Extension de la durée de vie des transformateurs et des réactances shunt à huile

Introduction et objectifs

Au cours des dernières décennies on a constaté une évolution de la stratégie de maintenance, qui est passée d'une maintenance basée sur le temps à une maintenance basée sur l'état et le risque. Dans ce contexte les gestionnaires des actifs cherchent en permanence à optimiser l'utilisation des équipements. Comme les techniques de diagnostic des transformateurs se sont perfectionnées ces dernières années, les exploitants ont recherché des techniques, des actions et des méthodes qui permettraient d'allonger la durée de vie des transformateurs et des réactances en service. La Brochure Technique (BT) doit être vue comme un guide de gestion des projets d'extension de durée de vie des transformateurs.

Structure et contenu de la Brochure Technique

L'introduction revisite les Termes de Référence du Groupe de Travail (GT) et fournit au lecteur une vue d'ensemble des documents CIGRE existants traitant de l'extension de la durée de vie. De plus on y examine le concept de durée de vie résiduelle d'un transformateur, ou d'une réactance et on y trouve des définitions claires de différents scénarios de fin de vie et des mesures de prolongation de durée de vie. Ce premier chapitre se conclut par une liste type des questions qu'un gestionnaire d'actifs peut avoir à se poser face à un projet d'extension de durée de vie d'un transformateur. Les informations contenues dans la BT devraient donner au lecteur la capacité de répondre aux questions les plus pertinentes, et celui-ci aura aussi la possibilité de se référer à d'autres publications, listées en Annexe, traitant d'aspects spécifiques.

Le deuxième chapitre traite du processus de décision et de la stratégie associée, sujets qui devraient être abordé avant tout lancement d'un projet d'extension de durée de vie. Il présente les principaux aspects à prendre en compte pour développer une stratégie de gestion des actifs. Parmi ceux-ci on peut trouver les questions réglementaires, les règles financières et l'analyse économique prenant en compte les coûts du cycle de vie et la valeur nette actuelle (NPV). Une attention spéciale est portée en outre, aux coûts des pertes, des défaillances, et des mises hors service non planifiées. La fin du chapitre présente une approche de l'évaluation de la criticité des coûts non quantifiables relatifs à l'environnement, à la sécurité des personnes et à la disponibilité du réseau.

On donne, dans le troisième chapitre, une vue d'ensemble des principaux constituants d'un transformateur et d'une réactance, tels que les parties actives et les isolations solides et liquides, les traversées, la cuve et le système de refroidissement, le changeur de prises. Les mécanismes de vieillissement, ainsi que leur conséquence sur la durée de vie de l'appareil, sont couverts. L'évolution des propriétés des matériaux isolants dus au vieillissement, les variations dimensionnelles des isolants solides provoquées par les contraintes mécaniques et l'humidité, les risques d'humidité, le changement des propriétés de l'isolation liquide, ainsi que le vieillissement des contacts, sont examinés. Une bonne connaissance de l'état des transformateurs et des réactances est importante pour sélectionner les mesures appropriées à appliquer, et le chapitre présente une vue d'ensemble des outils et des méthodes de détection des défaillances et des dégradations courantes. Finalement un logigramme montre comment on passe d'une observation à un diagnostic.

En fonction de l'état de l'équipement les méthodes de prolongation de la durée de vie doivent être évaluées des points de vue de leur faisabilité et de leur efficacité. Le quatrième chapitre donne une description technique détaillée des solutions disponibles pour accroître la durée de vie des composants de transformateur concernés. On se focalise sur les interventions importantes telles que le traitement de l'huile, le séchage, le scellement et le traitement de la rouille, le remplacement complémentaire ou la rénovation de accessoires, dont les traversées, les changeurs de prises, etc. Un exemple de rénovation complète d'un transformateur élévateur de tension de groupe, comportant un changement de partie active, est présenté à la fin de ce chapitre.

Pour déterminer si une opération d'extension de durée de vie est économiquement raisonnable, il faut ouvrir une étude économique. L'objectif du chapitre 5 est d'illustrer comment une étude peut être structurée, en proposant une méthodologie de base aux gestionnaires d'actifs. Il faut prendre en compte les gains financiers et le calendrier de l'intervention, et procéder à une analyse de valeur nette actuelle (NPV) de différents scénarios. Des exemples sont donnés pour le séchage de l'isolation cellulosique, le scellement d'un système de préservation, l'amélioration du refroidissement d'un transformateur, l'amélioration de la fiabilité par remplacement ou rénovation de composants, et la rénovation à mi-durée de vie.

L'Annexe A présente les enquêtes réalisées par le GT sur les méthodes et les bonnes pratiques en matière de mesures de prolongation de durée de vie.

L'Annexe B fournit des informations plus complètes sur chacun des outils de diagnostic mentionnés dans le chapitre 3, avec des références.

L'Annexe C présente, en complément, 9 études de cas de réalisation de projets d'extension de durée de vie par des compagnies d'électricité.

Conclusions

Dans certaines circonstances on peut se demander si une intervention réalisée doit être considérée comme une extension de vie utile. Pour plus de clarté on en a donné dans la BT la définition suivante.

L'extension de la durée de vie est définie comme un ensemble d'interventions importantes sur un transformateur, allant au-delà d'une maintenance "normale" et d'une réparation, pour corriger ses problèmes, le remettre dans un état de référence et retarder la fin attendue de sa vie fonctionnelle, économique, ou fiable. Elle s'applique, sans y être limitée, aux transformateurs âgés présentant, ou non, des défauts ou des anomalies, encore fonctionnels ou défaillants.

La Figure 1 illustre comment des mesures d'extension de durée de vie, telles que définies dans la BT, vont se positionner dans le processus de maintenance (adapté de la BT 445 "Guide de maintenance des Transformateurs").

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Des questions importantes sont habituellement presque toujours posées par la personne en charge des mesures d'extension de durée de vie proposées. Elles sont relatives :

• Aux stratégies de gestion de la flotte
• Aux aspects financiers et réglementaires
• Au processus de sélection des candidats potentiels à une extension de vie
• Aux méthodes et bonnes pratiques de l'extension de la durée de vie
• Aux processus de décision - étude économique de l'extension de vie.

La question est donc maintenant : Comment la BT permet au lecteur d'être capable de répondre aux questions courantes relatives ces points?

Stratégies de gestion de flotte

La BT propose une approche qui permet d'ajouter l'extension de durée de vie comme alternative à la stratégie classique existante du "réparer ou remplacer". En mettant en œuvre l'extension de vie comme une alternative, la vague de remplacement d'une flotte de transformateurs vieillissants peut être optimisée par la réduction et l'étalement du nombre annuel des unités à remplacer.

Considérations financières et réglementaires

Avoir une compréhension claire des règles d'engagement de dépenses et des réglementations qui s'appliquent à tous les types d'intervention est important quand on prend en compte l'impact d'un investissement sur le compte de résultat et sur les revenus. Pour la prise en compte de tous les coûts associés, on donne au lecteur dans le chapitre 2, les outils de base qui permettent d'évaluer si un investissement d'extension de durée de vie est préférable au remplacement. Tous les coûts pertinents dont il faut tenir compte dans le processus d'extension de durée de vie sont :

• Les coûts de rendement et de pertes
• Le coût que représente la réduction de la durée de vie attendue
• Les coûts des défaillances et des arrêts d'activité
• Les coûts non quantifiables.

Sélection des candidats potentiels à une extension de vie

Une fois que la stratégie de l'entreprise a été mise en place, et que tous les aspects réglementaires et financiers sont clairs, l'attention va se concentrer sur le choix du meilleur candidat. On s'intéresse tout spécialement au mécanisme de vieillissement du système d'isolation, dans la mesure où la fin de vie est habituellement liée à l'état mécanique de l'isolation cellulosique. Une bonne compréhension du rôle de l'humidité, de la température et de l'oxygène, qui sont des facteurs importants de l'accélération du vieillissement de tous les composants, est cruciale pour évaluer l'efficacité et le succès final d'une mesure de prolongation de vie. Le chapitre 3 présente en détail des informations spécifiques à l'anatomie et la physiologie des transformateurs, et montre comment on analyse les défaillances courantes et les dégradations par l'utilisation des techniques existantes de diagnostic, et aide en outre à structurer le processus menant d'une observation à une conclusion technique.

Méthodes et bonnes pratiques d'extension de durée de vie

La BT présente les méthodes les plus pertinentes d'extension de la durée de vie, leur intérêt technique, les coûts correspondants, et leur complexité. Les mécanismes majeurs de vieillissement, et la réduction de durée de vie afférente, sont surtout liés au système d'isolation et aux accessoires.

Par conséquent on s'intéresse aux aspects suivants :

• Les processus de traitement de l'huile (par ex. traitement de l'huile, filtrage, récupération, élimination des boues, échange)
• Les processus de séchage et le resserrage
• La reprise des scellements et le traitement de la rouille
• Le remplacement et la rénovation des accessoires (par ex. traversées, changeurs de prises en charge, ventilateur, protection)
• La rénovation complète, comportant le remplacement des enroulements

En outre, l'enquête et les neuf études de cas réel donnent des détails et des réflexions qui sont à prendre en considération quand on travaille sur un projet d'extension de durée de vie.

Prise de décision – Etudes économiques d'extension de vie

La BT apporte une aide aux gestionnaires d'actifs dans l'évaluation des principales alternatives et stratégies d'extension de durée de vie. Des analyses technico-économiques de quelques alternatives d'extension de vie sont présentées, dont :

• Le séchage de l'isolation cellulosique
• Le scellement du système de préservation de l'huile
• Le perfectionnement du refroidissement
• L'amélioration de la fiabilité par remplacement ou rénovation des accessoires
• La rénovation à mi-durée de vie

L'évaluation des bénéfices financiers du report de l'investissement et/ou de l'amélioration de la fiabilité, et leur comparaison aux coûts de chaque alternative au moyen d'un calcul de valeur nette actuelle (NPV), permettent de prendre une décision.

En abordant l'ensemble des questions courantes, la BT apporte aux lecteurs intéressés une aide à toutes les étapes importantes de la mise en œuvre d'une méthodologie de détermination des mesures d'extension de la durée de vie de leurs transformateurs ou réactances. En outre, le grand nombre de documents techniques référencés devraient leur permettre d'accéder à toute l'information nécessaire et d'aller, si besoin, plus avant dans les aspects techniques ou économiques.