Résultats de l'enquête sur les défaillances de transformateurs de conversion sur la période 2013-2020
Le Groupe Conseil (GC B4.04) du Comité d'Etudes B4 du CIGRE collecte chaque année les informations de fiabilité de fonctionnement des systèmes CCHT en service commercial. Les informations sont ensuite compilées sur deux ans et présentées lors des Sessions techniques de la Conférence Biennale CIGRE de Paris ; elles sont aussi utilisées pour la planification, la conception, la construction et l'exploitation des systèmes CCHT.
Chef de file
(CA)
L. CROWE
Secrétaire
(CA)
M. BENNETT
C. BARTZCSH (DE), S. BHATTACHARYA (IN), N. DHALIWAL (CA), Y. FU (NL), N. KIRBY (US), K. AKMAN (SE), X. LI (CA), J. BORROWS (US), N. MACLEOD (UK), P. TAIAROL (CA), S. SANTO (BR)
Introduction
Les résultats des enquêtes de fiabilité ont montré que les défaillances des transformateurs de conversion constituent la part la plus importante des indisponibilités fortuites des systèmes CCHT. La première Task Force Commune mise en place pour examiner les causes des défaillances des transformateurs de conversion a été la JTF 12/14.10-1, et a procédé à une enquête sur les défaillances de transformateur qui se produites jusqu'en 1990. La deuxième Task Force TF B4.04/A2-1 créée pour poursuivre le suivi du comportement des transformateurs de conversion a été mise en place en 2020, et elle a procédé à un examen des défaillances de transformateurs survenues sur la période 1991-2002. Suivant la recommandation de la TF B4.04/A2-1 un Groupe de Travail Commun GTC A2/B4-28 a été formé, et a publié ses résultats en 2004, dans la Brochure Technique (BT) 240 [2]. Le GC B4.04 a procédé à cinq enquêtes supplémentaires entre 2003 et 2012, dont les résultats ont fait l'objet de la BT 617, publiée en avril 2015.
Le GC B4.04 a par la suite conduit quatre nouvelles enquêtes, entre 2013 et 2020, et la présente BT présente de façon détaillée les informations collectées sur les défaillances de transformateurs CCHT survenues pendant cette période.
Les deux dernières enquêtes ont également couvert le comportement de systèmes VSC, alors que les précédentes portaient exclusivement sur des systèmes LCC.
Elles couvrent également le comportement de transformateurs de conversion de systèmes CCHT +/- 800 kV.
Les résultats de l'ensemble des enquêtes mentionnées ci-dessus, dont celle portant sur 2013-2020, sont résumés dans la présente BT.
Enquêtes sur les défaillances
On a procédé à ces enquêtes en envoyant un questionnaire à chaque propriétaire de systèmes CCHT. Une copie du dernier des questionnaires est incluse dans la BT. Les résultats de l'ensemble des enquêtes sur les défaillances des transformateurs sont résumés dans la BT, et on y donne des informations détaillées sur les défaillances collectées dans les enquêtes réalisées entre 2013 et 2020. En ce qui concerne les détails des enquêtes plus anciennes, ils peuvent être trouvés dans les documents référencés [1], [2], [3] et [4].
Outre les données générales intéressantes, il est demandé dans l'enquête une description de la défaillance avec, d'une part, la ou les causes apparentes, telles qu'identifiées par la compagnie d'électricité et/ou par le constructeur et, d'autre part, quand il existe, le lien avec les essais de type/routine réalisés en usine sur l'unité défaillante. Par contre l'enquête ne s'intéresse pas aux contournements de traversée dus à la pollution
Il faut souligner que pour les systèmes qui n'avaient pas connu de défaillance, il était aussi demandé de répondre en mentionnant "pas de défaillance", cette information étant importante pour déterminer une fiabilité globale des transformateurs CCHT.
Définitions des défaillances
Pour les objectifs de l'enquête on a défini une défaillance selon deux types, "effective" et "potentielle"
Défaillance effective
Une défaillance est considérée comme étant effective si le retrait du service d'une unité a été rendu nécessaire du fait du dommage de la partie active.
Défaillance potentielle
Une défaillance est considérée comme potentielle si l'unité n'est pas réellement défaillante, mais qu'elle a été retirée du service pour remettre en état une partie active, à la suite d'un test de diagnostic tel que l'analyse de gaz dissous dans l'huile (DGA), tel qu'une valeur élevée du facteur de puissance de l'isolation, ou tel que la défaillance d'unités semblables.
Catégories de défaillance et leurs causes
Le rapport du JTF 12/14.10-01 avait classé les défaillances dans des catégories, avec des causes plus probables, de la façon suivante :
| Catégorie de défaillance | Cause la plus probable |
|---|---|
| A- Traversées | 1- Mécanique |
| B- Enroulements de valve | 2- Diélectrique |
| C- Enroulements CA | 3- Thermique |
| D- Ecran statique | 4- Courant induit |
| E- Changeur de prises en charge (LTC) | 5- Erreur d'exploitation |
| F- Ecrans du noyau et magnétique | 6- Inconnue |
| G- Connexions internes et liaisons |
Par souci de cohérence on a gardé les mêmes catégories dans les rapports suivants.
Taux de défaillance
Le taux de défaillance est calculé de la façon suivante :
Du fait de l'insuffisance de données techniques recueillies dans ces enquêtes, il n'a pas été possible dans le cadre de cette analyse de déterminer les causes réelles des défaillances individuelles, comme il n'a pas été possible non lus de dégager quelques tendances générales.
La Figure 1 montre l'historique des taux de défaillance des transformateurs établi sur la combinaison des données recueillies sur les périodes suivantes :
- 1972 to 1990
- 1991 to 2002
- 2003 to 2004 (rapport en 2005)
- 2005 to 2006 (rapport en 2007)
- 2007 to 2008 (rapport en 2009)
- 2009 to 2010 (rapport en 2011)
- 2011 to 2012 (rapport en 2013)
- 2013 to 2014 (rapport en 2015)
- 2015 to 2016 (rapport en 2017)
- 2017 to 2018 (rapport en 2019)
- 2019 to 2020 (rapport en 2021)
Sur la Figure 1 on peut observer qu'après une période de taux de défaillance faibles, allant de 1991 à 2002, a suivi une augmentation significative sur la période allant de 2003 à 2006 (rapports publiés en 2005 et 2007). Les taux de défaillance présentés dans les trois derniers rapports (période 2009 à 2019) montrent une décroissance jusqu'au niveau enregistré sur la période 1991 à 2002. Dans les rapports de 2019 et 2021 le taux de défaillance est inférieur à 0,006. En outre la majorité des défaillances enregistrées concerne des systèmes de plus de 25 ans d'âge.
Ce constat est encourageant, traduisant un potentiel impact de la dernière version de la norme CEI 613786-3 [5] ainsi que de l'action énergique qui a suivi une envolée des défaillances de transformateurs de conversion CCHT causées, en totalité ou pour une grande part, par l'utilisation d'une huile corrosive
Figure 1 – Taux de défaillance sur la période 1972 à 2020
Le Tableau 1 montre les taux de défaillance enregistrés de quelques systèmes qui ont été mis en service entre 2006 et 2020.
Tableau 1 – Nombre des défaillances de transformateur dans les systèmes mis en service entre 2006 et 2020
Les résultats de l'enquête permettent de constater que les taux de défaillance des systèmes mis en service après 2005 sont très faibles. A ce jour pour les systèmes installé entre 2016 et 2020 on n'a pas reporté de défaillance. Cinq des six systèmes installés entre 2005 et 2020 sont à 800 kV.
La BT apporte des informations supplémentaires concernant les tendances d'évolution des défaillances en regard des paramètres suivants :
- Taux de défaillance en fonction de l'année de mise en service
- Taux de défaillance en fonction de la configuration de la cuve du transformateur
- Taux de défaillance par composant
- Taux de défaillance consolidé
La BT donne en outre des informations sur les systèmes qui ont connu des défaillances de transformateur, ainsi sur ceux qui n'en ont pas connu.
- [1] CIGRE JTF 12/14.10-01; “ In service performance of HVDC Converter Transformers and oil-filled Smoothing Reactors”, Electra, No. 155, August, 1994, pages 6 – 30: e-cigre.org/publication/ELT_155_1-in-service-performance-of-hvdc-converter-transformers-and-oil-cooled-smoothing-reactors
- [2] CIGRE JTF B4.04/A2-1; “Analysis of HVDC Thyristor Converter Transformer performance”, Brochure No. 240. 2004 : e-cigre.org/publication/240-analysis-of-hvdc-thyristor-converter-transformer-performance
- [3] CIGRE JWG A2/B4-28; “HVDC Converter Transformers- Design Review, Test Procedures, Aging Evaluation and Reliabliity in Service”, Brochure No. 406, February 2010: e-cigre.org/publication/406-hvdc-converter-transformers---design-review-test-procedures-ageing-evaluation-and-reliability-in-service
- [4] CIGRE Technical Brochure 617, “HVDC LCC Converter Transformers – Converter Transformer Failure Survey Results from 2003 to 2012”, AG B4-04, April 2015: e-cigre.org/publication/617-hvdc-lcc-converter-transformers---converter-transformer-failure-survey-results-from-2003-to-2012
- [5] IEC 61378-3, Ed. 1.0; Converter Transformers, Part 3- Application Guide, 14/487 CDV, April 2006.
Other Technical Brochures
