Une DGA qui va plus loin : surveillance avancée des transformateurs avec le Serveron TM8
L’analyse des gaz dissous, ou DGA, est une méthode d’évaluation de l’état utilisée pour identifier les gaz générés à l’intérieur des équipements électriques remplis d’huile. Les variations des concentrations de gaz et de leurs taux de génération peuvent révéler l’apparition de défauts thermiques ou électriques.
La surveillance DGA en ligne automatise ce processus. Elle aide les propriétaires de transformateurs à suivre le comportement des gaz dans le temps, au lieu de dépendre uniquement de prélèvements périodiques d’huile. Pour les transformateurs critiques, des mesures fréquentes peuvent permettre de détecter plus tôt l’évolution des conditions et favoriser des décisions de maintenance plus rapides et mieux informées.
Pourquoi la visibilité sur l’état des transformateurs est importante
Les transformateurs de puissance restent essentiels à la production, au transport et à la distribution de l’électricité. Dans le même temps, de nombreux exploitants doivent gérer le vieillissement des équipements, l’expansion des réseaux et le raccordement de nouvelles ressources de production.
Un rapport publié en 2024 par le Département de l’Énergie des États-Unis identifie le remplacement des unités vieillissantes, l’expansion du réseau de transport et la croissance de la production renouvelable comme les principaux moteurs de la demande en grands transformateurs de puissance. Le rapport souligne l’importance de maintenir la disponibilité des transformateurs déjà en service, notamment parce que ces actifs critiques peuvent être difficiles et longs à remplacer.[¹]
Les informations sur l’état des équipements prennent donc une valeur croissante. Les gestionnaires d’actifs doivent savoir non seulement si un transformateur présente un état anormal, mais aussi si cet état est stable, évolue lentement ou change rapidement.
Qu’est-ce que l’analyse des gaz dissous?
L’analyse des gaz dissous étudie les gaz présents dans l’huile isolante du transformateur. Ces gaz peuvent être générés lorsque l’huile isolante ou l’isolation solide est soumise à des contraintes électriques ou thermiques.
Les différents gaz et profils de gaz peuvent fournir des informations sur d’éventuelles conditions de défaut. Toutefois, la DGA ne doit pas être considérée à elle seule comme un diagnostic définitif. Les résultats doivent être interprétés en tenant compte des taux de génération de gaz, de l’historique d’exploitation, de la charge du transformateur, de la température et des autres informations disponibles sur son état.
La norme IEEE C57.104 fournit des recommandations pour évaluer les gaz générés dans les transformateurs immergés dans l’huile minérale.[²] La norme IEC 60599 apporte des recommandations supplémentaires pour interpréter les gaz dissous et libres dans les équipements électriques remplis d’huile minérale. L’IEC souligne également que les résultats de la DGA constituent des indications et que les actions qui en découlent nécessitent un jugement technique approprié.[³]
Ensemble, ces normes établissent la DGA comme une composante importante de l’évaluation de l’état des transformateurs, tout en reconnaissant qu’une interprétation pertinente exige davantage qu’une mesure isolée.
DGA en laboratoire et surveillance DGA en ligne
La DGA en laboratoire et la surveillance DGA en ligne remplissent des fonctions liées, mais différentes.
| Critère | DGA en laboratoire | Surveillance DGA en ligne |
|---|---|---|
| Collecte des données | Un échantillon d’huile est prélevé et envoyé pour analyse | Les mesures sont recueillies automatiquement au niveau du transformateur |
| Vue de l’état | Fournit des résultats correspondant à un point d’échantillonnage précis | Établit une tendance continue dans le temps |
| Fréquence des mesures | Déterminée par le programme d’échantillonnage de l’huile | Déterminée par l’intervalle d’analyse configuré sur le moniteur |
| Valeur principale | Évaluation détaillée en laboratoire | Visibilité sur l’évolution des concentrations de gaz et des taux de variation |
| Rôle dans un programme DGA | Contribue à la confirmation et à une analyse approfondie | Aide à déterminer quand une situation peut nécessiter un examen plus poussé |
La CIGRE indique que la surveillance DGA en ligne peut fournir d’importants volumes de données de tendance, révéler des taux de variation élevés et aider les exploitants à observer une détérioration rapide de l’état d’un transformateur. Les systèmes en ligne peuvent également être configurés pour alerter les exploitants lorsque les mesures indiquent des conditions en développement qui peuvent nécessiter une évaluation rapide.[⁴]
La surveillance en ligne ne supprime pas la nécessité des analyses en laboratoire ni de l’expertise technique. Elle apporte plutôt des informations de tendance en temps utile, qui peuvent aider les équipes à déterminer quand une investigation plus approfondie est nécessaire.
Pourquoi surveiller plusieurs gaz?
Un moniteur DGA à gaz unique peut fournir une première indication d’un changement potentiel de l’état du transformateur. Un moniteur DGA multigaz apporte des informations supplémentaires qui peuvent aider les équipes à évaluer la nature possible de ce changement.
Le moniteur DGA en ligne Serveron® TM8™ mesure huit gaz critiques en standard:
- Hydrogène (H₂)
- Oxygène (O₂)
- Méthane (CH₄)
- Monoxyde de carbone (CO)
- Dioxyde de carbone (CO₂)
- Éthylène (C₂H₄)
- Éthane (C₂H₆)
- Acétylène (C₂H₂)
La surveillance de l’azote (N₂) est également disponible à la demande du client. Le TM8 peut ainsi offrir une capacité de surveillance de neuf gaz lorsque cela est nécessaire.
Les différents états d’un transformateur pouvant produire des profils de gaz distincts, la mesure de plusieurs gaz fournit un contexte de diagnostic plus complet que la surveillance d’un seul gaz. Elle permet également d’utiliser des méthodes reconnues d’interprétation DGA pour évaluer les relations entre les gaz et leurs tendances.
Comment le TM8 mesure-t-il les gaz dissous?
Le TM8 mesure ses huit gaz standard au moyen d’un seul système de mesure par chromatographie en phase gazeuse.
La chromatographie en phase gazeuse est une méthode de laboratoire reconnue pour séparer et mesurer les gaz. En intégrant cette méthode à un moniteur en ligne, le TM8 fournit des mesures automatisées au niveau du transformateur, sans nécessiter le prélèvement manuel d’un nouvel échantillon d’huile pour chaque analyse.
Les spécifications actuelles du TM8 indiquent que le système peut effectuer des mesures DGA dans des fluides isolants à base d’huile minérale et d’ester. La méthode d’interprétation applicable doit toutefois toujours tenir compte du fluide isolant, de la conception du transformateur et des recommandations pertinentes du secteur.
À quelle fréquence le TM8 analyse-t-il l’huile du transformateur?
Le TM8 prend en charge des intervalles d’analyse des gaz sélectionnables par l’utilisateur, de deux à douze heures. L’intervalle par défaut est de quatre heures.
Lorsqu’un seuil d’alarme configuré pour le taux de variation est dépassé, le moniteur peut automatiquement accélérer son programme d’analyse. L’intervalle accéléré par défaut est d’une heure.
Ce changement de fréquence est important, car un niveau de gaz élevé et un niveau de gaz en augmentation rapide ne représentent pas nécessairement le même état. Des analyses plus fréquentes lors d’un événement présentant un taux de variation élevé fournissent des données supplémentaires pour évaluer la rapidité avec laquelle l’état évolue.
Chaque mesure est horodatée, et jusqu’à environ deux années de données peuvent être stockées dans la mémoire du moniteur.
Des mesures de gaz aux informations de diagnostic
La collecte des mesures de gaz n’est que la première étape. Les données doivent également être visualisées, comparées et interprétées.
Serveron TM View™ fournit des outils de gestion des moniteurs de transformateurs, de visualisation des données et d’analyse DGA. Ses fonctionnalités comprennent des graphiques de tendance des gaz dissous dans l’huile, plusieurs analyses fondées sur le triangle de Duval, les rapports de Rogers, les rapports de gaz de base ainsi que des alarmes de niveau de gaz et de taux de variation.
Ces outils permettent aux équipes d’étudier le comportement des gaz à l’aide de plusieurs approches de diagnostic. La comparaison des résultats de différentes méthodes peut contribuer à une évaluation plus complète. Les conclusions finales doivent néanmoins tenir compte de la conception du transformateur, de son historique de service et de ses conditions d’exploitation.
Aller au-delà des gaz dissous
Les variations des gaz dissous peuvent être plus significatives lorsque les exploitants peuvent les comparer à ce qui se produisait simultanément dans le transformateur.
En plus de ses mesures de gaz, le TM8 peut surveiller ou mettre en corrélation des informations telles que l’humidité dans l’huile, la température de l’huile, la température ambiante et la charge du transformateur. La surveillance de l’humidité dans l’huile et de la température de l’huile est disponible en option. Les informations sur la charge du transformateur peuvent également être ajoutées à l’aide de l’option de surveillance de charge disponible.
Ce contexte supplémentaire peut aider les ingénieurs à déterminer si la génération de gaz a augmenté pendant une période de charge plus élevée, si l’humidité ou la température de l’huile ont changé simultanément et si la tendance des gaz s’est poursuivie après le retour à la normale des conditions d’exploitation.
Le moniteur ne prend pas la décision technique finale. Il fournit davantage d’informations nécessaires pour étudier l’évolution de l’état du transformateur.
Regrouper les données sur l’état du transformateur
Pour les déploiements de surveillance plus importants, SmartSUB® étend l’analyse au-delà d’un seul moniteur DGA.
SmartSUB comprend les capacités d’analyse DGA de TM View et peut combiner les données du TM8 avec les informations provenant d’autres dispositifs de surveillance de l’état des transformateurs. Il peut notamment s’agir de la pression de la cuve, du courant des groupes de refroidissement, du courant et de la température des enroulements, de la surveillance des traversées et de la surveillance des décharges partielles.
Le regroupement de ces informations peut aider les gestionnaires d’actifs à évaluer plus largement l’état du transformateur, plutôt que d’examiner séparément chaque système de surveillance.
Un programme DGA avancé va ainsi au-delà de la simple collecte de gaz. Il s’intègre à une stratégie connectée de surveillance de l’état qui met en relation les résultats DGA avec l’environnement électrique et thermique du transformateur.
Favoriser un accès centralisé aux données DGA
Le TM8 prend en charge plusieurs interfaces de communication et protocoles industriels permettant l’accès à distance aux données.
Les interfaces standard indiquées dans la brochure actuelle du TM8 comprennent RS-232, RS-485, Ethernet sur fibre optique et un modem POTS interne. Les interfaces en option comprennent la communication cellulaire et Ethernet sur cuivre.
Les protocoles pris en charge comprennent TCP/IP, DNP3, Modbus RTU, ASCII, OPC et IEC 61850. Ces options de communication permettent aux organisations de mettre les informations DGA à la disposition des équipes concernées, en fonction du site et de l’infrastructure de communication existante.
Où la surveillance DGA avancée en ligne est-elle la plus utile?
Le niveau de surveillance nécessaire doit tenir compte de l’importance du transformateur, de son environnement d’exploitation, de son état et des conséquences potentielles d’une défaillance.
La brochure du TM8 cite comme principales applications les transformateurs élévateurs de groupes de production, les grands transformateurs de transport et les transformateurs critiques de postes électriques. Le TM8 peut également être utilisé pour d’importants transformateurs de production, de transport et de distribution nécessitant des informations fréquentes sur leur état.
Une surveillance multigaz avancée peut être particulièrement pertinente lorsque les exploitants ont besoin de mesures fréquentes, de plusieurs méthodes de diagnostic et d’une meilleure visibilité sur l’évolution des conditions de gaz. Elle peut également faire partie d’une stratégie plus large de surveillance des transformateurs, notamment lorsque les données doivent être consultées à distance ou combinées avec d’autres informations sur l’état des équipements.
Transformer les données DGA en meilleures décisions de maintenance
La surveillance DGA en ligne ne remplace pas les analyses en laboratoire, le jugement technique ni un programme complet de maintenance des transformateurs. Sa valeur réside dans la mise à disposition des équipes de gestion d’actifs de mesures fréquentes et reproductibles montrant comment l’état du transformateur évolue dans le temps.
Le Serveron TM8 fournit une DGA en ligne de huit gaz en standard. La surveillance de l’azote est disponible à la demande du client, pour un total de neuf gaz mesurés. Il réunit la chromatographie en phase gazeuse, des intervalles d’analyse réglables, des outils de diagnostic et des données supplémentaires sur l’état du transformateur au sein d’une seule solution de surveillance.
Lorsqu’elles sont associées à TM View ou SmartSUB, ces informations peuvent s’intégrer à un processus plus large d’évaluation de l’état du transformateur.
Pour les exploitants responsables de transformateurs critiques, la question n’est plus seulement de savoir si une DGA doit être réalisée. Il faut aussi déterminer si les données DGA disponibles sont suffisamment fréquentes, détaillées et connectées pour soutenir la prise de décision lorsque l’état du transformateur commence à évoluer.
Découvrir le moniteur DGA en ligne Serveron TM8
Références
- Département de l’Énergie des États-Unis, Large Power Transformer Resilience Report, 2024 :
https://www.energy.gov/sites/default/files/2024-10/EXEC-2022-001242%20-%20Large%20Power%20Transformer%20Resilience%20Report%20signed%20by%20Secretary%20Granholm%20on%207-10-24.pdf - IEEE, IEEE C57.104-2019: Guide for the Interpretation of Gases Generated in Mineral Oil-Immersed Transformers :
https://ieeexplore.ieee.org/document/8890040 - Commission électrotechnique internationale, IEC 60599:2022 – Guidance on the Interpretation of Dissolved and Free Gases Analysis :
https://webstore.iec.ch/en/publication/66491 - CIGRE, Guideline for Online Dissolved Gas Analysis Monitoring :
https://www.cigre.org/userfiles/files/News/2022/TOR-JWG%20A2_D1_67_Guideline%20for%20online%20dissolved%20gas%20analysis%20monitoring.pdf - Qualitrol, Serveron TM8 Multi-Gas On-Line Dissolved Gas Monitor :
https://www.qualitrolcorp.com/products/TM8
