technique précédant la signature du contrat de vente du transformateur et le remplacement de l'enroulement du transformateur, la capacité anti-court-circuit de l'enroulement doit être étudiée en détail et faire l'objet d'une attention particulière.

(5) Séchage du transformateur

Étant donné que le transformateur doit être révisé pendant une longue période après avoir subi un court-circuit, deux mesures peuvent être prises pour éviter qu'il ne s'humidifie :

① Tout d'abord, avant la fin de chaque journée de travail, le transformateur doit être recouvert et une pompe à vide doit être utilisée pour éliminer l'eau libre présente à sa surface. Le lendemain, au démarrage du service, de l'azote sec ou de l'air sec doit être utilisé pour rétablir le vide. Généralement, le transformateur peut être remis en service directement après 24 heures de circulation d'huile chaude suivant la maintenance.

2. Ensuite, après chaque journée de travail, des mesures de protection contre la pluie doivent être prises pour le transformateur. Une fois les travaux terminés, le transformateur est séché par pulvérisation d'huile chaude, une opération qui dure généralement de 7 à 10 jours.

(6) Autres précautions

Après un court-circuit sur un transformateur, outre les contrôles conventionnels, la nature du défaut doit être déterminée et analysée en combinant les résultats des tests d'huile, de gaz du relais de sécurité, de résistance et de capacité des enroulements, ainsi que la mesure de leur déformation. Il convient également de vérifier la déformation des enroulements, le déplacement et le desserrage des noyaux et des fixations. Un plan de traitement et des mesures préventives doivent ensuite être définis. Si un enroulement doit être remplacé en raison d'une déformation importante due au court-circuit, il faut veiller au réassemblage des copeaux du noyau, au séchage de toutes les pièces isolantes, au traitement de l'huile et au séchage complet du transformateur.