Test de décharge partielle en ligne pour les générateurs à turbine refroidis à l'hydrogène

Les générateurs à turbine dans les centrales nucléaires, au charbon, au pétrole et dans certaines centrales au gaz ont tendance à avoir une puissance nominale supérieure à quelques centaines de mégawatts. Ces machines sont généralement refroidies à l'hydrogène (et au-delà de 500 MW environ, elles sont refroidies à la fois par l'eau directe et par l'hydrogène). Les turbogénérateurs refroidis à l'hydrogène présentent de nombreux avantages. En raison de la faible masse de la molécule d'hydrogène, l'efficacité d'une machine refroidie à l'hydrogène est supérieure à celle d'une machine refroidie à l'air, car il y a moins de pertes dues au "vent" créé par le rotor en rotation.

Un effet secondaire important de l'utilisation de l'hydrogène à haute pression (15 - 60 psi-g, ou 100 - 400 kPa-g) dans les générateurs de turbines est qu'il supprime fortement les décharges partielles. Le pouvoir de coupure électrique de l'air et de l'hydrogène est proche. Ce qui rend le pouvoir de coupure de l'hydrogène beaucoup plus élevé, c'est l'effet de la pression.

On sait depuis plus d'un siècle que le claquage électrique est fortement influencé par la pression du gaz. La plupart des gaz ont un pouvoir de coupure électrique d'environ 3 kV/mm lorsqu'ils sont secs et à 100 kPa. En revanche, si la pression est trois fois plus élevée, le pouvoir de coupure est de 9 kV/mm. L'effet spectaculaire de la pression sur le claquage entraîne la suppression des décharges partielles dans les machines refroidies à l'hydrogène à haute pression.

Les questions souvent posées sont donc les suivantes:

1. Les décharges partielles sont-elles une cause de défaillance de l'isolation?
2. La surveillance en ligne des décharges partielles est-elle utile?

La réponse courte est non et oui, respectivement.

Les décharges partielles sont encore parfois présentes dans les turbogénérateurs refroidis à l'hydrogène en dépit de l'effet de la pression. L'une des raisons pour lesquelles des décharges partielles se produisent encore est que ces machines sont souvent conçues pour fonctionner à une tension de fonctionnement plus élevée (jusqu'à 27 kV) et à une contrainte électrique moyenne de conception plus élevée (typiquement >3 kV/mm par rapport aux machines refroidies à l'air).

La décharge partielle plus importante normalement mesurée dans les machines refroidies à l'air peut lentement dégrader l'époxy (bien que cela puisse prendre des décennies) - mais plus important encore, la décharge partielle dans l'air crée de l'acide nitrique qui peut attaquer chimiquement l'isolation. Ce phénomène d'attaque chimique n'existe pas dans les machines refroidies à l'hydrogène. D'après mon expérience, les décharges partielles n'ont jamais été la cause directe d'une défaillance dans les machines refroidies à l'hydrogène.

Alors, la surveillance de la DP est-elle utile dans les machines refroidies à l'hydrogène ? Plus de 50 ans d'expérience ont montré que les tests de décharge partielle en ligne peuvent détecter deux processus de défaillance importants dans les turbogénérateurs refroidis à l'hydrogène :

1. Les enroulements lâches dans la fente entraînant une décharge de la fente
2. La contamination des enroulements d'extrémité du stator par des matériaux partiellement conducteurs, tels que l'huile mélangée à la poussière/la saleté, qui entraîne un suivi électrique.

Dans ces cas, la décharge partielle n'est qu'un symptôme de la présence d'enroulements lâches et d'une contamination. Plus précisément, la décharge partielle n'est qu'un symptôme et non un facteur contribuant au taux de détérioration.

Cette capacité à détecter les enroulements lâches dans la fente et la contamination a été démontrée dans des dizaines d'études de cas publiées depuis les années 1970. La décharge partielle, étant un symptôme de ces deux processus de détérioration, est la raison pour laquelle tous les principaux fabricants de turbogénérateurs offrent des services de test de décharge partielle en ligne (ainsi qu'Iris-Qualitrol).