Mesures visant à améliorer la résistance aux courts-circuits des transformateurs de puissance

Aperçu des transformateurs de puissance

Le transformateur de puissance électronique est principalement réalisé grâce à la technologie de l'électronique de puissance. Celle-ci convertit un signal à fréquence industrielle en un signal à fréquence industrielle, c'est-à-dire qu'elle abaisse la fréquence. En adoptant un schéma de commande approprié pour le fonctionnement du dispositif électronique de puissance, l'énergie électrique d'une fréquence, d'une tension et d'une forme d'onde données peut être convertie en énergie électrique d'une autre fréquence, tension et forme d'onde. Le volume du transformateur d'isolement intermédiaire dépendant de l'induction magnétique de saturation du matériau du noyau de fer et de l'élévation de température maximale admissible du noyau et de l'enroulement, et l'induction magnétique de saturation étant inversement proportionnelle à la fréquence de fonctionnement, l'augmentation de cette dernière permet d'améliorer l'utilisation du noyau de fer, réduisant ainsi la taille du transformateur et augmentant son rendement global.

2. Mesures visant à améliorer la résistance aux courts-circuits des transformateurs de puissance

Le fonctionnement sûr, économique et fiable des transformateurs, ainsi que leur rendement, dépendent de leur qualité de fabrication, de leur environnement d'exploitation et de la qualité de leur maintenance. Ce chapitre s'efforce de répondre aux questions relatives aux mesures permettant de prévenir efficacement les défaillances soudaines des transformateurs lors de leur exploitation et de leur maintenance.

Le réseau électrique est fréquemment sujet aux courts-circuits, notamment en raison de la foudre, de dysfonctionnements ou de défaillances des relais de protection. L'intensité du courant de court-circuit peut endommager le transformateur ; il est donc essentiel d'améliorer sa tenue aux courts-circuits sous tous ses aspects. Les statistiques relatives aux accidents de court-circuit sur transformateurs montrent que 80 % d'entre eux sont dus à des défauts de fabrication, contre seulement 10 % pour les problèmes d'exploitation et de maintenance. Les mesures relatives à la conception et à la fabrication ont été abordées au chapitre 2 ; ce chapitre se concentre sur les mesures à prendre lors de l'exploitation et de la maintenance. Lors de ces opérations, il convient, d'une part, de minimiser les courts-circuits afin de réduire leur fréquence ; d'autre part, de contrôler régulièrement la déformation des enroulements du transformateur pour prévenir les problèmes.

(1) Normaliser la conception et porter une attention particulière au processus de compression axiale des bobines lors de leur fabrication. Lors de la conception, le fabricant doit veiller non seulement à réduire les pertes et à améliorer le niveau d'isolation du transformateur, mais aussi à renforcer sa résistance mécanique et sa résistance aux courts-circuits. Concernant le processus de fabrication, étant donné que de nombreux transformateurs utilisent des plaques de pression isolantes et que les bobines haute et basse tension partagent une même plaque, cette structure exige une technologie de fabrication de haut niveau et des plaques de haute densité. Sécher une bobine à pression constante et mesurer sa hauteur après compression. Une fois que chaque bobine d'une même plaque de pression a subi le même processus, elle est ajustée à la même hauteur, et un dispositif hydraulique est utilisé pour appliquer la pression spécifiée lors de l'assemblage final. La hauteur requise pour la conception et le processus doit ainsi être atteinte. Lors de l'assemblage général, outre la compression de la bobine haute tension, une attention particulière doit être portée au contrôle de la compression de la bobine basse tension.

(2) Effectuer un test de court-circuit sur le transformateur afin de prévenir tout court-circuit. La fiabilité de fonctionnement des transformateurs de grande taille dépend en premier lieu de leur structure et de la qualité de leur fabrication, et en second lieu de divers tests effectués en cours de fonctionnement pour appréhender en temps réel les conditions de fonctionnement de l'équipement. Pour évaluer la stabilité mécanique du transformateur, il est possible d'améliorer ses points faibles grâce à des tests de court-circuit, garantissant ainsi une conception structurelle fiable.

(3) Utiliser une protection par relais fiable et un système de réenclenchement automatique. Les courts-circuits dans le système sont des accidents que l'on tente d'éviter, mais qu'il est impossible d'éliminer totalement. Sur une ligne de 10 kV, le risque de court-circuit est particulièrement élevé en raison d'erreurs de manipulation, de l'introduction d'animaux, de forces extérieures ou de la responsabilité de l'utilisateur. Par conséquent, tout transformateur mis en service doit être équipé d'une alimentation CC fiable pour le système de protection et son bon fonctionnement doit être vérifié. Compte tenu de la faible tenue aux courts-circuits externes des transformateurs en fonctionnement, il convient d'examiner attentivement les facteurs défavorables au réenclenchement automatique ou à la mise en service forcée après un déclenchement suite à un court-circuit. À défaut, cela pourrait aggraver les dommages au transformateur et même compromettre sa réparation. Actuellement, certains services d'exploitation ont supprimé le réenclenchement des lignes aériennes de proximité (à moins de 2 km) ou des câbles sous-marins, selon la probabilité que le court-circuit puisse être éliminé automatiquement et instantanément, ou bien ils ont allongé l'intervalle entre les réenclenchements afin de limiter les problèmes liés à un défaut de réenclenchement. Le risque de déclenchement intempestif en cas de court-circuit doit être minimisé.

(4) Procéder activement à des essais et à un diagnostic de déformation des enroulements du transformateur. Généralement, après un court-circuit, l'enroulement se déforme partiellement et, même s'il n'est pas immédiatement endommagé, cela peut engendrer des problèmes graves. Premièrement, la distance d'isolation varie et l'isolation rigide est endommagée, provoquant des décharges partielles. En cas de surtension due à la foudre, des claquages ​​entre spires et entre couches minces peuvent se produire, entraînant des défaillances d'isolation soudaines. Même sous tension de fonctionnement normale, des défaillances d'isolation peuvent être causées par les effets prolongés des décharges partielles.

Par conséquent, le diagnostic actif des déformations des enroulements des transformateurs, la détection en temps opportun des transformateurs défectueux et la planification de la vérification et de la maintenance des capots permettent non seulement d'économiser beaucoup de main-d'œuvre et de ressources matérielles, mais jouent également un rôle extrêmement important dans la prévention des accidents de transformateurs.

La distribution des zéros et des pôles de la fonction de transfert H(jω) (c'est-à-dire la caractéristique de réponse en fréquence) est étroitement liée aux composants et aux méthodes de connexion du réseau à deux ports. De nombreuses études expérimentales montrent que les enroulements de transformateur présentent généralement davantage de points de résonance dans la gamme de fréquences de 10 kHz à 1 MHz. En dessous de 10 kHz, l'inductance de l'enroulement joue un rôle prépondérant, le nombre de points de résonance est généralement plus faible et la sensibilité aux variations de la capacité distribuée est moindre. Au-delà de 1 MHz, l'inductance de l'enroulement est compensée par la capacité distribuée, ce qui réduit d'autant le nombre de points de résonance et diminue la sensibilité aux variations d'inductance. De plus, à mesure que la fréquence augmente, la capacité parasite de la boucle de test (conducteur) influence significativement les résultats.

Le testeur de déformation des enroulements de transformateur étant coûteux et nécessitant un personnel hautement qualifié, son utilisation à grande échelle en production et en exploitation reste limitée. C'est pourquoi, en pratique, la méthode d'évaluation de la déformation des enroulements par la mesure de la capacité du transformateur constitue un complément utile à la méthode de réponse en fréquence. En particulier, lorsque cette dernière ne s'applique pas, l'état de fonctionnement des enroulements peut être rapidement appréhendé en comparant les mesures de capacité cumulées horizontalement et verticalement, réduisant ainsi les risques d'accidents et garantissant le fonctionnement sûr et stable du réseau électrique.

(5) Renforcer l'inspection lors de la construction, de l'exploitation et de la maintenance sur site, et utiliser un système de protection contre les courts-circuits fiable. Lors de l'installation du transformateur sur site, la construction doit être réalisée en stricte conformité avec les instructions et spécifications du fabricant, la qualité doit être rigoureusement contrôlée et des mesures appropriées doivent être prises pour éliminer les dangers potentiels. Le personnel d'exploitation et de maintenance doit renforcer l'inspection, la maintenance et la gestion de la garantie du transformateur afin de garantir son bon fonctionnement et prendre les mesures nécessaires pour réduire la probabilité de courts-circuits au niveau de la prise et dans les zones avoisinantes. Afin d'éviter autant que possible les courts-circuits du système, pour les transformateurs mis en service, il convient d'équiper en priorité le système de protection d'un système CC fiable pour garantir le bon fonctionnement de la protection. La méthode de test de réponse en fréquence permet de mesurer l'état du transformateur après un déclenchement suite à un court-circuit, et de contrôler le capot en fonction des résultats du test, ce qui permet d'éviter efficacement les accidents majeurs.

La capacité d'un transformateur à résister à différents courants de court-circuit dépend principalement de sa conception structurelle et de son processus de fabrication. Elle est étroitement liée à la gestion de son exploitation, aux conditions de fonctionnement et au niveau des techniques de construction. Un court-circuit au niveau d'un transformateur est extrêmement préjudiciable au fonctionnement du réseau électrique. Afin de prévenir de tels accidents, des mesures de contrôle efficaces doivent être mises en œuvre à différents niveaux pour garantir le fonctionnement sûr et stable des transformateurs et du réseau électrique.