Réglage de l’excitation sans changement du flux de vapeur vapeur

Voyons maintenant l’augmentation de l’excitation en élevant le point de réglage du stabilisateur

automatique de tension tout en maintenant le flux de vapeur constant. Voir la figure 31 ci-dessous.

Notes:

Notes

Field Current

Armature Current

Active Power

Reactive Power

Power Factor (Lagging)

Time .6

1.0

MVAR = Mégavoltampères Amps = Ampères Field Current = Courant de champ Armature Current = Courant d’induit Active Power = Puissance active Reactive Power = Puissance réactive Power Factor (Lagging) = Facteur de puissance (en retard) Time = Temps

Figure 31

Effet - avec le temps - d’une augmentation de l’excitation avec un flux de vapeur constant

• L’augmentation de l’excitation constitue l’élément de départ.

Elle est effetuée en augmentant le courant de champ (point de réglage de la tension du stabilisateur automatique de tension).

• Le flux de vapeur est constant.

• L’augmentation de l’excitation a lieu sans changer le nombre de MW. Cela signifie que l’alternateur est maintenant surexcité au regard du niveau de réaction d’induit. L’alternateur va donc dans le sens du retard et l’angle de charge diminue. Comme le facteur de puissance initial est de 1,0, l’alternateur se met à avoir du retard et commence à débiter des mégavoltampères réactifs. L’élément MW du courant de stator n’a pas changé, mais l’élément mégavoltampères réactifs du courant de stator augmente. Par conséquent, l’amplitude du courant de stator augmente.

• La puissance active est constante car le flux de vapeur n’a pas changé.

X

Transfert de puissance d’un alternateur

Si nous traçons le rapport entre la puissance de sortie d’un alternateur et l’avance de cet alternateur sur le réseau électrique (angle de charge), nous obtenons une courbe sinusoïdale. Ce type de courbe permet de définir les caractéristiques de transfert de puissance des alternateurs.

Un exemple en est montré à la figure 33.

Courbe de transfert de puissance d’un alternateur

La puissance émise par un inducteur est proportiennelle aux tensions existant de chaque côté de cet inducteur, au sinus de l’angle existant entre ces tensions et inversement proportionnelle à la réactance inductive de cet inducteur.

Notes:

Une courbe de transfert de puissance est une représentation graphique de cette équation pour des valeurs fixes de V1, V2 et XL. C’est un tracé de l’angle de charge par rapport au transfert de puissance de la

machine dans une certaine configuration. Si les valeurs rattachées à cette configuration changent, le tranfert de puissance et l’angle de charge de la machine changent aussi.

On peut se représenter la courbe de transfert de puissance en imaginant un alternateur pouvant fonctionner sans être synchronisé tout en étant raccordé à un grand réseau électrique par un gros ressort réactif.

L’alternateur oscille par rapport au grand réseau en se déphasant complètement à 180⁰ et en se remettant en phase à 360⁰. Dans la réalité, le temps nécessaire pour qu’un alternateur oscille de cette façon est d’environ 2 secondes. Le temps de passage de l’angle de charge de 0⁰ à 180⁰ est donc d’environ 1 seconde.

Si un alternateur sur lequel s’appliquerait un flux de vapeur Psteam était raccordé au grand réseau, il serait possible de le représenter par une courbe ayant la forme d’une longue ligne droite horizontale parce que les vannes de vapeur mettraient plus d’une seconde pour fonctionner et réagir en conséquence.

Idéalement, la charge de l’alternateur (Psteam) devrait être à 90⁰ avec le transfert de puissance maximal. Mais il s’agit d’un état extrêmement instable.

Imaginons au moyen de la courbe qu’une panne de ligne de distribution se produit au moment t0. Comme la tension baisse, la capacité de transfert de la puissance chute dramatiquement et la turbine commence à accélérer. La panne est corrigée au moment t1. La tension est rétablie, mais pas à sa valeur d’origine, comme d’habitude, parce que la réactance X est maintenant légèrement plus élevée à cause des pertes subies.

Pendant ce temps (t0 à t1), la turbine a piégé de l’énergie en

prendre de l’avance sur le champ tournant du stator, il peut vite

atteindre un angle de charge de 180^o (puissance de sortie égale à zéro).

Cet effet est illustré à la figure 31. À ce point, il n’existe plus aucune liaison de flux entre le rotor et le stator et il est inutile d’espérer que l’alternateur reste synchronisé. Le glissement de pôle est irrémédiable.

Pendant le glissement de pôle, la vitesse angulaire du rotor n’est pas constante. En fait, le mouvement du rotor est très heurté et impose d’énormes contraintes aux enroulements, accouplements, fondations et autre éléments. La puissance de sortie active se manifeste par des à-coups, comme nous l’avons vu plus haut. La partie (a) de la figure 34 montre la position angulaire du rotor et la partie (b) montre la

puissance de sortie active, en fonction du temps pendant le glissement de pôle.

Pole slipping commences here (90°)

Rapid acceleration during pole slip (90° - 360°)

(360° - 0° position) Generator tries to regain synchronism

Position angulaire du rotor (a) et puissance de l’alternateur en MW (b) avec glissement de pôle

Le point de réglage normal du régulateur de vitesse de l’alternateur est établi de façon que la sortie de vapeur Psteam permette d’accepter une instabilité possible du système. Le calcul de ce point de réglage

Notes:

Notes fonctionnel doit tenir compte de l’état des stabilisateurs automatiques

de tension. Ces stabilisateurs sont destinés à déceler les baisses de tension pour augmenter l’excitation et élever la tension aux bornes.

Cela a pour effet d’augmenter les capacités de transfert (remonter la courbe). Si le stabilisateur automatique de tension est en mode manuel ou si un stabilisateur plus lent est en fonction, le niveau de la sortie de l’ensemble producteur doit être abaissé à cause des marges de stabilité établies. Notons que les stabilisateurs automatiques de tension ont besoin d’au moins 0,25 seconde pour réagir et qu’ils ont très peu d’effet lorsqu’une perturbation est grave.

La tension et la fréquence de l’alternateur sont établies par le système électrique lorsqu’il est connecté à un bus de grande taille (infini).

Cependant, si l’alternateur fonctionne individuellement ou s’il est raccordé à un îlot de faible charge, ces deux paramètres doivent être maintenus dans des limites acceptables pour éviter d’endommager le matériel. Nous avons déjà vu les effets destructeurs des tensions et des fréquences trop faibles ou trop fortes et de leur combinaison

(volts/hertz). Une perturbation majeure peut brusquement isoler du réseau principal l’alternateur et sa charge locale. La tension augmente alors rapidement et le stabilisateur automatique de tension doit

l’abaisser à sa valeur nominale. La vitesse de rotation de la turbine augmente par ailleurs rapidement, ce qui fait augmenter la fréquence et lui fait dépasser la fréquence nominale. Le point de réglage du

régulateur de vitesse doit être alors très vite abaissé.

La turbine peut décrocher quelle que soit la puissance de sortie et le régulateur de vitesse doit vite intervenir pour ramener la puissance à zéro. Le décrochement le plus sévère a lieu lors d’un rejet total de la charge ou lorsque l’alternateur décroche à pleine puissance.

Un déclenchement du disjoncteur de l’alternateur peut être amorcé si la puissance produite devient trop importante à cause d’une

perturbation majeure accompagnée d’une perte de charge sur le réseau.

La totalité du grand réseau devient instable (voir figure 31) à moins d’annuler une certaine partie de la puissance (Psteam).

CHALEUR ET CONDITIONS