Le démarrage de la turbine [Turbines hydrauliques

Le démarrage de la turbine

Définition : Le démarrage de la turbine

Amène la turbine de zéro débit et zéro vitesse à la vitesse synchrone et au débit de marche à vide.

La marche à vide est un emballement à la vitesse synchrone. Il n'y a pas de puissance électrique produite. Toute la puissance est consommée dans la turbulence, les frictions mécaniques, la ventilation de l'alternateur etc.

Le démarrage de la turbine | Informations^[1]

Méthode : La séquence de démarrage

Craquage de la vanne de prise d'eau.
Remplissage de la conduite.
Ouverture complète de la vanne de prise d'eau.
Ouverture du bypass du papillon pour équilibrage des pressions de part et d'autre. Directrices fermées.
Ouverture du papillon.
Injection à la pivoterie^[2], libération des freins.
Ouverture des directrices (moins de 10%).
Ajustement des directrices pour obtenir la vitesse synchrone.
Sectionneur fermé.
Synchronisation des phases électriques avec le réseau et connexion par le disjoncteur.

Vue en coupe d'une centrale hydroélectrique | Informations^[3]

Au démarrage, la consigne donnée au régulateur est d'asservir l'ouverture du distributeur pour obtenir la vitesse synchrone sans production de puissance électrique.

La puissance mécanique fournie est consommée par:

La turbulence dans la turbine.
La friction dans les paliers, la pivoterie.
La ventilation.

L'ouverture des directrices est faible, de même que le débit. On l'appelle l'ouverture de marche à vide (OMAV).

Comportement du groupe au démarrage | Informations^[4]

Fondamental : La dynamique de la réponse à la consigne

L'inertie des masses tournantes ($I$) et le couple de freinage ($C_r$) s'opposent au couple moteur ($C_m$), en exprimant Newton pour un mouvement de rotation:

$I \frac{d\omega}{dt}=C_m-C_r$ où $I=m R_g^2$

Avec $m$, les masses tournantes et $R_g$ leur rayon de giration.

Au voisinage de la vitesse synchrone $\omega_s$ et au couple correspondant à la consigne $C_c$, on peut écrire :

$I \frac{\omega_s}{C_c}\frac{d\left(\frac{\omega}{\omega_s}\right)}{dt}=\frac{1}{C_c}(C_m-C_r)$

Définition : Le temps de lancer

Le terme $t_{l} = I \frac{ω_{s}}{C_{c}}$ s'appelle le temps de lancer: c'est le temps nécessaire pour accélérer les masses tournantes de zéro à la vitesse synchrone lorsqu'on fournit le couple de consigne.

C'est un chiffre significatif qu'on peut calculer pour le couple de pleine charge pour fin de comparaison.

Exemple : Exemple de calcul d'un temps de lancer

Masses tournantes: 600 T
Rayon de giration: 5 m
Vitesse synchrone: 128,57 tpm
Pmax = 300 MW

\begin{matrix} I = {mR}_{g}^{2} \to 6000000 * 5^{2} = 15 e^{6} kg m^{2} \\ ω_{s} = \frac{2 π * 128,57}{60} = 13,46 rad / s \\ C_{c} = \frac{P_{\max}}{ω_{s}} = \frac{300000000}{13,46} = 22,29 e^{6} Nm \\ t_{l} = I \frac{ω_{s}}{C_{c}} = 15 e^{6} \frac{13,46}{22,29 e^{6}} = 9 s \end{matrix}