Avec l'expansion rapide de l'énergie éolienne, de l'énergie photovoltaïque et des sous-stations de stockage d'énergie, , les transformateurs immergés dans l'huile, qui servent d'équipement de base pour l'augmentation de la tension du réseau et le transport d'énergie, sont confrontés à de graves défis dans les conditions de fonctionnement uniques des nouveaux systèmes énergétiques. Le vieillissement accéléré de l’huile isolante est devenu un problème courant dans l’industrie. Les fluctuations fréquentes de charge, les perturbations harmoniques et les impacts de puissance bidirectionnels provoquent une augmentation de l'acidité de l'huile de transformateur, des gaz dissous excessifs et une précipitation prématurée des boues, augmentant directement les coûts d'exploitation et de maintenance et réduisant considérablement la durée de vie de l'équipement. Les méthodes traditionnelles telles que la filtration de l’huile, le remplacement de l’huile et la purification par adsorption ne peuvent éliminer que passivement les produits vieillissants et ne peuvent pas fondamentalement empêcher la dégradation de l’huile isolante.

Pour relever ce défi de l'industrie, nous nous appuyons sur notre technologie brevetée de base — « Méthode et système d'amélioration du plasma par circulation d'huile de transformateur » — pour surmonter les limites de la maintenance post-événement traditionnelle. En introduisant un mécanisme de réaction électrochimique basé sur un plasma à basse température (NTP), le système permet un fonctionnement chargé de l'huile isolante et une restauration en ligne au niveau moléculaire, créant ainsi un tout nouveau paradigme technologique pour la réparation moléculaire en ligne de l'huile isolante des transformateurs, fondamentalement différent des équipements de filtration d'huile conventionnels.

Pourquoi l’huile isolante dans les transformateurs d’énergie éolienne et de stockage d’énergie vieillit-elle plus rapidement ?

I. Quatre conditions de fonctionnement majeures accélérant le vieillissement de l’huile isolante dans les nouveaux transformateurs d’énergie

Le taux de vieillissement de l'huile isolante dans les transformateurs d'énergie éolienne et de stockage d'énergie de nouvelle énergie est nettement supérieur à celui des équipements conventionnels, principalement en raison des effets d'accélération combinés de quatre conditions de fonctionnement spéciales.

1. Les cycles thermiques périodiques accélèrent l’oxydation

Les fluctuations fréquentes des charges d’énergie renouvelable provoquent des changements répétés de la température de l’huile. Suivant la « règle des 6°C » du vieillissement des isolants, les variations continues de température favorisent la génération de peroxydes. Combiné à l'hydrolyse et à l'acidification du papier isolant, ainsi qu'à la pénétration d'oxygène et à l'absorption d'humidité causées par la dégradation de l'étanchéité et les fuites de la cuve du transformateur, le processus de vieillissement de l'huile isolante est considérablement accéléré.

2. Stress continu dû aux harmoniques et aux champs électriques à haute fréquence

Les harmoniques haute fréquence et les tensions d'impulsion générées par les convertisseurs connectés au réseau provoquent une distorsion du champ électrique, induisant l'ionisation des molécules d'huile et générant des radicaux libres oxydatifs. Pendant ce temps, les pertes harmoniques créent des points chauds locaux et, combinées aux effets catalytiques des particules métalliques, accélèrent encore la dégradation du pétrole.

3. La transmission de puissance bidirectionnelle intensifie les dommages causés à l’isolation

Les opérations de charge et de décharge bidirectionnelles des systèmes de stockage d’énergie provoquent des micro-vibrations continues des enroulements du transformateur, générant des débris métalliques et endommageant l’interface d’isolation huilée-papier. Cela induit une décharge partielle, produisant des gaz défectueux et des particules de carbone par décomposition de l'huile, détériorant continuellement la qualité de l'huile.

4. Les systèmes de pompe à huile traditionnels amplifient les problèmes de vieillissement

Les pompes à huile mécaniques à vitesse fixe libèrent des impuretés métalliques dues à l'usure pendant le fonctionnement. Leur réponse thermique est lente et ils ne peuvent assurer que la dissipation de la chaleur sans éliminer les gaz dissous ni neutraliser les radicaux libres vieillissants. Les effets combinés de plusieurs facteurs défavorables créent une boucle fermée de vieillissement accéléré du pétrole. Les méthodes de maintenance traditionnelles ne s’attaquent qu’aux symptômes plutôt qu’aux causes profondes et ne peuvent pas s’adapter aux nouvelles conditions d’exploitation complexes et extrêmes des énergies.

Quatre conditions accélérant le vieillissement de l’huile isolante du transformateur

II. Problèmes avec les technologies existantes de purification d’huile isolante

1. Filtration d'huile sous vide hors ligne

La filtration d'huile sous vide hors ligne ne peut éliminer que l'eau libre, les gaz et les particules solides. Il ne peut pas traiter efficacement les substances acides dissoutes et les boues colloïdales, ni réduire de manière significative l’acidité de l’huile et la perte diélectrique.

2. Technologie de régénération par adsorption

La régénération par adsorption repose sur des adsorbants pour purifier l’huile. Cependant, les adsorbants deviennent rapidement saturés et nécessitent un remplacement fréquent. De plus, des coupures de courant sont nécessaires pour les opérations de maintenance, entraînant un cycle répété d'épuration suivi d'un nouveau vieillissement.

3. Remplacement complet de l’huile

Le remplacement complet de l’huile du transformateur est extrêmement coûteux. Pour les grands transformateurs principaux des stations de surpression offshore, le coût total d'un seul remplacement d'huile peut atteindre le million de yuans. Elle génère également d’importants déchets dangereux, en contradiction avec les objectifs de développement vert et à faible émission de carbone.

L'industrie a besoin de toute urgence d'une solution intégrée capable d'assurer un fonctionnement en ligne continu tout en améliorant simultanément la dissipation thermique et en supprimant le vieillissement de l'huile.

Problèmes avec les technologies existantes de purification d’huile isolante

Technologie brevetée de base de Pearl Electric : principe du système d'amélioration de la circulation de l'huile plasmatique

Basé sur l'invention brevetée « Méthode et système d'amélioration du plasma par circulation d'huile de transformateur », Pearl Electric a réalisé une percée technologique clé dans la maintenance des huiles de transformateur de nouvelle énergie.

La technologie brevetée développée indépendamment adopte une architecture plasma à basse température à décharge à barrière diélectrique (DBD). Une unité de génération de plasma scellée est installée à l’intérieur du réservoir de pétrole et combinée à un système de contrôle intelligent. La puissance de fonctionnement peut être ajustée de manière adaptative en fonction de la température de l'huile, des conditions de charge et de la qualité de l'huile. Le système intègre une circulation d’huile sans mécanique et une purification de l’isolation en ligne, résolvant ainsi le problème fondamental du vieillissement de l’huile à sa source.

Méthode et système d'amélioration du plasma par circulation d'huile de transformateur

Système de contrôle adaptatif en boucle fermée

Le système gère les fluctuations de température, les perturbations du champ électrique et l'oxydation accélérée de l'huile causées par les variations de charge des transformateurs d'énergie éolienne et de stockage d'énergie grâce à une régulation adaptative en boucle fermée :

• Utilisation d'une circulation d'huile sans mécanique entraînée par le vent ionique pour dissiper rapidement les points chauds et réduire les facteurs de vieillissement thermique ;

• Circulation continue de l'huile isolante à travers la zone de réaction plasma pour décomposer efficacement les gaz défectueux et éteindre les radicaux libres oxydants ;

• Supprimer la formation d'acides organiques et de boues à la source, empêchant ainsi la corrosion des métaux et les dommages aux structures isolantes ;

• Équipé de capteurs de surveillance des conditions de fonctionnement en temps réel, ajustant dynamiquement l'intensité de décharge et réduisant automatiquement la consommation d'énergie dans des conditions de faible charge.

L'ensemble du système forme une boucle fermée synergique bidirectionnelle : une dissipation thermique améliorée réduit le stress thermique, tandis que la purification en ligne interrompt les réactions en chaîne du vieillissement, résolvant précisément le défi clé du vieillissement rapide de l'huile isolante dans les nouvelles applications énergétiques.

Mécanisme de travail adaptatif en boucle fermée du transformateur

Principaux avantages par rapport aux solutions traditionnelles

Avantages techniques fondamentaux et valeur industrielle

Par rapport aux solutions conventionnelles, cette technologie brevetée ne comporte aucun composant mobile ni consommable, permettant un fonctionnement en ligne continu sans arrêt. Il intègre à la fois des fonctions améliorées de dissipation thermique et de purification de l'huile, ce qui le rend parfaitement adapté aux conditions de fonctionnement complexes et sans surveillance des systèmes d'énergie éolienne, photovoltaïque et de stockage d'énergie. La technologie peut prolonger efficacement la durée de vie de l'huile isolante et des transformateurs, réduire considérablement les coûts d'achat d'équipements, de maintenance de routine et d'élimination des déchets dangereux, minimiser le risque de pannes opérationnelles et de temps d'arrêt, sauvegarder les revenus de production d'électricité et de stockage d'énergie, tout en réduisant les émissions de carbone associées aux huiles usées et en permettant un fonctionnement écologique et à faible émission de carbone tout au long du cycle de vie du projet.

Suite à l’intégration au réseau à grande échelle de l’énergie éolienne et des systèmes de stockage d’énergie, le vieillissement accéléré des systèmes d’isolation des transformateurs est devenu un goulot d’étranglement critique limitant la durée de vie des actifs des centrales électriques et réduisant les retours sur investissement. Les solutions traditionnelles d’exploitation et de maintenance des transformateurs ne sont pas en mesure de répondre aux caractéristiques de charge uniques des nouvelles applications énergétiques. En tirant parti de nos principaux brevets exclusifs, nous avons surmonté la séparation technique conventionnelle entre les systèmes de refroidissement et de purification en intégrant la technologie à fluide plasma avec la technologie de purification au plasma à basse température, relevant directement le défi fondamental du vieillissement de l'huile isolante dans les nouveaux transformateurs d'énergie.

Scénarios d'application à l'échelle du transformateur et avantages écologiques

Cette technologie innovante représente une nouvelle direction dans la gestion thermique des transformateurs et la maintenance de l'isolation. Il peut fournir des solutions personnalisées pour les projets d'énergie éolienne terrestre et offshore, les centrales photovoltaïques centralisées et les installations de stockage d'énergie électrochimique à grande échelle, garantissant ainsi le fonctionnement sûr, à long terme, économique et stable des équipements haute tension dans les systèmes électriques de nouvelle génération.