Meilleures pratiques pour les tests de décharge partielle des équipements HT : méthodes, précautions et études de cas

1. Contexte de l'industrie : Décharge partielle - Le « signal d'alerte précoce » en cas de défaillance de l'isolation HT

Les décharges partielles (DP) sont l'un des premiers signes de vieillissement et de défaillance des systèmes d'isolation des équipements électriques. Cela se produit généralement dans les équipements à haute tension-tels que les transformateurs, les-appareillages de commutation à isolation gazeuse (GIS), les câbles et les armoires de commutation à haute-tension. La perception et le diagnostic des DP couvrent pratiquement toutes les étapes de test des équipements haute tension -, depuis les tests en usine et la mise en service sur -site jusqu'aux diagnostics de panne et à l'inspection sous tension -, ce qui en fait un outil essentiel pour le contrôle qualité des équipements.

Pourquoi les décharges partielles sont-elles si dangereuses ?

La PD est fondamentalement « une décharge électrique qui ne comble que partiellement l’isolation entre les conducteurs ». Il ne s’agit pas d’une rupture complète entre conducteurs, mais plutôt d’une rupture localisée dans une région microscopique de l’isolation. Chaque décharge érode une minuscule couche isolante. Après des mois, des années, voire des décennies d’accumulation, cela conduit finalement à une défaillance complète de l’isolation. Selon le IEEE Gold Book (IEEE Std 493), les équipements qui subissent les plus grandes pertes dues à une défaillance liée à l'isolation-sontcâbles, appareillages et transformateurs.

Trois mécanismes principaux de formation de décharges partielles:

En raison de sa nature destructrice et de son développement caché,test de décharge partielleest devenu unoutil de diagnostic de basepour une évaluation de l'isolation haute-tension.

2. Analyse technique : principes fondamentaux et normes des tests PD

2.1 CEI 60270 : la référence internationale pour la mesure des DP

CEI 60270est la norme internationale fondamentale pour la mesure des décharges partielles. Le 6 mai 2025, la CEI a publié l'édition 4.0CEI 60270:2025, qui remplace toutes les éditions précédentes. La norme s'applique à la mesure basée sur la charge-des décharges partielles qui se produisent dans les appareils, composants ou systèmes électriques lorsqu'ils sont testés avec des tensions alternatives (jusqu'à 500 Hz) ou avec une tension continue.

L'unité de mesure de base de la CEI 60270 est lepicocoulomb (pC)- la charge apparente. La norme définitdétection à large bandedans la gamme de fréquences de30 kHz à 1 MHz.

2.2 Principales méthodes de test de DP

En fonction du type de signal, les tests PD peuvent être classés selon les méthodes principales suivantes :

En entretien courant,capteurs à ultrasons externesetcapteurs UHF-intégréssont les plus utilisés. Cependant, les deux technologies ont des limites dans les applications sur le terrain : la première souffre d'interférences sonores environnementales et d'atténuation acoustique à travers les enceintes, tandis que la seconde est sensible aux fausses alarmes provenant de sources de bruit pulsé.

2.3 Intégration des tests de résonance série et de DP

La combinaison deSystème de test de résonance CAavec détection de décharges partielles constitue une orientation technique importante dans le diagnostic de l'isolation HT. Lors de la résonance, la réactance inductive du réacteur et la réactance capacitive de l'objet à tester s'annulent, permettant d'appliquer une haute tension à l'objet à tester avec une puissance d'entrée minimale. Cette amplification de tension efficace permet auSystème de test de résonance en sériepour surveiller simultanément l'activité de décharge partielle tout en appliquant des tensions nominales ou même supérieures.

Technologie de détection à deux-capteursconstitue une avancée majeure pour résoudre les problèmes de détection des palladiums en résonance série. Cette technique utilise unTransformateur de courant haute fréquence (HFCT)pour détecter les signaux d'impulsion (y compris les signaux d'interférence et PD) circulant à travers la ligne de terre du câble comme signal principal, tout en utilisant simultanément unCapteur UHFpour détecter les signaux d'interférence d'impulsion générés par l'alimentation à fréquence variable comme signal de référence. Grâce à un algorithme de discrimination d'intersection, les signaux PD sont séparés et identifiés du signal HFCT. Cette méthode permet la séparation et l'identification du signal PD sous forte interférence de la source résonante à fréquence variable, permettant ainsi des tests simultanés de tension de tenue et de PD.

3. Limites des tests PD et critères de jugement

3.1 Valeurs de référence limites typiques de DP

Différents types d'équipements et niveaux de tension ont des exigences de limites de DP très différentes. Les valeurs suivantes sont des valeurs de référence typiques basées sur les normes CEI et GB :

Normes nationales chinoises (GB/T): GB/T 7354 « Mesures de décharge partielle » spécifie les méthodes de test ; GB 50150 « Standard pour le test de transfert des équipements électriques » spécifie la capacité de décharge inférieure ou égale à 100 pC pour les transformateurs de 110 kV et plus.

3.2 Précautions clés relatives aux tests sur le terrain

La sécurité avant tout: Les sites de test PD impliquent des tensions allant jusqu'à des dizaines de milliers de volts. Le personnel de test doit suivre strictement toutes les précautions de sécurité. La zone de test doit comporter des panneaux d’avertissement clairs. Le personnel de mesure directe doit comprendre tous les composants sous tension du circuit de mesure ; le personnel non-participant doit être isolé en dehors de la zone de test.

Contrôle du bruit de fond: Pendant la mesure, le bruit ambiant doit être maintenu en dessous de 50 % de la valeur admissible. Par exemple, si la limite standard est de 10 pC, le bruit de fond doit être inférieur à 5 pC.

Gestion des câbles de connexion: Les câbles de connexion doivent éviter les pointes pointues exposées pour éviter les décharges corona. Pour les tests PD à tension plus élevée, les câbles de connexion haute-tension doivent être épaissis et des boucliers anti-corona installés si nécessaire. Les couvercles de protection ne doivent pas entrer en contact avec les jupes en porcelaine de l'objet à tester.

Analyse des tendances: Si la décharge partielle des équipements en fonctionnement continue d'augmenter, même si elle ne dépasse pas la norme, un avertissement doit être émis. Un actif mesurant 50 pC en janvier puis 600 pC en juillet représente une décision de risque fondamentalement différente de celle qui reste stable à 50 pC.

4. Scénarios d'application : cas typiques de tests de DP industriels

4.1 Test PD du transformateur de puissance

Arrière-plan : La mesure de DP vise à détecter les défauts d'isolation potentiels dans les transformateurs et constitue un élément important des tests de mise en service de routine et sur site.

Cas 1 - 500Transformateur kV sur-Mise en service sur site : Un transformateur de 500 kV a présenté une décharge partielle anormale lors de la mise en service sur-site. Les techniciens ont effectué des tests d'application de tension bilatéraux,-de tête et de queue-sur les enroulements haute et basse tension, mesurant les rapports de transfert PD pour localiser et résoudre le défaut.

Cas 2 - PD d'un grand transformateur de puissance dépassant les limites: Un gros transformateur de puissance a montré une PD excessive lors des tests de tension induite. Grâce aux interférences externes, aux diagnostics électriques internes, à la localisation du signal PD, combinés au balayage aux rayons X-et à la spectroscopie infrarouge, l'emplacement du défaut d'isolation a été identifié et résolu.

Cas 3 - Acoustique- Localisation combinée électrique: Après qu'un transformateur de 500 kV ait montré une analyse anormale des gaz dissous, des capteurs de courant UHF à travers -noyau et des capteurs UHF externes ont été utilisés ensemble, révélant des signaux PD intermittents à l'intérieur du transformateur. Des capteurs à ultrasons ont ensuite détecté des signaux de vibrations pulsées impulsives sur la paroi du réservoir du transformateur dans la zone anormale, et la méthode combinée acoustique-électrique a localisé avec précision la source de décharge.

Meilleure pratique : Il est recommandé d'utiliser le test PD du transformateurdétection combinée acoustique-électrique- acquisition simultanée de signaux ultrasoniques et UHF pour un jugement précis et une localisation rapide des sources de décharge.

4.2 Tests SIG PD

Arrière-plan: L'équipement GIS a une structure compacte et des marges d'isolation relativement faibles, ce qui rend les tests PD essentiels pour un fonctionnement sûr.

Cas 1 - 220kV Isolateur GIS Décharge flottante: Après la mise sous tension initiale, une sous-station de 220 kV a détecté plusieurs signaux PD anormaux dans l'équipement SIG. En utilisant l'analyse diagnostique UHF et ultrasonique PD, combinée aux caractéristiques structurelles des isolateurs à disques, leMéthode de localisation de différence de temps UHF-etméthode de localisation combinée acoustique-électriquea identifié avec précision un défaut de décharge flottante sur l'anneau de classement d'un isolateur GIS de 220 kV, empêchant ainsi le développement de défauts supplémentaires et des pannes inutiles.

Cas 2 - Localisation des pannes d'imagerie acoustique distribuée: Après la réparation de l'équipement GIS dans une station de conversion, des tests de tension de tenue CA et de DP étaient nécessaires. L'Institut de Chongqing a déployé de manière innovante unsystème de localisation de pannes d'imagerie acoustique SIG distribuépour la surveillance, la construction d'un système de localisation acoustique intelligent permettant un étalonnage automatique visualisé des défauts de panne dans des environnements complexes, avec des vitesses d'imagerie dynamique atteignant des niveaux de millisecondes.

Cas 3 - Décharge de particules métalliques gratuites: Un défaut de décharge de particules métalliques libres a été constaté dans le compartiment interrupteur de mise à la terre d'un HGIS. Des méthodes combinées de détection de PD ont été appliquées, avec des caractéristiques de défauts identifiées par les méthodes UHF et ultrasonique. L'analyse des produits de décomposition du SF6 a permis de déterminer la source des particules, et une localisation précise par ultrasons a été réalisée sur la base de la méthode du plan de bissection.

Meilleure pratique: Les tests SIG PD devraient donner la priorité auxméthode combinée UHF et ultrasonique- les deux approches se complètent, améliorant considérablement les taux de détection des défauts et la précision de localisation.

4.3 Test de DP des câbles HT

Arrière-plan: Les décharges partielles sont une cause majeure de défaillance des câbles HT. Une détection et une localisation efficaces des PD sont primordiales pour la maintenance des câbles.

Cas 1 - 110détection de PD de terminaison de câble kV: Une terminaison de câble de transformateur principal de sous-station de 110 kV présentait un défaut PD. Grâce à des tests sur site et à des analyses théoriques, combinés à des modèles résolus en phase UHF et à des résultats de signaux ultrasoniques, il a été préalablement déterminé qu'il s'agissait de défauts de vide/contamination, puis vérifiés par une inspection de démontage.

Cas de terminaison de câble extérieur 2 - 110 kV : La détection des PD à haute-fréquence a été appliquée, avec une analyse détaillée des données démontrant la discrimination des signaux et les méthodes de localisation des terminaisons extérieures.

Cas 3 - Détection synchrone sous résonance série: Pour obtenir une détection simultanée de PD pendantSystème de test de résonance CArésister aux tests, letechnologie de détection à deux-capteursa été implémenté - HFCT détecte les signaux sur les lignes de terre des câbles comme signal principal, UHF détecte les interférences d'alimentation à fréquence variable comme référence, les signaux PD étant séparés par discrimination d'intersection.

Meilleure pratique: Pour la mise en service des câbles, lecombinaison de résistance CA proche de la-fréquence électrique-et de tests PDs'est avérée être la méthode d'acceptation sur site-la plus efficace. Une surveillance continue et distribuée des DP tout au long du test de tenue (en particulier pour 138 kV et moins) est recommandée.

5. Tendances de l’industrie et orientations futures

5.1 Des tests périodiques à la surveillance en ligne

Les tests PD traditionnels reposent principalement sur des tests hors ligne lors des pannes. Grâce aux progrès de la technologie des capteurs et de l'IoT,surveillance des DP en lignedevient courant. State Grid Shanghai Electric Power a développé des technologies de détection combinées-miniaturisées et multi-paramètres intégrées, notamment des-vannes d'huile intégrées-dans des dispositifs de détection intelligents intégrés à ultrasons et UHF. Des systèmes de surveillance intelligents SIG-scénarios complets de haute précision-de surveillance PD ont également été déployés dans des sous-stations réelles.

5.2 Diagnostics combinés multi-paramètres

Les mesures à-paramètres uniques sont sensibles aux interférences environnementales, ce qui rend difficile la surveillance en temps réel-de haute précision-. L'intégration dedétection combinée acoustique, optique, électrique et magnétiqueavec l'analyse des gaz dissous devient la direction dominante pour les diagnostics de DP.

5.3 Diagnostics intelligents basés sur l'IA-

Les systèmes modernes de test de DP s'intègrenttraitement du signal numérique et analyses-basées sur l'IApour faire la distinction entre les bruits inoffensifs et les modèles de décharge critiques. Ces innovations améliorent la précision du diagnostic et prennent en charge les décisions de maintenance-basées sur les données.

5.4 Intégration approfondie des tests de résonance série et de PD

L'intégration deSystème de test de résonance CAavec la détection de PD évolue d'une « fonctionnalité optionnelle » à une « fonctionnalité standard ». Les systèmes de test résonant en série sans décharge améliorent non seulement la sensibilité de détection et réduisent le bruit de fond, mais permettent également une analyse quantitative des signaux PD, fournissant ainsi une base plus précise pour le diagnostic de l'état de l'équipement.

6. Conclusion

Les tests de décharge partielle sontl'un des moyens les plus efficacesdu diagnostic d'isolement des équipements HT, reconnu comme le"l'étalon or"pour les équipements « bilans de santé ». De la publication de la norme CEI 60270:2025 à l'intégration approfondie deSystème de test de résonance CAavec détection PD ; des transformateurs et SIG aux câbles HT - La technologie de test des DP fait actuellement l'objet d'une mise à niveau complète depuishors ligne vers en ligne, depuisun seul-paramètre à plusieurs-paramètres combinés, et dejugement manuel aux-diagnostics intelligents basés sur l'IA.

Pour les exploitants de réseaux électriques, les fabricants de transformateurs et les entrepreneurs en ingénierie électrique, maîtrisant lesméthodes standard, précautions sur le terrain et cas d'application typiquesLes tests de DP sont essentiels pour garantir la sécurité des équipements HT et prévenir les pannes catastrophiques.

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