Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

Les transformateurs de puissance sont parmi les équipements les plus critiques et les plus coûteux connectés à un réseau électrique. La durée de vie attendue d'un transformateur de puissance rempli de liquide est généralement de plusieurs décennies. Cette durée de vie dépend principalement des performances du système d'isolation huile-papier. La surveillance de l'état de santé, les diagnostics et la prévision de l'état du système d'isolation du transformateur sont donc d'une importance technique et économique considérable. C’est pourquoi les ingénieurs des utilités surveillent périodiquement ou en continu les systèmes d'isolation (huile/papier) afin d'assurer un fonctionnement sûr et efficace du transformateur. La surveillance de l'état de l'huile isolante du transformateur comprend généralement des tests de diagnostic, le reconditionnement et la régénération. Les tests de diagnostic (physicochimiques et électriques) sont réalisés conformément à des routines de surveillance de l'état du transformateur. Les activités de reconditionnement et de régénération dépendent généralement de l'état de dégradation de l'isolation, de la durée de vie utilisée/vie résiduelle, et des produits de dégradation présents dans l'huile. Les caractérisations physicochimiques sont réalisées pour évaluer l'état du système d'isolation. Malgré une surveillance périodique, la dégradation des systèmes d'isolation ne peut être arrêtée : les caractérisations physicochimiques permettent de suivre la dégradation de l'isolation et d'assurer un fonctionnement sûr grâce à des mesures préventives soigneusement sélectionnées. Les activités de reconditionnement et de régénération font partie des mesures préventives prises en fonction du niveau de dégradation de l'isolation. Ces traitements peuvent prolonger la durée de vie de l'isolation solide. Au cours des dernières décennies, la demande pour une durabilité environnementale et une tout en supportant des de puissance électrique élevées , a augmenté à l'échelle mondiale. Ainsi, les liquides diélectriques à base d'ester sont considérés comme une alternative potentielle aux liquides isolants minéraux. Les liquides diélectriques à base d'ester sont réputés pour leur meilleure maniabilité et durabilité, avec une durée de vie améliorée des systèmes d'isolation solide. Cependant, l'application des esters continue de poser des défis aux propriétaires de transformateurs et aux ingénieurs des services publics, notamment dans les régions froides. Le comportement diélectrique et le profil de viscosité de ces nouveaux liquides à des températures extrêmement basses sont difficiles à gérer. D'un autre côté, le comportement en fin de vie de ces nouveaux liquides est également un sujet de préoccupation majeur pour les propriétaires de transformateurs. L'objectif principal de la présente recherche est de comprendre le potentiel des liquides synthétiques à base d'ester à faible point d'écoulement pour une application dans les régions froides. Un ester synthétique typique et une huile minérale sont également pris en compte à des fins de référence. Les recherches sont axées sur les phénomènes préclaquages et les possibilités de régénération des liquides choisis. La régénération des esters est un sujet d'intérêt majeur pour les propriétaires de transformateurs et les fabricants. Ce sujet est souligné par un nombre limité d'études dans la littérature, sans recommandations solides sur les aspects de régénération des esters. Par conséquent, la présente recherche met l'accent sur les avenues de régénération des liquides diélectriques à base d'ester. Les études se concentrent sur la régénération par adsorbant en utilisant des méthodes de percolation par gravité et par pression. Les recherches avant la panne visent à comprendre le comportement des liquides à faible viscosité soumis à des contraintes dues à l'impulsion de foudre. Les tests d'impulsion se concentrent sur différentes conditions de terrain, la dégradation thermique et la polarité des ondes de foudre. iv

Les résultats de la recherche montrent le potentiel des adsorbants à base de silicate de magnésium pour la régénération des esters. À partir des tests préclaquage, il a été observé que la température, le type de champ et la dégradation de l'isolation ont un impact considérable sur les mécanismes de préclaquage et de claquage des liquides diélectriques à faible point d'écoulement.

Power transformers are the most critical and expensive among the equipment installed in the electric power grid. The expected service life of a liquid-filled power transformer is generally several decades. This long service life depends mainly on the performance of the oil-paper insulation system. The health monitoring, diagnostics, and prognostics of transformer insulation systems are of critical technical importance. Utility engineers periodically or continuously assess insulation systems (oil/paper) to ensure the safe and efficient operation of transformers. Condition monitoring of transformer insulating oil typically includes diagnostic testing, reconditioning, and regeneration activities. Diagnostic tests (physicochemical and electrical) are performed according to routine and strategic condition-monitoring planning. Reconditioning and regeneration activities generally depend on the state of the insulation degradation, the used life/remnant life, and the degradation products evident in the oil. Physicochemical characterizations (diagnostic tests) are used to assess the condition of the insulation system. Despite periodic monitoring, the degradation of insulation systems is not stoppable: physicochemical characterization activities provide an understanding of the insulation degradation and ensure safe operation thanks to carefully selected preventive measures. Reconditioning and regeneration activities are some of the preventive measures taken based on the level of insulation degradation. These treatments can extend the life of the insulation. In the last decades, the demand for environmental sustainability and health safety, while withstanding high electric power densities and operating temperatures, has been rising on a global scale. Thus, ester-based dielectric liquids are reported to be potential alternative mineral-insulating liquids. Ester dielectric liquids are known for higher workability and serviceability with improved life of solid insulation systems. However, the application of esters has continued to challenge transformer owners and utility engineers, especially in cold regions. The dielectric behavior and viscosity profile of these new liquids at extremely low temperatures are challenging. On the other side, the end-life behavior of these new liquids is also a key concern to the transformer owners. The main intent of the present research is to understand the potential of low pourpoint synthetic ester-based liquids for application in cold regions. A typical synthetic ester and a mineral oil is also considered for reference purposes. The investigations are focused on prebreakdown phenomena and regeneration avenues of the chosen liquids. Regeneration of ester is a topic of key interest to transformer owners and manufacturers. This topic is emphasized by a limited number of studies in the literature with no solid recommendations on the regeneration aspects of esters. Therefore, the present research emphasizes the regeneration avenues of ester-based dielectric liquids. The studies are focused on adsorbent-based regeneration using gravity and pressure percolation methods. The prebreakdown investigations focus on analyzing the behavior of low pourpoint liquids under lightning impulse conditions. Impulse testing is emphasized in terms of different field conditions, thermal degradation, and the polarity of the lightning waves. The research findings indicate the potential of magnesium silicate adsorbents for the regeneration of esters. From the prebreakdown testings, it is noticed that the temperature, type of field, and insulation degradation has a considerable impact on the prebreakdown and breakdown mechanism of the low pour point dielectric liquids.