Les inspections de routine et la surveillance de l'état sont essentielles, mais toutes les méthodes n'offrent pas le niveau de connaissance nécessaire pour détecter les problèmes à un stade précoce. Pour les transformateurs HT, l'outil de diagnostic le plus fiable et le plus largement adopté est l'analyse des gaz dissous (DGA). En analysant les gaz dissous dans l'huile isolante du transformateur, la DGA révèle les défauts électriques et thermiques cachés bien avant qu'ils ne deviennent visibles ou ne causent des dommages en surface.

Cet article explore le fonctionnement du DGA, les types de problèmes qu'il détecte et pourquoi il constitue la pierre angulaire de la maintenance prédictive des transformateurs HT.

Pourquoi les inspections seules ne suffisent pas

Les méthodes d'inspection traditionnelles et les techniques externes telles que la thermographie infrarouge sont utiles, mais elles se limitent à la détection de problèmes visibles ou superficiels. Un transformateur peut paraître normal de l'extérieur alors qu'une dégradation importante est déjà présente à l'intérieur.

Par exemple, une rupture d'isolation peut libérer des gaz sans provoquer de symptômes externes immédiats. De même, des décharges partielles à l'intérieur des enroulements ou des arcs électriques dans l'huile peuvent rester invisibles jusqu'à ce que le défaut se transforme en défaillance majeure. Lorsque l'échauffement de surface ou les modifications physiques apparaissent, les dommages sont souvent importants.

C'est là que le DGA excelle. Au lieu d'attendre des signes extérieurs, il examine directement les traces chimiques présentes dans l'huile du transformateur, offrant ainsi une indication précoce et précise des problèmes internes.

Qu'est-ce que l'analyse des gaz dissous (DGA) ?

L'analyse des gaz dissous (DGA) est une méthode de diagnostic en laboratoire qui analyse les gaz dissous dans l'huile isolante des transformateurs. Lorsque les matériaux isolants ou l'huile se dégradent sous l'effet de contraintes électriques ou thermiques, ils libèrent des gaz en concentrations mesurables. En identifiant ces gaz et en interprétant leurs ratios, les ingénieurs peuvent déterminer le type de défaut présent dans le transformateur.

Le processus consiste à prélever un échantillon d'huile, à extraire les gaz dissous et à les analyser par chromatographie en phase gazeuse. Les résultats sont ensuite comparés aux normes internationales telles que la norme CEI 60599 ou la norme IEEE C57.104, ce qui permet aux experts de classer l'état du transformateur et de recommander des mesures correctives.

Signatures de défauts dans DGA

Différents gaz correspondent à différentes conditions de défaut, ce qui fait du DGA une « empreinte » de diagnostic efficace de l’état du transformateur :

• Hydrogène (H₂) :Souvent lié à une décharge partielle ou à une activité corona.

• Méthane (CH₄) et éthane (C₂H₆) :Associé à une surchauffe de faible intensité de l'huile ou de l'isolant.

• Éthylène (C₂H₄) :Indique une surchauffe à haute température des enroulements ou des conducteurs.

• Acétylène (C₂H₂) :Preuve forte d’arc électrique ou de décharge électrique grave.

• Monoxyde de carbone (CO) et dioxyde de carbone (CO₂) :Indique la dégradation des isolants à base de cellulose tels que le papier ou le carton comprimé.

En analysant non seulement la présence de ces gaz mais aussi leurs proportions relatives, les équipes de maintenance peuvent faire la distinction entre les processus de vieillissement inoffensifs et les défauts dangereux en développement.

Pourquoi la DGA est indispensable

Le principal atout de la DGA réside dans sa capacité à détecter les défauts à un stade précoce. Contrairement aux inspections externes, elle offre un aperçu direct de l'état interne d'un transformateur. Non intrusive, elle ne nécessite ni arrêt ni démontage, ce qui la rend pratique même pour les transformateurs devant fonctionner en continu.

Cette méthode offre également une couverture complète, détectant les problèmes thermiques, électriques et d'isolation en un seul test. Forte de plusieurs décennies d'utilisation et de normalisation dans l'industrie, elle garantit des résultats cohérents et comparables entre les installations du monde entier. Pour les gestionnaires d'actifs, cela se traduit par une réduction des risques, une prolongation de la durée de vie des transformateurs et des économies significatives grâce à la prévention des pannes imprévues.

Quand effectuer une DGA

L'analyse de gaz différentiel (DGA) est plus efficace lorsqu'elle est effectuée régulièrement dans le cadre d'un programme de surveillance de l'état. De nombreux exploitants planifient des tests annuels ou biannuels afin d'établir des tendances fiables. Elle doit également être effectuée après des événements d'exploitation inhabituels tels que des pannes de système, des coups de foudre ou des surtensions soudaines, car ceux-ci peuvent déclencher une production de gaz à l'intérieur du transformateur.

L'analyse des tendances au fil du temps est particulièrement précieuse. Un seul test fournit des informations utiles, mais un suivi à long terme révèle si les concentrations de gaz sont stables, augmentent progressivement ou connaissent des pics soudains. Cette analyse des tendances permet aux opérateurs d'agir au bon moment, avant qu'une défaillance ne se transforme en panne critique.

Techniques complémentaires

Bien que la DGA soit le principal outil de diagnostic des transformateurs haute tension, elle n'est pas utilisée isolément. Pour une évaluation complète de l'état du transformateur, elle est souvent combinée à d'autres tests. La thermographie infrarouge permet d'identifier la surchauffe des composants externes tels que les traversées ou les radiateurs. Les tests de résistance des enroulements détectent les variations subtiles de l'état des conducteurs. L'analyse du furane permet d'évaluer la dégradation de l'isolant cellulosique, tandis que les tests d'humidité évaluent la présence d'eau dans l'huile, responsable de la réduction de la rigidité diélectrique.

Ensemble, ces méthodes forment une stratégie de maintenance globale, avec la DGA au cœur.

Applications du monde réel

Dans tous les secteurs industriels et les services publics, la DGA a prouvé sa valeur à maintes reprises. Les installations de production d'électricité s'appuient sur elle pour surveiller les transformateurs des sous-stations, où la fiabilité est non négociable. Les usines industrielles l'utilisent pour protéger les lignes de production contre les pertes de puissance imprévues. Les entreprises de services publics appliquent la DGA à l'ensemble de leurs parcs de transformateurs afin de prioriser les budgets de maintenance et de prolonger la durée de vie des actifs. Dans nombre de ces opérations, la DGA est également complétée par des services tels que la révision des moteurs électriques, garantissant ainsi le fonctionnement fiable des transformateurs et des moteurs dans des conditions exigeantes.

Dans tous ces cas, le coût relativement faible des tests DGA réguliers est éclipsé par les économies qu'ils génèrent, qu'il s'agisse d'éviter des remplacements coûteux de transformateurs ou d'empêcher des pannes imprévues qui pourraient coûter des millions en perte de productivité.

Meilleures pratiques pour les programmes DGA

Pour maximiser la valeur de la DGA, les entreprises doivent suivre les meilleures pratiques éprouvées :

• Maintenir la cohérence dans l’échantillonnage.L’huile doit toujours être collectée dans des conditions contrôlées pour éviter toute contamination ou perte de gaz.

• Faites confiance à l’interprétation d’un expert.Les concentrations et les ratios de gaz doivent être analysés par des professionnels expérimentés et familiers avec les normes de l’industrie.

• Intégrer avec d’autres diagnostics.Les résultats de l'analyse DGA doivent être pris en compte parallèlement aux tests électriques et thermiques pour obtenir l'image la plus précise.

• Suivre les tendances à long terme.Les tests individuels sont utiles, mais l’analyse des tendances sur plusieurs mois et plusieurs années fournit l’aperçu le plus clair de l’état de santé du transformateur.

• Agissez en fonction des alertes précoces.Même de petits écarts peuvent signaler un problème en développement ; une intervention rapide est toujours plus rentable que des réparations d’urgence.

Conclusion

Les transformateurs haute température sont des actifs vitaux, et leur défaillance peut entraîner d'énormes pertes financières et opérationnelles. L'analyse des gaz dissous (AGD) est la méthode la plus efficace pour détecter les défauts internes avant qu'ils ne deviennent critiques, offrant un niveau d'information que les inspections externes seules ne peuvent pas fournir.

En intégrant la DGA dans un programme de maintenance structuré, les opérateurs acquièrent la capacité de détecter rapidement les défauts cachés, de planifier les réparations de manière stratégique et de prolonger la durée de vie de leurs équipements les plus précieux.