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Comprendre les incertitudes de la surveillance DGA

Le monde de l'énergie éolienne
Senja Leivo
Meet the expert: Senja Leivo
Published: Apr 6, 2020
Transmission de puissance

Bien qu'il ne s'agisse pas d'une science exacte, l'analyse du gaz dissous (DGA en anglais) est utilisée depuis des dizaines d'années pour évaluer l'état d'un transformateur, étant donné que c'est la seule méthode capable de détecter et de diagnostiquer des défauts internes dans les transformateurs. La surveillance en ligne est disponible depuis la fin des années 1990. À l'heure actuelle, il existe différents moniteurs de gaz en ligne. Chaque moniteur a sa propre spécification technique, ce qui ne facilite pas la tâche des propriétaires de transformateurs, chargés de comparer et d'évaluer différentes options. Pour compliquer le tout, l'analyse du gaz dissous en laboratoire joue un rôle important dans la décision.

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Exactitude de la mesure
Les résultats d'analyse DGA inexacts peuvent entraîner des erreurs de diagnostic, surtout si les concentrations de gaz sont proches d'une zone limite définie. Par ailleurs, les résultats inadéquats peuvent donner lieu à des opérations incorrectes sur un transformateur si les concentrations sont proches des seuils d'alarme définis pour un équipement. C'est pourquoi, il est essentiel de comprendre l'incertitude et la performance de la mesure.

La performance d'une mesure se définit par sa dynamique comme la plage de mesure, le temps de réponse, la sensibilité, l'exactitude et la stabilité, autrement dit la tolérance au vieillissement et aux environnements extrêmes. Parmi ces facteurs, l'exactitude est souvent considérée comme la qualité la plus importante. Mais c'est aussi l'une des plus difficiles à spécifier. L'exactitude spécifiée peut inclure ou non la répétabilité, qui est l'aptitude de l'instrument à fournir un résultat similaire lorsque la mesure est renouvelée dans des conditions constantes. Néanmoins, ceci n'inclut probablement pas la stabilité à long terme. La répétabilité seule représente souvent une source mineure d'incertitude et, si la spécification de l'exactitude n'inclut pas d'autres incertitudes, cela peut donner une fausse impression de la qualité réelle de la mesure dans une application donnée.

Analyse du gaz dissous en laboratoire
L'analyse du gaz dissous en laboratoire est affectée par de nombreux facteurs qui vont de la qualité de l'échantillon d'huile à l'équipement et la norme utilisée pour l'analyse, sans oublier le facteur humain propre au travail manuel de laboratoire. Les sources d'incertitude les plus fréquentes sont par exemple la méthode et la qualité de l'échantillonnage de l'huile, la méthode d'extraction du gaz, les coefficients de partage utilisés, les différentes normes appliquées, etc. Il est aussi important de comprendre qu'une mesure ne peut pas être plus précise que la référence utilisée pour l'étalonnage.

La plus grande source d'incertitude est généralement due à la qualité de l'échantillon. Une quantité significative de gaz comme le H2 et le CO peuvent se libérer de l'huile ou des gaz ambiants dans l'air comme l'oxygène et l'azote peuvent contaminer l'échantillon, causant des erreurs dans l'analyse effectuée en laboratoire. Il est donc essentiel que l'huile ne soit pas en contact avec l'air, à aucun moment du prélèvement de l'échantillon. Le flacon contenant l'échantillon doit être entièrement rempli. Les meilleurs résultats sont obtenus avec des seringues de haute qualité et des bouteilles en aluminium qui, par exemple, tolèrent les variations de la pression pendant le transport en avion.
La norme CEI 60567 recommande à chaque laboratoire de déterminer sa propre exactitude ou incertitude et de communiquer ces informations aux utilisateurs – ce que font les laboratoires accrédités. En l'absence de chiffres officiels, il est recommandé de demander au laboratoire s'il a participé à des tests de comparaison internationaux entre laboratoires – des analyses circulaires – et si les résultats sont disponibles. Ceci donne une idée du niveau d'incertitude. Pour l'analyse du gaz dissous en laboratoire, deux normes sont généralement utilisées : CEI 60567 et ASTM D3612. Il est important de noter que les normes ASTM et CEI calculent le volume du gaz à différentes températures, à 0°C et à 20°C respectivement. Cette valeur à elle seule entraîne une différence de ~8 % dans les concentrations définies pour des échantillons identiques, ce qui doit être pris en compte lors de la comparaison des résultats de l'analyse des gaz dissous entre un moniteur et un laboratoire. Toutes les valeurs ppm mesurées devraient être d'abord converties pour obtenir des conditions égales, à 20°C (CEI) ou à 0°C (ASTM), suivant la préférence.

Moniteurs DGA en ligne
Les moniteurs DGA en ligne, qui mesurent les 7 gaz clés, sont capables d'identifier de manière précoce tous les types de défauts intérieurs des transformateurs qui passeraient inaperçus entre les intervalles habituels d'échantillonnage de l'huile. Pour obtenir des données utiles, permettant d'évaluer l'état d'un transformateur, l'analyse en laboratoire de chaque échantillon d'huile et de son analyse doit être représentative. Les moniteurs en ligne apportent une certaine flexibilité. La définition d'une moyenne permet aussi d'obtenir des données fiables en vue du diagnostic. En l'absence de moyenne, les données peuvent servir à diagnostiquer rapidement un défaut en évolution. Le suivi du taux de changement des gaz au moyen d'une surveillance en ligne est une méthode plus fiable qu'avec les échantillons de laboratoire.

La plupart des moniteurs ont une exactitude spécifiée au moment de l'étalonnage pour les gaz de référence traçables, alors que certains utilisent l'étalon gaz-huile comme référence. À la livraison, un moniteur DGA devrait toujours être pourvu d'un certificat d'étalonnage qui affiche la différence entre le moniteur et la référence. Par ailleurs, il devrait spécifier la méthode de référence utilisée et si l'étalonnage est traçable par rapport aux références internationales ou non. Néanmoins, les spécifications concernant l'exactitude indiquée ne sont pas directement applicables sur un transformateur réel et utilisé, car l'huile d'un transformateur et ses coefficients de partage ne sont très probablement pas les mêmes que ceux qui ont servi à l'étalonnage du moniteur. Le meilleur moyen pour obtenir des informations concrètes sur la performance d'un moniteur est de le tester sur un transformateur dans des conditions réelles, par exemple pendant six mois. Parallèlement, au moins trois échantillons d'huile sur cinq devraient être analysés, de préférence par deux laboratoires indépendants, capables de fournir l'incertitude de leurs propres processus.

Comparaison du moniteur en ligne et de la DGA en laboratoire
Lors de l'évaluation d'un moniteur en ligne par comparaison aux références de laboratoire, il faut tenir compte de la qualité des échantillons et de l'incertitude des procédures de laboratoire. Par ailleurs, il est important de se rappeler que toute méthode d'analyse, en laboratoire ou en ligne, via un moniteur, a ses propres incertitudes. Elles devraient être prises en compte dans la comparaison des résultats, avant de tirer des conclusions sur les performances d'un moniteur. Il faut également penser qu'il y aura des différences au niveau des résultats, même si l'échantillon est parfait, et qu'il peut y avoir un écart significatif si les méthodes utilisées appliquent des normes différentes.

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