Mise à niveau structurelle : technologies de transformateur nouvelles et émergentes

Les exigences commerciales modernes exigent des actifs mis à niveau qui peuvent assurer la sécurité, une alimentation électrique fiable et des opérations commerciales continues. La technologie des transformateurs a suffisamment progressé pour répondre aux besoins changeants des services publics et améliorer la résilience du système électrique. Une tendance clé a été l'utilisation de transformateurs de type sec et de transformateurs remplis de fluide de classe K (ester), qui auraient des taux de défaillance inférieurs à ceux remplis d'huile. Une autre tendance technologique clé est l'utilisation de transformateurs intelligents qui deviennent un élément important des sous-stations numériques qui contrôlent de manière autonome la tension et maintiennent la communication avec les réseaux intelligents pour permettre une administration à distance et un retour en temps réel sur les caractéristiques de l'alimentation électrique. Ces transformateurs de nouvelle génération utilisent des matériaux de base améliorés et présentent des niveaux de sécurité plus élevés (comme la résistance au feu), des exigences d'espace réduites, des prix moins chers, des taux de défaillance plus faibles, des niveaux de bruit inférieurs et une durée de vie accrue des actifs. De plus, ils sont respectueux de l'environnement et adaptables aux réseaux intelligents.

Power Line se penche sur les tendances technologiques nouvelles et émergentes dans les transformateurs…

Technologies de transformateur

Transformateurs convertisseurs HVDC : La transmission de courant continu haute tension (HVDC) est un processus économique pour la transmission d'énergie en vrac sur de longues distances. Étant donné que toutes les centrales produisent du courant alternatif (AC), des transformateurs convertisseurs HVDC sont nécessaires pour le convertir en courant continu (DC). Ces transformateurs convertissent également le courant continu en courant alternatif pour la consommation d'énergie. Ils ont des enroulements AC connectés au système AC et des enroulements de vanne connectés à des convertisseurs, qui sont en outre connectés dans un circuit en série pour établir le niveau nécessaire de tension DC. Les avantages de ces transformateurs sont une transmission électrique élevée et de faibles pertes de transmission.

En juin 2021, Power Grid Corporation of India Limited (Powergrid) a mis en service le bipôle HVDC de 6000 MW entre Raigarh dans le Chhattisgarh, Pugalur dans le Tamil Nadu et Trichur dans le Kerala. Un consortium comprenant Bharat Heavy Electricals Limited (BHEL) et Hitachi ABB Power Grids avait remporté la commande de la liaison 800 kV Raigarh-Pugalur en 2016. Le consortium a fourni des équipements majeurs, notamment des transformateurs de conversion de 800 kV, des vannes de conversion, des systèmes de refroidissement et une technologie de contrôle et de protection pour le projet. Ce projet marque la première utilisation de la technologie des convertisseurs de source de tension dans le pays.

Transformateurs remplis d'ester : Les transformateurs conventionnels utilisent des huiles minérales comme fluide isolant, tandis que les transformateurs remplis d'ester utilisent des esters naturels pour l'isolation liquide du transformateur. Comme les esters naturels ont environ deux fois le point de feu de l'huile minérale à 360 ºC, ainsi qu'un point d'éclair de 320 ºC, ces transformateurs ont l'avantage significatif d'être résistants au feu. En cas de fuite, les transformateurs remplis d'esters s'en sortent mieux que leurs homologues conventionnels car les esters naturels sont biodégradables, et donc les risques de contamination du sol sont minimisés.

L'année dernière, en avril, Tata Power a mis en service le plus grand transformateur de puissance rempli d'esters naturels de 110/33/22 kV, 125 MVA à la station de réception BKC, dans le cadre de son réseau de transmission de Mumbai. Plus récemment, en juillet 2022, BHEL a mis en service une centrale solaire photovoltaïque flottante de 100 MW à NTPC Ramagundam à Telangana. Un élément majeur de la centrale solaire est l'utilisation de transformateurs à onduleur remplis d'huile d'ester naturel biodégradable.

Transformateurs de type sec : les transformateurs de type sec gagnent du terrain. Dans ceux-ci, les enroulements ainsi que le noyau sont conservés dans un réservoir rempli d'air, sous pression et scellé. Ce sont des dispositifs à semi-conducteurs immobiles sans composants mobiles ou rotatifs. Ils n'ont pas besoin d'être stockés dans des voûtes ignifuges et ne produisent pas de fumées toxiques. Les deux types de transformateurs de type sec sont les transformateurs en résine coulée et les transformateurs à pression sous vide. Ils peuvent réduire le risque d'incendie et sont donc idéaux pour des zones telles que les bâtiments résidentiels, les bureaux, les écoles, les hôpitaux et les stations de métro. BSES Yamuna Power Limited a déployé un transformateur de type sec à East Delhi et BRPL a déployé un transformateur de type sec de 1 500 kVA au Triveni Shopping Complex à Delhi. Des transformateurs de type sec ont également été déployés à la station de métro de Kochi.

Transformateurs verts : Des transformateurs verts à faible bruit pour des applications ultra-faibles, qui offrent une sécurité accrue contre les incendies grâce à l'utilisation d'huile d'ester, font leur apparition. Les transformateurs verts offrent plusieurs avantages tels qu'une empreinte carbone plus faible et un vieillissement plus lent par rapport aux transformateurs traditionnels. De tels transformateurs ont également des coûts de cycle de vie inférieurs car ils sont équipés de réservoirs hermétiquement scellés, qui ne nécessitent aucun conservateur d'huile et aucun dispositif associé, réduisant ainsi les besoins de maintenance.

Transformateurs intelligents : les transformateurs intelligents font partie intégrante des sous-stations numériques. Les transformateurs intelligents peuvent réguler indépendamment la tension tout en permettant un fonctionnement à distance en conservant le contact avec le réseau intelligent. Ils modifient le rapport de tension à l'aide de la technologie des semi-conducteurs appliqués et peuvent atteindre une densité de puissance élevée. Ils fonctionnent également à une fréquence élevée, réduisant ainsi à la fois le coût et la taille, ce qui les rend économiques. De plus, les transformateurs intelligents minimisent la consommation d'énergie et les émissions de gaz à effet de serre. Ils peuvent fournir une alimentation électrique stable et optimale et protéger l'équipement électrique des fluctuations de courant, prolongeant ainsi la durée de vie de l'équipement.

Autres : un transformateur mobile est un appareil portable utilisé dans les sous-stations mobiles. Il est utilisé dans des situations d'urgence, lorsqu'une connexion provisoire au réseau ou une alimentation électrique temporaire est nécessaire, comme lors de pics de charge, de remplacement de sous-station ou de panne d'équipement. Il s'agit d'un système autonome monté sur remorque, préconfiguré et prêt à l'emploi, avec des temps d'installation et de mise en service courts. Les services publics d'électricité peuvent utiliser des transformateurs écoénergétiques (EET) pour améliorer l'efficacité du système de transmission et de distribution (T&D) et, par conséquent, réduire les pertes de T&D. Ces transformateurs sont spécialement conçus pour des performances élevées. Ils utilisent des fils de cuivre à faible résistance, subissent des pertes de chaleur minimales, nécessitent moins de liquide de refroidissement et ont des temps de fonctionnement plus longs. Les EET peuvent réduire les pertes jusqu'à 60 %. En plus de ceux-ci, en septembre 2020, Powergrid, en collaboration avec BHEL, a mis en service un transformateur de courant optique de 400 kV et des composants de sous-station numérique à la sous-station 400/220 kV Bhiwadi de Powergrid.

Les progrès des matériaux

Les matériaux des transformateurs sont également améliorés. Les nouvelles tendances en matière de construction de base contribuent à réduire les pertes et à accélérer le processus de production. La construction à chevauchement des noyaux de transformateur est adoptée au lieu du type conventionnel sans chevauchement pour réduire le facteur de construction dans les noyaux de transformateur de 5 à 8 %, ainsi que le courant à vide et le niveau de bruit. De plus, pour le traitement des transformateurs, une technique de séchage - le séchage en phase vapeur, qui élimine uniformément l'humidité - gagne du terrain. Le séchage en phase vapeur, comme le séchage par pulvérisation d'huile chaude, utilise des hydrocarbures pour ajouter de la chaleur en même temps que le séchage sous vide. Le procédé en phase vapeur offre la combinaison la plus efficace d'ajout de chaleur et d'application de vide. Cela réduit le temps de traitement d'environ 25 % par rapport au traitement par pulvérisation d'huile chaude et de 40 % par rapport au traitement par air chaud. De plus, les matériaux de noyau de base utilisés dans la fabrication de transformateurs connaissent une transition progressive des tôles d'acier CRGO M4 à l'acier amorphe et au matériau de noyau gravé au laser ZDKH. De plus, les matériaux conducteurs utilisés dans les enroulements de transformateur sont passés des conducteurs en cuivre de régulateur isolés au papier à des conducteurs transposés en continu revêtus d'époxy. Cela s'est traduit par une optimisation de l'espace.

Conclusion

L'adoption de technologies de transformateurs modernes rendra le futur réseau plus résilient et adaptable aux changements importants que connaît le réseau. L'ampleur et le rythme de l'adoption de ces technologies émergentes dépendront toutefois de l'ampleur des investissements réalisés par les services publics d'électricité à l'avenir.