Le courant peut-il être rétabli immédiatement après une panne de gaz importante ?

—Processus détaillé de l'analyse par chromatographie en phase gazeuse des défauts

 

Lorsqu'un élément à gaz lourd d'un transformateur (relais Buchholz) déclenche, les opérateurs sont confrontés à une question cruciale : le courant peut-il être rétabli immédiatement ? Cette décision a un impact direct sur la sécurité des équipements et la stabilité du réseau. Des erreurs de jugement peuvent aggraver le défaut, pouvant entraîner des incendies ou des explosions. Les données mondiales du secteur de l'énergie montrent que le rétablissement aveugle du courant après un déclenchement à gaz lourd est l'une des principales causes de défaillances graves des transformateurs. Par conséquent, avant toute intervention, une analyse par chromatographie en phase gazeuse (DGA) scientifique doit être réalisée afin de déterminer le type de défaut, conformément aux normes internationales (par exemple, CEI 60599, IEEE C57.104).

 Contenu

1. Déclenchement de gaz important : une alarme critique pour les défauts graves

L'élément à gaz lourd est un dispositif de protection non électrique essentiel des transformateurs immergés dans l'huile. Son fonctionnement repose sur le débit de gaz et la vitesse d'écoulement :

(1) Mécanisme : Lorsque des défauts graves produisant du gaz (par exemple, arc électrique, surchauffe extrême) se produisent à l'intérieur du transformateur, de grands volumes de gaz pénètrent rapidement dans le relais Buchholz, déclenchant le contact à gaz lourd.

(2) Condition de déclenchement : Le taux de production de gaz est extrêmement élevé (généralement > 100 mL/s) et le volume de gaz accumulé surmonte la résistance mécanique.

(3) Défauts indiqués :

-Décharge à haute énergie : enroulement entre spires/court-circuit, fils cassés provoquant un arc électrique.

-Surchauffe sévère : Mise à la terre multipoint du noyau, mauvais contact sur une grande surface.

-Décomposition intense du pétrole : Accompagnée de températures élevées ou de rejets.

Conclusion principale : Un déclenchement dû à une forte concentration de gaz indique un défaut latent de haute énergie se développant rapidement à l’intérieur du transformateur. Il ne s’agit pas d’un déclenchement aléatoire ou intempestif.

               

2. Pourquoi faut-il se fier à l’analyse par chromatographie en phase gazeuse (DGA) ?

Après une panne de gaz importante, se fier uniquement à des inspections visuelles ou à des tests électriques de base est dangereux et insuffisant. Raisons :

(1) Emplacements des défauts cachés : Les points de défaut sont souvent situés profondément dans les enroulements, les noyaux ou l'isolation, ce qui rend l'observation directe impossible.

(2)Composition critique des gaz : Différents défauts (décharge, surchauffe) décomposent les hydrocarbures de l'huile du transformateur en combinaisons de gaz spécifiques.

(3) Quantification de la gravité des défauts :La concentration et les taux de production de gaz reflètent les niveaux d’énergie des failles et les stades de progression.

Avantage principal du DGA : en séparant et en détectant avec précision les traces de gaz (niveau ppm) dissous dans l'huile, il « décode » le type, l'emplacement et la gravité du défaut.

 

3. Processus d'analyse par chromatographie en phase gazeuse (DGA) (étape par étape)

Conformément aux normes IEEE C57.104 et IEC 60599, le processus DGA après un déclenchement de gaz important doit être rigoureux :

Étape clé	Fonctionnement et objectif	norme internationale	Raison et nécessité
1. Isolation de sécurité et échantillonnage	Coupez le disjoncteur et mettez le transformateur à la terre. Utilisez une seringue ou un flacon à vide adapté pour prélever des échantillons d'huile, en évitant la formation de bulles.	IEEE C57.104 (Clause 6)	Prévient l'aggravation des pannes ; assure l'intégrité du gaz.
2. Chromatographie en phase gazeuse en laboratoire	Utilisez des chromatographes équipés de TCD/FID pour mesurer H₂, CH₄, C₂H₆, C₂H₄, C₂H₂, CO, CO₂ (niveau ppm).	CEI 60599 (Annexe A)	Identifie avec une grande précision les principaux gaz de défaut .
3. Diagnostic et typage des pannes	Appliquer les méthodes du ratio de Rogers, du ratio de Doernenburg, du triangle de Duval ou de la norme IEC 60599.	CEI 60599 (article 7)	Élimine les effets de charge ; identifie le type de défaut.

Exemple de méthode de diagnostic (ratio de Rogers) :

(1)Principe : Calculer 5 rapports de gaz (par exemple, CH₄/H₂, C₂H₂/C₂H₄), convertir en codes à 3 chiffres et faire correspondre avec les tables standard.

(2)Résultat : Détermine le type de défaut (par exemple, « surchauffe à basse température », « décharge à haute énergie »).

(3)Avantage :Très résistant aux interférences.

Type de défaut	Gaz primaires	gaz secondaires	Mécanisme de production de gaz
Décharge partielle (PD)	H₂, CH₄	Traces de C₂H₂	Les collisions électroniques brisent les molécules d'huile (basse température).
Surchauffe à basse température (< 300 °C)	CH₄, C₂H₄	C₂H₆	Pyrolyse des huiles (déshydrogénation des hydrocarbures).
Surchauffe à température moyenne/élevée (300–700 °C)	C₂H₄, CH₄	H₂, C₂H₆	Décomposition grave de l'huile et du papier.
Décharge à haute énergie (arc électrique)	C₂H₂, H₂	C₂H₄, CH₄	Les températures d’arc > 3000°C fissurent complètement les molécules d’huile.
Décharge à faible énergie (étincelle)	H₂, C₂H₂ (faible)	CH₄, C₂H₄	Libération d'énergie intermittente.
Surchauffe de l'isolation solide	CO, CO₂	CH₄, C₂H₄	Décomposition de la cellulose (composés furaniques).

Tableau : Types de défauts vs. signatures de gaz (selon IEC 60599 ).

4. Arbre de décision pour le rétablissement du courant (basé sur les résultats de l'analyse de données de distribution)

● Restauration absolument interdite (inspection interne immédiate requise) :

(1) Décharge à haute énergie (arc électrique) : code Rogers « 102 » ou « 112 », ou triangle Duval en zone 1. Risque : les courts-circuits métalliques peuvent provoquer des explosions.

(2) C₂H₂ (acétylène) > 50 ppm (transformateurs neufs) ou augmentation > 10 ppm/jour. Raison : Indique une destruction de l’isolation.

(3) Hydrocarbures totaux > 1 000 ppm ou en augmentation > 100 ppm/jour. Motif :La faute s’aggrave activement.

● Restaurer uniquement après une inspection complète et une surveillance DGA :

(1) Surchauffe à moyenne/haute température : code Rogers « 022 » (surchauffe du noyau/de la bride). Action : corriger la mise à la terre/les pièces desserrées, effectuer un nouveau test DGA avant la remise en service.

(2) Augmentation du CO/CO₂ (cause non liée à la température) : indique un vieillissement de l’isolation. Action : vérifier la valeur DP ; si DP > 500 et que la cause première est identifiée, rétablir le système sous surveillance.

 

● Restauration prudente (cas rares) :

(1) Cause externe confirmée (par exemple, mauvais fonctionnement du relais en raison de vibrations) + historique DGA normal.

(2) Décharge de faible énergie : Si les niveaux de gaz sont faibles et stables, et que les tests ultrasoniques ne confirment aucun risque. Action : Fixer les pièces desserrées avant la remise en marche.

 

5. Au-delà du diagnostic : le rôle de la DGA dans la sécurité post-restauration

La restauration n’est pas la fin : une surveillance continue de la DGA est essentielle :

(1)Suivi des tendances : Tests hebdomadaires d'huile, tracé de la concentration de gaz en fonction du temps, calcul des taux de production (ppm/jour).

(2)Alerte précoce : Si les concentrations de C₂H₂ ou de H₂ augmentent à nouveau, arrêtez immédiatement.

(3) Vérifier les réparations : Le DGA après maintenance doit montrer des niveaux de gaz stables/en baisse.

Formule (débit de production de gaz absolu IEC 60599) :
γa = (Ct2 - Ct1) / Δt × (m / ρ)

γa : Taux de production de gaz (mL/jour)

Ct2, Ct1 : Concentrations de gaz aux instants t2, t1 (ppm)

Δt : jours entre les tests

m : Masse totale d'huile (kg)

ρ : Densité de l'huile (kg/m³)

En résumé

Les transformateurs sont des actifs critiques du réseau, et les procédures post-déclenchement déterminent leur fiabilité future. L'analyse DGA, le strict respect des normes CEI/IEEE et une surveillance continue sont essentiels à la sécurité. À l'ère des réseaux intelligents, les décisions fondées sur les données surpassent l'expérience. Seul le respect de protocoles scientifiques permet de minimiser les risques et de garantir que chaque « commande rapprochée » est sûre et justifiée.

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