L'analyse de la réponse en fréquence par balayage (SFRA) est une méthode de mesure importante utilisée pour évaluer l'intégrité mécanique et électrique des transformateurs de puissance. Elle permet de vérifier l'intégrité mécanique des noyaux, des enroulements et des châssis moulés des transformateurs en mesurant la fonction de transfert de tension sur une large plage de fréquences. Chaque réseau électrique présente une réponse en fréquence unique, appelée « empreinte de réponse en fréquence ».

Les défaillances du système ou les vibrations peuvent entraîner des variations de la réponse en fréquence ; en comparant les « empreintes » de réponse en fréquence de différents appareils à différents moments ou de différents équipements, il est possible de détecter des modifications mécaniques ou électriques.

Quels problèmes les tests SFRA permettent-ils de détecter dans les transformateurs ?

L'analyse SFRA permet de détecter efficacement les principaux types de problèmes suivants au sein d'un transformateur.

• Problèmes liés au remontage mécanique.
• Déformations de l'enroulement (axiales et radiales, par exemple flambage circonférentiel, basculement, spirale).
• Décalage entre les enroulements haute et basse tension
• Affaissement partiel de l'enroulement
• Pannes électriques.
• Enroulements en court-circuit ou en circuit ouvert
• Défauts à la terre au niveau du noyau ou du blindage
• Problèmes liés au circuit magnétique
• Mouvement du tronc
• Défaut à la terre du conducteur central
• Problèmes structurels.
• Rupture de la structure de serrage
• Connexions internes anormales

Nous allons ici aborder plus en détail comment les essais SFRA peuvent être utilisés pour résoudre les différents problèmes liés aux transformateurs.

Déformation de l'enroulement (axiale et radiale) :

Les essais SFRA sont très sensibles aux modifications de la structure des enroulements, qui peuvent être provoquées par divers facteurs tels que les forces de court-circuit, le vieillissement ou les chocs subis pendant le transport. En cas de déformation axiale ou radiale des enroulements, leur inductance et leur capacité varient, ce qui entraîne des décalages des fréquences d'oscillation et des variations d'amplitude sur la courbe SFRA.

En analysant les variations spécifiques de la signature SFRA, les ingénieurs peuvent localiser avec précision l'emplacement et l'étendue de la déformation des enroulements. Ces informations sont essentielles pour déterminer les mesures d'entretien ou de réparation appropriées, telles que le resserrage de la structure de serrage ou le remplacement des enroulements endommagés, afin de rétablir l'intégrité du transformateur.

Décalage entre les enroulements haute et basse tension

La position relative des enroulements haute et basse tension est un facteur déterminant pour les performances du transformateur. Toute modification de cette position, provoquée par des forces mécaniques ou des vibrations, altère le couplage capacitif entre les enroulements. Cela se traduit par des décalages des fréquences de crête et des variations d'amplitude sur la courbe SFRA.

En comparant la signature SFRA avec des données de référence ou celles d'un transformateur similaire, les ingénieurs peuvent identifier les variations spécifiques indiquant un déplacement des enroulements. Ces informations permettent de déterminer si la structure des enroulements a été compromise et si des mesures correctives, telles que le réajustement de la position des enroulements ou le remplacement du transformateur, sont nécessaires pour garantir un fonctionnement fiable.

Affaissement partiel de l'enroulement

Un effondrement partiel des enroulements peut survenir pour diverses raisons, telles que des forces de court-circuit, la détérioration de l'isolation ou des contraintes mécaniques. Ces dommages localisés au niveau des enroulements entraînent des modifications de la courbe SFRA, notamment au niveau de l'amplitude de certaines bandes de fréquences.

En analysant la signature SFRA, les ingénieurs peuvent détecter la présence et localiser approximativement l'emplacement d'un affaissement partiel de l'enroulement. Ces informations sont essentielles pour planifier la stratégie de réparation ou de remplacement appropriée, car un affaissement partiel de l'enroulement peut entraîner une détérioration supplémentaire et une défaillance potentielle du transformateur s'il n'est pas traité.

Court-circuit ou coupure dans l'enroulement

Les essais SFRA sont très efficaces pour détecter les défauts de court-circuit ou de coupure dans les enroulements. Un court-circuit dans un enroulement réduit l'impédance globale de celui-ci, ce qui entraîne une diminution de l'amplitude de la courbe SFRA sur une large plage de fréquences. À l'inverse, un coupure de bobinage augmente l'impédance, ce qui entraîne une augmentation globale de l'amplitude de la courbe SFRA.

En analysant les variations spécifiques de la signature SFRA, les ingénieurs peuvent localiser avec précision l'emplacement et l'étendue du défaut dans l'enroulement, qu'il s'agisse d'un court-circuit entre spires, d'un court-circuit entre phases ou d'un circuit ouvert complet. Ces informations sont essentielles pour planifier les mesures correctives appropriées, telles que la réparation ou le remplacement de l'enroulement, afin de rétablir le bon fonctionnement du transformateur et d'éviter toute détérioration supplémentaire.

Défaut à la terre dans le noyau ou la couche de blindage

Les défauts à la terre au niveau du noyau ou de la couche de blindage du transformateur peuvent avoir une incidence significative sur la signature SFRA. Ces défauts peuvent modifier le couplage capacitif entre les enroulements et le circuit magnétique, entraînant l'apparition de pics anormaux ou de distorsions sur la courbe SFRA.

En analysant minutieusement les données SFRA, les ingénieurs peuvent identifier les variations spécifiques indiquant un défaut à la terre et déterminer son emplacement au sein du transformateur. Ces informations sont précieuses pour le dépannage et la résolution du problème, car les défauts à la terre peuvent compromettre l'intégrité de l'isolation du transformateur et entraîner d'autres défaillances s'ils ne sont pas traités.

Mouvement du tronc

Les vibrations mécaniques ou les mouvements du noyau du transformateur peuvent également être détectés à l'aide d'essais SFRA. Les changements de position ou d'état du noyau peuvent affecter la résistance magnétique du circuit magnétique, ce qui se traduira sur la courbe SFRA par des variations d'amplitude dans des bandes de fréquences spécifiques.

En analysant la signature SFRA, les ingénieurs peuvent identifier la présence et l'ampleur d'un déplacement du noyau, qui peut être dû à des problèmes tels que des structures de serrage desserrées, des dommages au niveau des lamelles du noyau ou d'autres problèmes mécaniques. Ces informations sont essentielles pour mettre en œuvre les mesures correctives appropriées, telles que le resserrage du système de serrage du noyau ou la résolution de tout problème mécanique sous-jacent, afin de garantir l’intégrité structurelle et le fonctionnement fiable du transformateur.

Défaut à la terre du conducteur central

Les tests SFRA permettent également de détecter les défauts de mise à la terre du noyau, qui peuvent survenir en raison d’un endommagement ou d’une détérioration de l’isolation du noyau. Ces défauts peuvent créer des chemins supplémentaires pour la circulation du courant, entraînant l’apparition de pics anormaux sur la courbe SFRA. En analysant la signature SFRA, les ingénieurs peuvent identifier la présence et l’emplacement du défaut de mise à la terre du noyau, ce qui est essentiel pour mettre en œuvre les réparations nécessaires, telles que la remise en état de l’isolation du noyau ou la résolution de tout problème lié au circuit magnétique du noyau.

Rupture de la structure de serrage

La structure de fixation d'un transformateur joue un rôle crucial dans le maintien de l'intégrité mécanique des enroulements et du noyau. Tout dommage ou rupture au niveau du système de fixation peut modifier les conditions aux limites des enroulements, entraînant ainsi des variations des caractéristiques de fréquence de la courbe SFRA.

En analysant la signature SFRA, les ingénieurs peuvent détecter la présence et l'ampleur des problèmes au niveau des structures de fixation, qui peuvent inclure un desserrage, une déformation ou une rupture complète. Ces informations sont essentielles pour planifier les mesures d'entretien ou de remplacement appropriées afin de rétablir la stabilité structurelle du transformateur et d'empêcher toute détérioration supplémentaire.

Connexions internes anormales

Les tests SFRA peuvent également mettre en évidence des problèmes au niveau des connexions internes du transformateur, tels que des changeurs de prises défectueux, des connexions aux bornes ou d'autres problèmes de câblage interne. Ces problèmes peuvent créer des chemins électriques supplémentaires ou entraîner des variations d'impédance, qui se traduiront sur la courbe SFRA par l'apparition de pics ou de creux supplémentaires.

En analysant minutieusement la signature SFRA, les ingénieurs peuvent détecter la présence et localiser approximativement ces problèmes de connexion internes, ce qui leur permet de prendre les mesures correctives nécessaires, telles que la réparation ou le remplacement des composants concernés, afin de garantir le bon fonctionnement du transformateur.

L'analyse de fréquence de balayage est utilisée dans les applications suivantes lorsque l'on utilise un transformateur. .

1)Après le transport du transformateur

Au cours du transport, les transformateurs peuvent être soumis à des vibrations et à des contraintes mécaniques susceptibles d'endommager leur structure.

Un contrôle SFRA peut être effectué dès l'arrivée du transformateur sur le chantier afin de vérifier si les enroulements ont subi une déformation ou un déplacement. Cela permet de s'assurer que le transformateur n'a pas été endommagé pendant le transport.

2) Après des défauts de courant importants

Lorsqu'un transformateur subit des courts-circuits ou d'autres événements impliquant des courants élevés, cela peut entraîner une déformation des enroulements ou endommager l'isolation.

Le système SFRA permet de détecter ces modifications mécaniques et électriques, ce qui facilite l'identification précoce d'éventuels problèmes internes.

3) Avant et après une révision complète

Avant une révision ou une réparation majeure d'un transformateur, la méthode SFRA peut être utilisée pour déterminer les paramètres de référence de ce dernier.

Une fois les travaux de maintenance terminés, la réalisation d'un nouveau test SFRA permet de vérifier si la réparation a eu un impact sur la structure du transformateur. Cela permet de s'assurer que le transformateur peut fonctionner normalement après sa révision.

4) En cas de suspicion de problèmes potentiels

Si d'autres méthodes de diagnostic laissent supposer que le transformateur présente d'éventuels problèmes, SFRA peut réaliser une analyse plus approfondie.

Quelle est la norme CEI applicable aux essais SFRA ?

La norme CEI 60076-18, intitulée “ Transformateurs de puissance – Partie 18 : Mesure de la réponse en fréquence ”, fournit des lignes directrices et des exigences relatives à la réalisation d'une analyse de réponse en fréquence par balayage (SFRA) sur les transformateurs de puissance et les réacteurs.

Les points essentiels de la norme CEI 60076-18 relative aux essais des détecteurs de fumée à effet photoélectrique (SFRA) sont les suivants :

Champ d'application des mesures : Cette norme porte sur la mesure de la réponse en fréquence des transformateurs de puissance et des réacteurs, y compris les appareils triphasés, à l'aide de la technique SFRA.

Procédure d'essai : Cette norme décrit le montage d'essai, les schémas de raccordement et les procédures détaillées pour la réalisation de mesures SFRA.

Plage de fréquences de mesure : La plage de fréquences recommandée pour les essais SFRA s'étend généralement de 20 Hz à 2 MHz, bien que la norme autorise des ajustements en fonction des caractéristiques spécifiques du transformateur.

Analyse des données : Cette norme fournit des recommandations pour l'analyse des données de mesure SFRA, notamment en ce qui concerne l'interprétation des courbes de réponse en fréquence et l'identification des écarts ou des variations par rapport aux mesures de référence.

Rapports : Les exigences relatives à la documentation et à la communication des résultats des essais SFRA sont précisées dans la norme.

Par rapport à d'autres méthodes traditionnelles de diagnostic des transformateurs, telles que l'analyse des gaz dissous (DGA) et la mesure de la résistance d'isolement,

Les tests SFRA (analyse de la réponse en fréquence par balayage) présentent plusieurs différences et avantages majeurs.

• Détection complète des défauts :

Le test de transformateur SFRA permet de détecter un large éventail de problèmes mécaniques, électriques et magnétiques au sein d'un transformateur, notamment la déformation des enroulements, le déplacement du noyau, le décalage des enroulements, l'affaissement partiel des enroulements, etc. D'autres méthodes, telles que l'analyse des gaz dissous (DGA) ou le test de résistance d'isolement, se concentrent généralement sur des types de défauts spécifiques et peuvent ne pas fournir le même niveau d'informations diagnostiques complètes.

• Tests non invasifs et en ligne :

Le test SFRA sur les transformateurs peut être réalisé sans interrompre le fonctionnement de l'appareil, ce qui en fait une technique de diagnostic non invasive. Cela permet une surveillance régulière et une détection précoce des problèmes, contrairement à certains tests hors ligne qui nécessitent la mise hors service du transformateur.

• Sensibilité aux changements structurels :

La SFRA est extrêmement sensible aux modifications de la structure des enroulements du transformateur et de son intégrité mécanique, qui sont difficiles à détecter par d'autres méthodes. Cela fait de la SFRA un outil précieux pour identifier des problèmes subtils qui pourraient passer inaperçus lors de mesures électriques traditionnelles ou d'inspections visuelles.

• Comparaison des données de référence et analyse des tendances

Le test des transformateurs SFRA repose sur la comparaison de la signature de courant avec une valeur de référence, souvent issue des données d'usine ou d'un test antérieur. Cela permet aux ingénieurs de détecter les moindres variations au fil du temps, ce qui favorise une maintenance proactive et prévient les défaillances potentielles.

• Localisation des défauts :

En analysant les variations spécifiques de la courbe SFRA, les ingénieurs peuvent souvent localiser avec précision l'emplacement et l'étendue des problèmes détectés au sein du transformateur, ce qui permet d'orienter les interventions de maintenance ou de réparation de manière ciblée.

Comment Analyseur de réponse en fréquence à balayage travail ?

L'analyseur SFRA quantifiera les variations de réponse des paramètres internes des enroulements dans différents domaines de fréquence, puis déterminera le degré de variation de ces paramètres en fonction des variables, de l'amplitude de la variation de la réponse en fréquence, de la zone concernée et de la tendance de cette variation.

Lors des essais sur les transformateurs, des facteurs tels que les courts-circuits entre spires ou entre phases, les chocs subis pendant le transport ou la déformation des bobines provoquée par les forces électromagnétiques lors de courts-circuits et de situations de défaut peuvent modifier les paramètres de répartition des enroulements du transformateur. Ces modifications ont une incidence sur les caractéristiques d’origine du transformateur dans le domaine fréquentiel, entraînant des variations d’amplitude et des décalages des points de fréquence de résonance.

Le testeur d'enroulements de transformateurs, développé à partir de méthodes d'analyse de réponse, est un outil de contrôle non destructif (CND) de pointe conçu pour détecter les défauts internes des transformateurs. Il est adapté aux transformateurs de puissance de 63 kV à 500 kV.

L'appareil de contrôle de la déformation des enroulements de transformateur évalue les modifications subies par les enroulements internes en quantifiant l'étendue, l'amplitude et la localisation des variations de réponse en fréquence dans différents domaines fréquenciels. Cela permet de déterminer la gravité des dommages et de savoir si des réparations importantes ou une révision complète sont nécessaires.

Pour les transformateurs en service, la comparaison des spectres caractéristiques d'un transformateur défectueux avec les caractéristiques enregistrées dans le domaine fréquentiel permet d'évaluer l'étendue des dommages. Si les caractéristiques d'origine des enroulements sont disponibles, cela simplifie l'analyse des conditions de fonctionnement, la réalisation d'évaluations post-défaillance et la planification de la maintenance ou des réparations.

En conclusion, les essais SFRA garantissent que les transformateurs restent en parfait état de fonctionnement, prêts à offrir des performances fiables au sein du réseau électrique. Pour les services publics et les industries qui dépendent de ces composants essentiels, les essais SFRA constituent un outil indispensable pour préserver l'intégrité des transformateurs et assurer une alimentation électrique ininterrompue.