[PDF] Aide au diagnostic de défauts des transformateurs de puissance

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THÈSE

Pour obtenir le grade de

SpécialitéGénie Electrique

Arrêté ministériel

Présentée par

Jean

Thèse dirigée par Jean

Gilles ROSTAING

préparée au sein du Lab l'École Doctorale

Thèse soutenue publiquement le

M. François BURET

M.

M. Jean

Professeur ±

M. Gilles ROSTAIN

Ma±

2 150

Résumé

Les transformateurs de puissance sont des éléments clés des systèmes électriques. Leurs défaillances

entraŠnent. L'Ġǀaluation rapide et prĠcise de dĠfauts internes des transformateurs est,

d'aide au diagnostic de défauts

e et la capitalisation d'edžpĠrience de l'edžpert. Les informations disponibles sur le

transformateur à étudier chacune d'elle. Pour améliorer la confiance en certaines de ces hypothèsesl'outil

nouǀeaudž types d'essais ou de nouǀelles informations pouǀant ġtre discriminants dans un diagnostic,

Mots clés

Abstract

Power transformers are key

and accurate assess of transformer's

internal faults is consequently a key issue for an efficient and safe service life. Such diagnosis is

hypothesis are proposed and according confidences are calculated. To improǀe those hypothesis' confidences the method will

Keywords:

3 150

Remerciements

judicieuses corrections.

Sur le plan

MOUTIN, responsable du bureau d'Ġtudes de TSV, Mohamed BELMILOUD, directeur de

TRANSFO

¾ Gilles ROSTAING, Jean

LECUYER ("

pour l'aspect u[}vv o ¾ Mladen BANOVIC, pour sa curiosité sur de nombreux domaines attenants au transformateur, ntelligentes d'analyse d'huile.

¾ Jean'a initiĠ aux

En particulier

¾ T

rĠalisations m'ont inspirĠes͗ la Saǀoisienne d'Aidž-Bains, la C.E.M. du Haǀre, d'Alstom Saint-

4 150

Sur le plan

¾ Pierre SANCHEZ, mon frère, pour ses relectures attentives, ses commentaires sympathiques, et

¾ Aline PERROLLET pour sa présence

¾ Géraldi

quelques années, lorsque ce fut nécessaire. 5 150

Table des matières

RESUME

ABSTRACT

REMERCIEMENTS

TABLE DES MATIERES

INTRODUCTION GENERAL

OBJECTIFS DE LA THESE

LE CONTEXTE INDUSTRIE TSV

ORGANISATION DU DOCUM................................

CHAPITRE 1

1.1. INTRODUCTION

1.2. LE ROLE DES TRANSFORM

1.2.1. Aspect fonctionnel

1.2.2. Types de transformateurs classiques

1.2.2.1. Transformateur de distribution et de puissance

1.2.2.2. Autotransformateur

1.2.2.3. Transformateur triphasé

1.2.3.

1.2.3.1. Le réseau électrique

1.2.3.2.

1.2.3.3. Le tr

1.2.3.4. La distribution électrique

1.2.3.5. Les applications industrielles

1.2.3.6. Ind

1.3. PRINCIPES ET CONSTRUC

1.3.1. Normes sur les transformateurs

1.3.2. Principes de fonctionnement

1.3.2.1. Princip

1.3.2.2. Schéma électrique équivalent

1.3.2.3. Diagrammes de Kapp

1.3.2.4. Tension de cour

1.3.2.5. Réglage

1.3.2.6. Couplage des enroulements................................

1.3.2.7. Bases

1.3.3. Technologies de construction de transformateurs de puissance

1.3.3.1. Aux origines

1.3.3.2. Gén

1.3.3.3. Enroulements

1.3.3.4. Circuit magnétique

1.3.3.5. Huile diélectri

1.3.3.6. Refroidissement

1.3.3.7. Régleur hors tension

1.3.3.8. Régleur en charge

1.3.3.9. Traversées isol

1.3.3.10. Conclusions

1.4. EXPLOITATION D'UN TRANSFORMATEUR

1.4.1. ................................

6 150

1.4.2. Exploitation

1.4.3. Politique de maintenance

1.4.4. Vieillissement du parc

1.4.5. Fiabilité des transformateurs

1.4.6. Contrai

1.4.6.1. Définitions

1.4.6.2. Contraintes diélectriques et surtensions

1.4.6.3. Contraintes électrodynamiques et surintensités

1.4.6.4. Contraintes électriques

1.4.6.5. Contraintes thermiques

1.4.6.6. Contraintes électromagnétiques et courants de Foucault

1.4.6.7. Contraintes mécaniques

1.4.7. Réparation

1.4.8. Fin de vie................................

1.5. ROLES ET ENJEUX DU DI

1.5.1. Contexte

1.5.2. Acteurs du diagnostic de tran

1.6. CONCLUSION

CHAPITRE 2

2.1. INTRODUCTION

2.2. DEFAUTS RETENUS DANS

2.2.1.

2.2.2. Amorçage diélectrique entre spires

2.2.3. Court

2.2.4. Amorçage du

2.2.5. Décharges Partielles

2.2.6. Point chaud interne au transformateur

2.2.7. Coupure du circuit électrique

2.2.8. Déforma

2.3. INFORMATIONS FACTUELL 'EXPLOITANT ET L'EXPERT

2.3.1. Les informations factuelles permanentes

2.3.2. Les informations factuelles temporaires

2.3 Protections des transformateurs

2.3.2.2. Evénements extérieurs

2.3.2.3. Inspection visuelle et constatations externes

2.4. LES MESURES

2.4.1.

2.4.2. Interprétation des mesures................................

2.4.3. ................................

2.4.3.1.

2.4.3.2.

2.4.4. Essais électriques

2.4.4.1. Essais de réception

2.4.4.2. Rapport de tr................................

2.4.4.3.

2.4.4.4.

2.4.4.5. Tension de court

2.4.4.6. Courant magnétisant

2.4.4.7. Frequency Response Analysis (FRA)

2.4.4.8. Tenue à la tension nominale, à vide (Haute Tension)

7 150

2.4.4.9. Décharges partielles (Haute Tension)

2.5. MONITORING & DIAGNOSTIC

2.6. CONCLUSION SUR LES IN

CHAPITRE'CHERCHES SUR LE DIAG

3.1. INTRODUCTION

3.2. DEMARCHE CLASSIQUE DE

3.3. ETUDE DE CAS

3.3.1. TSV et le diagnostic

3.3.2. Etude de cas

3.3.2.1. Observation

3.3.2.2. Informations disponibles................................

3.3.2.3. Diagnostic

3.3.2.4. Confirmation

3.3.2.5. Analyse

3.4. ETAT DE L'ART DES MESURES ET L,

3.4.1. Intelligence artificielle et diagnostic

3.4.1.1. Systèmes experts

3.4.1.2. Réseaux de neuron

3.4.2. Mesures et interprétations avancées

3.4.2.1. Facteur de dissipation (tangente delta)

3 Frequency Domain Spectroscopy (FDS)

3.4.2.3. Réponse acoustique des régleurs en charge

3.4.2.4.

3.5. ETAT DE L'ART DES METHODOLOGIE'ANALYSE GENERALE DES

3.5.1. Les normes et le diagnostic généraliste................................

3.5.2.

3.5.3. Une méthode générale auto

3.5.4. Health Index

3.6. CONCLUSION SUR L'ETAT DE L'ART DU DIAGNOSTIC DE

CHAPITRE 4͗'DIAGNOSTIC DE DEFAUT

4.1. INTRODUCTION

4.2. STRUCTURE DE L'OUTIL D'AIDE AU DIAGNOSTIC D

4.2.1. Quelques définitions

4.2.2.

4.2.3. Principe général

4.3. DES PROBLEMES A LA SO

4.3.1. Moyens à di

4.3.2. Quelques statistiques sur les cas expertisés retenus

4.3.3.

4.3.3.1. Une première formalisation des 28 cas expertisés

4.3.3.2. Les défauts

4.3.3.3. Les entrées

4.3.4. Seconde formalisation des expertises

4.3.4.1. Stockage dans une base de cas

4.3.4.2. Base de cas finale

4.3.5. Les méthodes exploitant la base

4.3.5.1. 1ère

4.3.5.2. 2nde

4.3.5.3. Conclusions sur les méthodes fondées sur la base de cas

8 150

4.4. METHODE DE DIAGNOSTIC 'EXPERT,

4.4.1. Principe du diagnostic pour une itération

4 ................................

4.4.3.

4.4.4. Exemple

4.4.5. Choix des entrées complémentaires pour aller plus loin

4.4.5.1. Principe

4.4.5.2. Exemple

4.5. PERFORMANCES ET VALID'OUTIL

4.5.1. C

4.5.2. Méthodologie de test

4.5.3. Résultats

4.5.4. Analyse des résultats

4.5.5.

4.6. CONCLUSION SUR L'OUTIL D'AIDE AU DIAGNOSTIC

CONCLUSION

ANNEXE A : ENROULEME

ANNEXE B : CARACTERI'RMATEUR DE PUISSANCE

ANNEXE C : MESURES D

ANNEXE D : VIEILLISS

ANNEXE E : CHOIX INF

ANNEXE F : DETAIL DE

ANNEXE G

ANNEXE H : DETAIL DE'EES COMPLEMENTAIRES

LISTE DES FIGURES

LISTE DES TABLEAUX

BIBLIOGRAPHIE

9 150

INTRODUCTION

10 150

O Les transformateurs sont des éléments de transmission de l'Ġnergie

électrique. Ce sont les maillons d'adaptation entre deudž rĠseaudž de tensions diffĠrentes.

sont généralement

grandeur de la perte d'edžploitation d'une centrale nuclĠaire franĕaise est de l'ordre d'un million

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