Spécifications d’un transformateur de puissance de 220 kV pour les projets d’extension du réseau

Une extension du réseau peut nécessiter l’installation d’un nouveau transformateur à proximité des unités existantes, capable de reprendre la charge transférée lors d’une panne et d’accueillir une production qui inverse le sens du flux de puissance. Choisir un transformateur de puissance 220kv en fonction uniquement de la tension et de la puissance en MVA peut conduire à une impédance incompatible, à une capacité de refroidissement insuffisante ou à une plage de prises incapable de maintenir la tension de jeu de barres requise.

La spécification doit donc s’appuyer d’abord sur les études du réseau et les conditions du site, puis traduire leurs résultats en exigences garanties en matière d’électricité, de thermique, de mécanique et d’essais. Comparez les offres en vous fondant sur les mêmes conditions de service : disposition des enroulements, puissance assignée à chaque niveau de refroidissement, coordination de l’isolement, tenue aux courts-circuits, pertes, régulation de tension et contraintes d’installation. Un prix d’achat inférieur ne constitue pas un avantage réel si la conception proposée ne satisfait pas à ces exigences.

Définir les conditions de service du réseau avant de choisir la puissance

Déterminez le rôle du transformateur dans le réseau étendu. Une interconnexion de transport, un point d’alimentation de distribution et un poste élévateur raccordé à une installation de production d’énergie renouvelable peuvent tous être connectés à un réseau de 220 kV, mais ils impliquent des exigences différentes en matière de charge, de mise à la terre et de régulation de tension. La spécification doit indiquer la tension assignée de chaque enroulement, la fréquence du réseau, le sens du flux de puissance et les configurations d’exploitation prévues.

Le choix de la puissance doit distinguer la demande normale des conditions de secours. Utilisez les prévisions de charge et les scénarios de panne de la planification pour déterminer, pour chaque cas, la durée de charge, la température ambiante et les équipements de refroidissement disponibles. Une exigence de surcharge d’urgence doit reposer sur des critères thermiques convenus et une évaluation du vieillissement de l’isolement ; elle ne doit pas être considérée comme une extension sans restriction de la puissance indiquée sur la plaque signalétique.

• Fonctionnement normal : Définissez la puissance continue en MVA, les variations quotidiennes de charge, les conditions ambiantes saisonnières et la croissance prévue de la demande.
• Fonctionnement en situation de secours : Indiquez la charge transférée, sa durée, la condition de précharge et si certains équipements de refroidissement peuvent être indisponibles.
• Raccordement de la production : Prenez en compte le flux de puissance inverse, les exigences de puissance réactive, l’exposition aux harmoniques et la plage de tension au point de raccordement.
• Extension future : Identifiez les unités parallèles prévues, les configurations de jeux de barres et les évolutions du courant de court-circuit présumé.

Précisez si un transformateur à deux enroulements, un transformateur à trois enroulements ou un autotransformateur est requis. Un autotransformateur peut convenir à l’interconnexion de niveaux de tension, mais sa liaison électrique entre les réseaux influe sur la mise à la terre et le comportement en cas de défaut. Toute exigence relative à un enroulement tertiaire doit être assortie d’une fonction et d’une puissance assignée définies, notamment pour l’alimentation auxiliaire ou la compensation réactive.

Traduire les résultats des études en valeurs garanties comparables

Un tableau de données techniques utile distingue les exigences définies par l’acheteur des performances garanties par le fournisseur. Laisser des champs essentiels sans précision permet aux soumissionnaires d’optimiser leur offre selon des hypothèses différentes : les prix peuvent alors sembler comparables tout en correspondant à des équipements différents.

Exigez des soumissionnaires qu’ils indiquent explicitement les écarts, au lieu de les dissimuler dans des remarques générales sur les plans ou les brochures. Les valeurs garanties doivent préciser leur base de mesure et les tolérances admissibles selon la norme retenue. Dans le cas contraire, une valeur de pertes ou d’impédance nominalement meilleure peut ne pas constituer un engagement contractuel plus ferme.

Isolement et impédance : deux spécifications indissociables

S’appuyer sur la coordination de l’isolement, et non sur la seule tension nominale

La désignation 220 kV correspond à la tension nominale du réseau ; elle ne définit pas à elle seule les exigences d’isolement du transformateur. Précisez la tension la plus élevée pour le matériel ainsi que les niveaux de tenue à l’impulsion de foudre, à l’impulsion de manœuvre le cas échéant, et à la fréquence industrielle. Ces exigences doivent être cohérentes avec l’étude des surtensions du réseau et le référentiel IEC ou IEEE retenu.

Les caractéristiques de protection des parafoudres, leur emplacement, la longueur de leurs conducteurs et la mise à la terre influent sur les contraintes de tension appliquées aux bornes du transformateur. L’isolement du neutre doit également faire l’objet d’une décision distincte, fondée sur le régime de mise à la terre et les transitoires possibles. Ne présumez pas que le neutre doit être à isolement intégral ou réduit sans étude à l’appui.

L’isolement externe doit être adapté à l’altitude, au niveau de pollution et à la configuration des traversées. Lorsque les conditions du site s’écartent des conditions normales de service, demandez au fabricant de préciser les adaptations de conception nécessaires et de démontrer que l’isolement interne et externe reste adapté.

Vérifier l’impédance au regard du courant de défaut et des performances de tension

Une impédance plus élevée peut limiter le courant de défaut traversant, mais elle accroît également la chute de tension et peut influer sur la demande de puissance réactive. Une impédance plus faible peut améliorer la régulation de tension tout en augmentant les niveaux de court-circuit aux appareillages en aval. La valeur acceptable doit être déterminée par l’étude du réseau, et non par une préférence pour l’offre affichant le pourcentage le plus faible.

Pour les modèles à trois enroulements, spécifiez les impédances entre chaque paire d’enroulements en indiquant clairement les bases de calcul. Incluez les exigences aux positions de prises pertinentes lorsque leurs variations influent sensiblement sur les performances du réseau. Évaluez les tolérances proposées : la valeur nominale garantie, à elle seule, ne décrit pas toute la plage possible du transformateur livré.

Le fonctionnement en parallèle impose une contrainte supplémentaire. Le rapport de transformation, le groupe vectoriel, l’ordre des phases, la valeur et l’angle de l’impédance influent sur le courant de circulation et la répartition de la charge. Complétez les données de plaque signalétique des transformateurs existants par les rapports d’essais disponibles. Une unité qui ne correspond qu’en tension et en puissance peut surcharger un transformateur avant que l’installation combinée n’atteigne sa puissance prévue.

Évaluer le refroidissement et les pertes selon le profil réel d’exploitation

La conception du refroidissement doit tenir compte des conditions ambiantes du site et de la charge prévue, et non se limiter à la puissance maximale annoncée en MVA. Indiquez les puissances associées aux régimes ONAN, ONAF ou aux autres configurations de refroidissement proposées, et spécifiez les performances exigées lorsqu’un groupe de ventilateurs, une pompe ou une alimentation auxiliaire est indisponible.

Demandez les garanties d’échauffement de l’huile et des enroulements, la base de calcul thermique et la méthode utilisée pour évaluer les points chauds des enroulements. Les évaluations de charge doivent suivre le guide de charge applicable et tenir compte de l’état de l’isolement, des hypothèses relatives à l’humidité et de la disponibilité du refroidissement. Une puissance assignée en continu et une capacité de surcharge de courte durée constituent des engagements différents.

Les conditions d’installation peuvent réduire l’efficacité du refroidissement. Il convient d’examiner les dégagements autour des radiateurs, les murs à proximité, la géométrie de l’enceinte et la recirculation de l’air chaud avant l’approbation des plans. Le système auxiliaire du poste doit également satisfaire aux besoins de démarrage et de fonctionnement des équipements de refroidissement proposés.

Pour évaluer les pertes, distinguez les pertes à vide des pertes en charge. Les pertes à vide persistent tant que le transformateur est sous tension, tandis que les pertes en charge varient approximativement avec le carré du courant, sous réserve des effets de la température et d’autres conditions d’exploitation. Les priorités en matière de pertes peuvent donc différer entre une unité d’extension faiblement chargée et une unité de transport fortement chargée.

• Demandez les garanties de pertes à vide et en charge aux valeurs indiquées de tension, de fréquence, de position de prise et de température de référence.
• Évaluez séparément la consommation auxiliaire du système de refroidissement si elle n’est pas incluse dans les pertes déclarées.
• Appliquez à toutes les offres les mêmes facteurs de capitalisation définis par l’acheteur ou les mêmes hypothèses de coût de l’énergie.
• Définissez les limites d’acceptation et le traitement contractuel des pertes dépassant les valeurs garanties convenues.

Un pourcentage de rendement annoncé ne suffit pas pour comparer les offres, car il dépend de la charge, du facteur de puissance et des conditions de mesure. Le choix de l’huile doit également être examiné pour chaque conception : les huiles minérales et les fluides à base d’esters naturels présentent des caractéristiques thermiques et des exigences de compatibilité des matériaux différentes. Une préférence environnementale ne dispense pas de vérifier l’ensemble du système d’isolement et de refroidissement.

Spécifier conjointement la régulation de tension et les interfaces du poste

Le régleur en charge doit être choisi en fonction de la plage de tension d’exploitation requise, et non selon une configuration standard de catalogue. Définissez l’enroulement de réglage, la plage, le nombre de positions, le pas, le courant traversant assigné et le régime de commutation applicable. Vérifiez que la puissance requise reste disponible sur l’ensemble des positions de prise spécifiées.

Les raccordements de production renouvelable et l’évolution des flux de transport peuvent nécessiter un fonctionnement dans les deux sens de la puissance. Le schéma de régulation de tension doit tenir compte de ces conditions, notamment de la compensation de chute de ligne lorsqu’elle est utilisée, des limites de régulation et de la coordination avec les autres dispositifs de régulation. Les transformateurs en parallèle nécessitent également une stratégie de régulation coordonnée afin d’éviter un courant réactif de circulation excessif.

L’offre doit préciser l’indication de la position des prises, les commandes locales et à distance, les alarmes, les verrouillages et l’intégration à l’automatisation du poste. L’accès pour la maintenance et les modalités d’entretien du régleur sont importants : un composant de régulation de tension peut devenir une contrainte pour la disponibilité, même si le transformateur principal reste en bon état.

Examinez les interfaces physiques et de protection avant l’attribution du marché. Elles comprennent les efforts appliqués aux bornes des traversées, les rapports et exigences de précision des transformateurs de courant, la compatibilité avec la protection différentielle, les raccordements du neutre, les dispositifs de rétention d’huile, les séparations coupe-feu, les points de levage, la masse de transport et les charges sur les fondations. Les dimensions hors tout doivent correspondre à l’unité assemblée et prévoir l’espace nécessaire au retrait des composants réparables.

Exiger un plan d’essais couvrant les risques spécifiés

Indiquez dans la spécification d’achat la famille de normes applicable et les éditions retenues. IEC 60076 et les normes IEEE C57 pertinentes fournissent des référentiels établis, mais leur terminologie, leurs exigences d’essai et leurs dispositions d’acceptation ne sont pas interchangeables à tous égards. La simple mention « conforme à IEC et IEEE » ne remplace pas une matrice de conformité convenue.

Le plan d’inspection et d’essais doit distinguer les essais individuels de série, les essais de type et les essais spéciaux. Confirmez quels essais seront effectués sur l’unité fournie, lesquels peuvent s’appuyer sur des preuves applicables à la conception et lesquels nécessitent la présence de l’acheteur.

1. Vérifier les garanties électriques : Examinez le rapport de transformation, le déphasage, la résistance des enroulements, l’impédance et les pertes mesurées au regard des exigences contractuelles.
2. Confirmer les performances diélectriques : Spécifiez les essais de tenue applicables et les mesures de décharges partielles, y compris les critères d’acceptation et les configurations d’essai.
3. Évaluer les preuves thermiques et mécaniques : Définissez les exigences applicables aux essais d’échauffement et à la vérification de la tenue aux courts-circuits. Confirmez que les résultats antérieurs s’appliquent à la conception proposée.
4. Établir les références pour la mise en service : Convenez des rapports d’usine et des contrôles sur site, notamment de l’état de l’huile et des mesures de réponse en fréquence lorsqu’elles sont spécifiées, afin de pouvoir examiner les changements liés au transport.

La tenue aux courts-circuits mérite une attention particulière dans un réseau en expansion, car les niveaux de défaut peuvent augmenter après la mise en service. Les calculs ou les résultats d’essais de tenue mécanique doivent porter sur le courant de défaut et la durée spécifiés. Le temps de coupure de la protection doit être un paramètre défini de l’étude, et non une hypothèse non déclarée du fabricant.

Distinguer la qualification du fournisseur de l’approbation de la classe de tension

L’expérience d’un fabricant à un autre niveau de tension peut contribuer à l’évaluation du fournisseur, mais elle ne prouve pas l’adéquation à une installation de 220 kV. Le transformateur immergé dans l’huile de 110kV de Jinshida Electric est pertinent lorsque l’extension comprend également une section de 110 kV. Les informations fournies mentionnent plusieurs configurations d’enroulements et des applications dans les postes électriques et les raccordements de production d’énergie renouvelable ; elles ne démontrent pas une puissance assignée de 220 kV.

Pour le lot 220 kV, demandez une offre technique spécifique comprenant les paramètres garantis, la conception de l’isolement, les preuves d’essais pertinentes et les plans propres au projet. Prenez en compte l’expérience déclarée et les listes de certifications générales dans l’évaluation du fournisseur, puis vérifiez que leur champ d’application correspond à l’équipement proposé.

Avant la comparaison commerciale, résolvez les écarts qui influent sur la compatibilité avec le réseau ou les capacités d’exploitation. L’absence de preuves de tenue aux courts-circuits, une plage de prises insuffisante ou des caractéristiques incompatibles avec le fonctionnement en parallèle doivent rester des points bloquants techniques. Les pertes, les exigences de maintenance, les modalités de livraison et le prix pourront ensuite être comparés entre des conceptions répondant aux mêmes conditions d’exploitation approuvées.