Découverte d'un défaut de connexion d'enroulement caché dans un transformateur élévateur de générateur de MVA 32 après 23 ans de service
Après plus de vingt ans de service, le transformateur élévateur de générateur de 32 MVA d'une grande entreprise des services publics nord-américaine a déclenché son relais Buchholz, indiquant une accumulation de gaz à l'intérieur du transformateur.
L'analyse des gaz dissous effectuée deux semaines plus tard a confirmé des états anormaux dans l'huile de transformateur. Les niveaux d'hydrogène avaient augmenté de manière importante, approchant 1 000 ppm, tandis que les concentrations de méthane et de monoxyde de carbone avaient également augmenté. Le modèle de gaz indiquait un mécanisme de défaillance impliquant à la fois une activité de décharge électrique et une surchauffe localisée dans le transformateur.
Ce genre de situation pose un défi bien connu aux ingénieurs chargés de l'évaluation de l'état des transformateurs. Les systèmes de surveillance peuvent fournir des preuves claires de l'apparition d'une anomalie à l'intérieur d'un transformateur, mais ils ne révèlent pas nécessairement l'emplacement ou la gravité du problème. Avant que l'appareil puisse être remis en service en toute sécurité, les ingénieurs doivent déterminer si le défaut risque de s'aggraver et identifier la partie du transformateur concernée.
Pour comprendre la source de l'anomalie, l'entreprise a effectué une série de tests de diagnostic électrique pour les transformateurs de puissance.
Tests de diagnostic électrique
Trois tests électriques ont été effectués lors de l'enquête :
- tests de rapport de transformation (TTR)
- tests de résistance des enroulements (WR)
- tests d'impédance de court-circuit (SCI)
Chacune de ces mesures évalue un aspect différent de l'état du transformateur. Considérées dans leur ensemble, elles permettent d'évaluer l'intégrité électrique des enroulements, l'état des connexions internes et la structure mécanique du transformateur.
Les tests ont été réalisés à l'aide du système de test de transformateurs TAU3, qui permet aux ingénieurs d'effectuer plusieurs mesures de diagnostic de transformateur à partir d'une seule plateforme et de comparer les résultats au cours de la même enquête.
Les résultats du test de rapport de transformation se situaient dans des limites acceptables sur les trois phases, confirmant que la relation électrique entre les enroulements était toujours correcte.
En revanche, les mesures de résistance d'enroulement ont révélé une situation différente.
Côté haute tension, les valeurs de résistance étaient bien équilibrées, ne montrant qu'une variation de 0,17 % entre les phases. Cependant, du côté basse tension, les mesures ont montré un déséquilibre de résistance de 5,39 % entre les enroulements X1 et X2.
Bien que les recommandations de l'IEEE autorisent des différences pouvant atteindre près de 5 % dans certaines circonstances, les ingénieurs expérimentés s'attendent généralement à ce que les différences de résistance entre les phases restent proches de 2 % lorsque les mesures sont effectuées à la même température.
Les résultats ont montré que l'anomalie était probablement liée aux connexions des enroulements basse tension.
Les tests d'impédance de court-circuit ont étayé cette conclusion. Les mesures d'impédance ont également produit des résultats anormaux, ce qui renforce l'hypothèse selon laquelle le transformateur présentait un défaut mécanique ou lié aux connexions.
À ce stade de l'enquête, les données de surveillance et les résultats des tests électriques laissaient supposer un problème naissant à l'intérieur du transformateur, mais une inspection interne était nécessaire pour le confirmer.
Inspection interne et cause principale
Pour vérifier la source des mesures anormales, l'huile du transformateur a été vidangée et la partie active du transformateur a été inspectée.
La cause du problème est immédiatement apparue.
Le joint serti reliant l'enroulement X1 à la bague X1 n'a jamais été correctement fixé pendant la fabrication. La connexion du conducteur a pu être séparée manuellement et a montré des signes clairs de surchauffe et de dégradation de l'huile.
Cette connexion desserrée a augmenté la résistance dans le circuit d'enroulement. La chaleur qui en résultait a produit la signature de gaz détectée pendant l'analyse des gaz dissous et a provoqué le déséquilibre de phase observé lors des mesures de résistance d'enroulement.
Les sections de conducteur endommagées ont été retirées et des composants neufs ont été installés. La partie de l'enroulement concernée ayant été endommagée par une surchauffe, il a fallu utiliser une section de conducteur plus long lors de la réparation.
Interprétation des résultats de diagnostic
Cette enquête souligne l'importance d'interpréter conjointement les données de surveillance et les résultats de test du transformateur électrique lors de l'évaluation de l'état du transformateur.
L'analyse des gaz dissous a fourni le premier indice, laissant supposer que des conditions anormales se développaient à l'intérieur du transformateur. Les tests électriques ont ensuite permis d'identifier la source probable du problème en mettant en évidence un déséquilibre important dans la résistance de l'enroulement basse tension.
En croisant les résultats de plusieurs mesures de diagnostic, les ingénieurs ont déterminé que le défaut était dû à un problème de connexion au sein de l'enroulement du transformateur plutôt qu'à une défaillance générale de l'isolement.
Enseignements tirés de l'enquête sur les défauts de transformateurs
Plusieurs enseignements pratiques peuvent être tirés de cette enquête.
Les systèmes de surveillance tels que les relais Buchholz et l'analyse des gaz dissous fournissent des indications précoces précieuses sur l'évolution des conditions internes. Cependant, ces systèmes signalent généralement qu'un défaut existe, sans pour autant en identifier l'emplacement précis.
Les tests électriques, tels que les mesures de résistance des enroulements, restent l'un des outils de diagnostic les plus efficaces pour identifier les problèmes de connexion ou les défauts mécaniques dans les enroulements du transformateur. Même des déséquilibres de résistance relativement faibles peuvent indiquer l'apparition de problèmes qui ne sont peut-être pas encore visibles à l'aide d'autres méthodes de diagnostic.
Enfin, la réalisation de plusieurs tests complémentaires dans le cadre d'une même enquête permet aux ingénieurs d'interpréter les résultats en tenant compte du contexte. Les systèmes de test de transformateur modernes, tels que le TAU3, permettent de mesurer efficacement le rapport de transformation, la résistance des enroulements et l'impédance, et de comparer directement les résultats lors de l'analyse du comportement anormal du transformateur.
Dans ce cas précis, la combinaison des données de surveillance, des tests électriques et de l'inspection interne a finalement révélé un défaut de fabrication qui était resté caché à l'intérieur du transformateur pendant plus de vingt ans.
Poursuivre l'enquête
Cet article décrit comment les données de surveillance et les tests électriques ont aidé les ingénieurs à identifier un défaut de connexion d'enroulement caché dans un transformateur élévateur de générateur.
Pour en savoir plus sur l'enquête, y compris les résultats complets des tests, les images d'inspection et les détails de la réparation, téléchargez l'étude de cas complète. Vous pouvez également explorer le système de test de transformateur Megger TAU3 utilisé au cours de l'enquête pour découvrir comment il facilite les tests de diagnostic de transformateur efficaces sur le terrain.
