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FACULTE DES SCIENCES TECHNIQUE SETTAT Page 2 sur 150 Résumé Les transformateurs

FACULTE DES SCIENCES TECHNIQUE SETTAT Page 2 sur 150 Résumé Les transformateurs de puissance sont des éléments clés des systèmes électriques. Leurs défaillances sont très coûteuses, principalement à cause de la non-disponibilité du service électrique qu’elles entraînent. L’évaluation rapide et précise de défauts internes des transformateurs est, en conséquence, un facteur clé d’une exploitation efficace et sûre. Un tel diagnostic est généralement établi par un expert humain qui fait corréler différents types d’informations telles que des résultats d’essais électriques ou chimiques, le déclenchement de protections ou l’historique de l’appareil. Cette thèse présente un outil original d’aide au diagnostic de défauts, qui reprend, en les formalisant, la démarche et la capitalisation d’expérience de l’expert. Les informations disponibles sur le transformateur à étudier sont analysées de manière systématique par le système proposé. Des hypothèses de défaut sont alors formulées et un degré de confiance calculé pour chacune d’elle. Pour améliorer la confiance en certaines de ces hypothèses, l’outil recherche, et propose, de renseigner des informations utiles pouvant améliorer le diagnostic. Il progresse ainsi jusqu’à ce que la confiance d’au moins une hypothèse soit suffisante pour l’utilisateur. Le système peut de plus évoluer efficacement dans le temps en prenant facilement en compte de nouveaux types d’essais ou de nouvelles informations pouvant être discriminants dans un diagnostic, et ainsi améliorer automatiquement les diagnostics futurs. Mots clés : Transformateurs de Puissance, Diagnostic, Défauts, Formalisation, Expertise Abstract Power transformers are key components to the electrical systems. Their failures cause long electrical service unavailability: therefore they are very expensive. Quick and accurate assess of transformer’s internal faults is consequently a key issue for an efficient and safe service life. Such diagnosis is mainly led by a human expert, due to his ability to link different kind of information such as electrical or chemical tests, tripped protections or history of the apparatus. This thesis presents an original method of diagnosis aid that behaves somehow like an expert, and capitalizes his experience, by formalizing it. The available information on a particular transformer is used to search any similarities within the developed system, on a systematic base. Then faults hypothesis are proposed and according confidences are calculated. To improve those hypothesis’ confidences the method will propose to inform new useful information that could improve the diagnosis. Then it continues up until at least one hypothesis confidence is high enough for the user. This system could easily evolve over time by taking into account new kinds of tests or new information that could be significant in any diagnosis, and then automatically improve future diagnosis. Keywords: Power Transformers, Diagnosis, Faults, Formalisation, Expertise Page 3 sur 150 Thèse réalisée au : G2ELab (UMR 5269) 961, rue de la Houille Blanche - BP 46 38402 Saint Martin d'Hères Cedex En collaboration avec : TSV 225 avenue Francis de Préssenssé 69694 Vénissieux Cedex Remerciements Un grand merci à toutes celles et ceux qui ont permis à cette thèse de s’accomplir, qui m’ont encouragé jusqu’au bout, ou encore qui prirent le temps de relire mon travail, et d’y apporter leurs judicieuses corrections. Sur le plan technique :  François SIMON, PDG de TSV, pour avoir initié cette thèse et permis qu’elle se déroule dans d’excellentes conditions !  Patrick LONG, directeur technique de TSV, qui m’a encadré durant cette thèse, Emmanuel MOUTIN, responsable du bureau d’études de TSV, Mohamed BELMILOUD, directeur de TRANSFO-LAB et René YVRARD, expert régleurs en charge de TSV, pour avoir partagé sans limites leurs grandes expériences à travers leurs explications techniques très complètes, poussées et passionnantes sans lesquelles je n’aurais pu atteindre la compréhension que j’ai aujourd’hui des transformateurs, aussi bien en général… que dans de nombreux détails insoupçonnables !  Gilles ROSTAING, Jean-Pierre ROGNON et Florence FRANCOIS pour leur encadrement, leur soutien et leurs conseils durant toute cette thèse, ainsi que leurs relectures attentives.  MM. François BURET et Daniel ROGER d’avoir accepté d’être mes rapporteurs de thèse.  L’ensemble du personnel de TSV qui m’a toujours aidé et répondu à mes nombreuses questions sur les transformateurs, dont : Christophe BERNE pour sa large connaissance aussi bien des transformateurs que de la société, le service Essais (Florent CLAUDEL, Philippe CARD, Cédric MARTIN), le Bureau d’Etudes (Jacques POMIER, Olivier MOREL, Nicolas MANZONI), Dominique LECUYER (« couteau-suisse » du transformateur), Thierry BOUCHOT, Johnny CARLUCCI, Frédéric LESTRAT, Alexandre GRAND pour sa patience et Fabrice SAINTON en particulier pour l’aspect programmation, ainsi que les personnes que j’ai pu oublier, qu’elles m’excusent.  Michaël KRUGER, expert technique d’Omicron Electronics, pour son amitié et sa confiance, qui m’a donné la chance de présenter mon premier article international, avec M. BELMILOUD.  Mladen BANOVIC, pour sa curiosité sur de nombreux domaines attenants au transformateur, dont les méthodes de diagnostic intelligentes d’analyse d’huile.  Jean-Marc GARCIA, RTE, qui m’a initié aux matériels spécifiques des postes haute tension.  L’équipe enseignante de l’IUT Mesures Physiques d’Annecy qui m’a donné le goût des sciences. En particulier MM. Guillaume POULET, André BETEMPS, Marc LOMELLO-TAFIN et Philippe GALEZ.  Tout le personnel des usines françaises de transformateurs existantes, ou ayant existées, qui ont permis une émulation scientifique et industrielle remarquable durant des années ! Bien que le nombre de ces sites industriels s’amoindrisse en France depuis quelques décennies, une quantité extraordinaire de savoirs, théoriques et pratiques, ont été générés dans ces usines, ou en collaboration avec celles-ci. Des recherches minutieuses permettent toujours de retrouver des travaux français, souvent anciens, de qualité qui en sont issus. Je tiens à remercier tout particulièrement les personnes de ces usines qui ont pris la peine de synthétiser leurs travaux techniques ! Que soit remercié ici le personnel des usines de transformateurs dont plusieurs réalisations m’ont inspirées : la Savoisienne d’Aix- les-Bains, la C.E.M. du Havre, d’Alstom Saint- Ouen, de Jeumont-Schneider Transformateur à Lyon, de Laborde & Kupfer à Vénissieux ainsi que l’excellent, bien qu’ancien, cours de l’Ecole Supérieure d’Electricité de MM. Pichon et Galois. Sur le plan personnel :  Pierre SANCHEZ, mon frère, pour ses relectures attentives, ses commentaires sympathiques, et que je félicite pour sa reprise d’études dont je suis admiratif !  Thérèse PLASSON et Marcel SANCHEZ, mes parents qui m’ont toujours soutenu, permis d’arriver où je suis aujourd’hui et à qui je dois énormément !  Hélène et Philippe SANCHEZ, ma sœur et mon frère qui m’ont toujours soutenu.  Aline PERROLLET pour sa présence à mes côtés, et son soutien permanent durant toute la thèse.  Géraldine LEPERE pour ses encouragements, via ses relectures en particulier.  Philippe GOUTTARD, auprès de qui j’ai beaucoup appris depuis plusieurs années sur, et en dehors des tapis d’aïkido, que je remercie ici pour son enseignement sincère et son amitié.  Mari et Emmanuel POEY, qui m’ont aidé et su me faire réfléchir pour aller de l’avant il y a quelques années, lorsque ce fut nécessaire. Table des matières RESUME............................................................................................................................................................2 REMERCIEMENTS............................................................................................................................................3 TABLE DES MATIERES...................................................................................................................................5 INTRODUCTION GENERALE...........................................................................................................................9 OBJECTIFS DE LA THESE.......................................................................................................................................................................................10 ORGANISATION DU DOCUMENT.............................................................................................................11 CHAPITRE 1 : GENERALITES SUR LES RESEAUX ELECTRIQUES....................................................................12 1.1. INTRODUCTION.............................................................................................................................13 1.2. Aperçu sur la production de l’énergie électrique ........................................................................................................13 1.2.1. Production de l’énergie électrique ..............................................................................................13 1.2.2. Les différentes centrales électriques ...........................................................................................14 1.2.2.1. Centrale thermique ................................................................................................................................14 1.2.2.2. Centrale nucléaire .................................................................................................................................14 1.2.2.3. Centrale hydraulique..............................................................................................................................14 1.2.2.4. Centrale solaire......................................................................................................................................14 1.2.2.5. Centrale éolienne...................................................................................................................................14 1.2.3. Réseau électrique.........................................................................................................................15 1.2.3.1. Définition du réseau électrique...............................................................................................................15 1.2.3.2. Organisation du réseau électrique ...........................................................................................................15 1.2.3.3. Structure des réseaux électriques.............................................................................................................16 a- Structure maillée........................................................................................................................16 b- Structure radiale ou bouclée.......................................................................................................16 c- Structure arborescente................................................................................................................16 1.2.3.4. Catégorie des réseaux électrique a- Le réseau de transport ................................................................................................................16 b- Le réseau de répartition..............................................................................................................16 c- Le réseau de distribution.............................................................................................................16 1.2.3.5. Les réseaux de distributions...................................................................................................................17 1.2.3.6. Les lignes électriques.............................................................................................................................17 a- Modélisation électrique .................................................................................................................17 b- Pourquoi on utilise les lignes à haute tension ................................................................................17 c- Les lignes de distribution électriques.............................................................................................17 1.2.3.7. Les pylônes..............................................................................................................................................1 1.2.3.8. Les isolateurs ........................................................................................................................................18 CHAPITRE 2 : LES POSTES ELECTRIQUES ...............................................................................................................46 2.1. INTRODUCTION.............................................................................................................................47 2.2. Définition d’un poste électrique......................................................................................................................................................53 2.3. Les différents éléments d’un poste électrique ................................................................................................................................53 a- Jeu de barres.........................................................................................................................................................................53 b- Sectionneurs..........................................................................................................................................................................53 c- Disjoncteurs...........................................................................................................................................................................53 2.4. Rôle et fonctionnalités de postes électriques.........................................................................................53 2.5. Le poste source....................................................................................................................53 2.6. Les différentes type les postes électriques ..................................................................................................................57 2.6.1. Selon la fonction assurée .............................................................................................................57 a- Poste de distribution publique .......................................................................................57 - Poste HTA/BT en haut de poteau..................................................................................57 - Poste en élévation préfabriques, maçonnes ou en immeuble.......................................57 - Poste avec cellules fonctionnelles................................................................................57 b- Poste de livraisons .........................................................................................................57 c- Poste mixtes....................................................................................................................57 2.6.2. Selon la puissances transmis .......................................................................................................59 a- Poste HTB/HTA b- Poste HTA/HTA c- Poste HTA/BT 2.6.3. Ventilation des postes électriques ...............................................................................................61 2.6.3.1. Considérations générales........................................................................................................................61 2.6.3.2. Type et emplacement des ouvertures de ventilation...............................................................................61 2.6.3.3. Protection et nettoyage...........................................................................................................................61 CHAPITRE 3 : NOTION DE BASE SUR LES TRANSFORMATEUS....................................................................73 3.1. INTRODUCTION.............................................................................................................................74 3.2. DEMARCHE CLASSIQUE DE DIAGNOSTIC DE TRANSFORMATEURS...................................................................................75 3.3. ETUDE DE CAS.....................................................................................................................................76 3.3.1. TSV et le diagnostic......................................................................................................................76 3.3.2. Etude de cas.................................................................................................................................76 3.3.2.1. Observation............................................................................................................................................76 3.3.2.2. Informations disponibles........................................................................................................................76 3.3.2.3. Diagnostic..............................................................................................................................................77 3.3.2.4. Confirmation..........................................................................................................................................78 3.3.2.5. Analyse..................................................................................................................................................78 3.4. ETAT DE L’ART DES MESURES ET LEURS ANALYSES, AFFINANT LES SYMPTOMES......................................................80 3.4.1. Intelligence artificielle et diagnostic............................................................................................81 3.4.1.1. Systèmes experts....................................................................................................................................81 3.4.1.2. Réseaux de neurones..............................................................................................................................82 3.4.2. Mesures et interprétations avancées............................................................................................82 3.4.2.1. Facteur de dissipation (tangente delta)...................................................................................................82 3.4.2.2. Frequency Domain Spectroscopy (FDS)................................................................................................83 3.4.2.3. Réponse acoustique des régleurs en charge............................................................................................83 3.4.2.4. Analyses d’huile uploads/Sante/ aide-au-diagnostic-de-defauts-des-transformateurs-deup-converti.pdf