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Mémoire de Master Mention Électrotechnique Spécialité Machines Électriques prés

Mémoire de Master Mention Électrotechnique Spécialité Machines Électriques présenté par SALEM Abdenour & MECHENTEL Meroua Étude de la protection de l’alternateur 50THR-L45 de la centrale de HAMMA II Proposé par : BENSALMA Sid Ahmed & BELAZZOUG Messaoud. Année Universitaire 2017-2018. الجـمهورية الجزائرية الديمقراطية الشعبية République Algérienne démocratique et populaire وزارة التعليم الــعــالي و البحــث العــلمــي Ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche scientifique جــامعة سعد دحلب البليدة Université SAAD DAHLAB de BLIDA كلية التكنولوجيا Faculté de Technologie قسم اإللكترونيـك Département d’Électronique Remerciements Nous remercions Allah le tout puissant qui nous a donné le courage et la volonté de réaliser ce travail. Nos sincères remerciements aux employés de la société SPE de l’unité HAMMA II, en particulier à notre encadreur Mr. BENSALMA qui nous a aimablement accueilli conseillé et dirigé sur notre travail tout le long de notre projet. Nous tenons à exprimer nos vifs remerciements à notre promoteur Mr. BELAZZOUG pour nous avoir encadrer durant notre projet de fin d’études et nous conseillé tout le long de notre travail. Nous remercions chaleureusement les membres du jury pour l’honneur qu’ils nous ont fait en acceptant d’évaluer notre projet. Nous souhaitons aussi remercier tous les enseignants de la faculté des sciences de l’ingénieur et en particulier, nos professeurs de génie électrique. Qui nous ont encadrés auparavant et tous nos enseignants pour les connaissances qu’ils nous ont transmis, leur disponibilité et leurs efforts. Nous remercions, particulièrement nos parents pour leur soutien leur amour et leurs encouragements sans cesse que nous leur en sommes à jamais reconnaissants Nous remercions nos amis pour leur soutien moral, nos collègues de classe et tous ceux qui ont contribué de près ou de loin à la réalisation de ce modeste travail trouvent ici l’expression de notre sincère gratitude. :ملخص في محطة توليد الطاقة ، المولد هو الجزء الر ئيسي إل نتاج الطاقة الكهربائية ، حيث يتعرض ك أي عضو لألضرار والعيوب المدمرة. من أجل ضم ان الحماية الممكنة ألدائه الجيد ، يتم وضع نظام كامل للحماية الوقائية. تم إجراء عمليتي محاكاة للحماية الخارجية "حماية التيار ال زائد51 " و "الحماية التفاضلية87 " الداخلية باستخدام برنامج البرمجة / المحاكاةMATLAB .من أجل دراسة حساسيتهم لألخطاء األكثر مصادفة كلمات ت مف احية :المولد ؛ حماية التيار الزائد؛ الحماية التفاضلية المحاكاة بـMATLAB . Résumé: Dans une centrale, l’alternateur est la partie principale de la production de l’énergie électrique, comme tout organe il est exposé à des dommages et des défauts destructeurs. Afin d’assurer une protection éventuelle a son bon fonctionnement, tout un système de protections préventives est mis en place. Deux simulations de protection externe « protection à maximum de courant 51 » et interne « protection différentielle 87G » ont été accomplis au moyen du logiciel de programmation/Simulation MATLAB dans le but d’étudier leurs sensibilités aux défauts les plus rencontrés. Mots clés : Alternateur ; protection à maximum de courant ; protection différentielle ; Simulation par MATLAB. Abstract : In a power station, the alternator is the main part of the production of electrical energy, as any organ, it is exposed to damage and destructive defects. In order to ensure a possible protection to its good functioning, a whole system of preventive protections is put in place. Two simulations of external protection "overcurrent protection 51" and internal "differential protection 87G" were performed using MATLAB programming / simulation software in order to study their sensitivity to the most frequently encountered faults. Keywords: Generator; overcurrent protection; differential protection; Simulation by MATLAB. Table des matières : Introduction générale ........................................................................................................1 Chapitre 1 : Généralités 1.2 Introduction : ...............................................................................................................2 1.2 Présentation de la société SONELGAZ et la filiale SPE : .................................................2 1.3 Présentation de la centrale électrique HAMMA II : .......................................................4 1.4 Description de la tranche de production : .....................................................................4 1.4.1 Turbine à gaz : .........................................................................................................4 1.4.1.1 Description générale d’une turbine : ..................................................................4 1.4.1.2 Turbine à gaz SIEMENS V94.3A : .........................................................................5 1.4.1.3 Principe de fonctionnement : .............................................................................5 1.4.2 L’alternateur : .........................................................................................................6 1.4.2.1Définition : ..........................................................................................................6 1.4.2.2 Les alternateurs 50THR-L45 de la centrale électrique HAMMA II : ......................7 1.4.2.3 Description des alternateurs ANSALDO 50THR-L45 : ...........................................7 1.4.2.4 Fonctionnement des alternateurs ANSALDO 50THR-L45 : .................................13 1.5 Conclusion : ................................................................................................................19 Chapitre 2 : Outils de mesure et de protection 2.1 Introduction : .............................................................................................................20 2.2 Capteurs RTD Pt100 : ..................................................................................................20 2.2.1 Définition : ............................................................................................................20 2.2.2 Classes de précision : .............................................................................................21 2.2.3 Avantages : ............................................................................................................22 2.3 Les transformateurs de mesure : ................................................................................22 2.3.1 Transformateurs de courant : ................................................................................23 2.3.1.1 Fonctionnement et précision : ..........................................................................24 2.3.1.2 Catégories des transformateurs de courant : ....................................................26 2.3.2 Transformateurs de tension : .................................................................................29 2.3.2.1 Catégorie des transformateurs de tension : ......................................................30 2.4 Les relais de protection : .............................................................................................31 2.4.1 Les relais de protection de l’alternateur ANSALDO 50THR-L45 : .............................31 2.4.1.1 Utilisation : .......................................................................................................31 2.4.1.2 Caractéristiques techniques : ............................................................................32 2.4.1.3 Mode de fonctionnement : ...............................................................................32 2.4.2 Matrice de déclanchement : ..................................................................................39 2.5 Conclusion : ................................................................................................................40 Chapitre 3 : Protections et calculs 3.1 Introduction : .............................................................................................................41 3.2 Les principaux défauts affectants l’alternateur : .........................................................41 3.2. 1 Les défauts internes : ............................................................................................41 3.2.2 Les défauts externes : ............................................................................................42 3.2.2.1 Surcharges : ......................................................................................................42 3.2.2.2 Déséquilibres : ..................................................................................................42 3.2.2.3 Courts-circuits aux bornes de l’alternateur : .......................................................43 3.2.2.4 Calcul du courant de défaut : ..............................................................................46 3.3 Exploitation du point neutre de l’alternateur : ............................................................49 3.4 Plan de protection des alternateurs : ..........................................................................51 3.4.1 Protection masse stator à pourcentage 51N : ........................................................53 3.4.2 Protection contre le retour de puissance 32 : .........................................................55 3.4.3 Protection à minimum d’impédance 21 : ...............................................................57 3.4.4 Protection à maximum de courant (50/50P) : ........................................................57 3.4.5 Protection différentielle 87G : ...............................................................................58 3.5 Conclusion : ................................................................................................................62 Chapitre 4 : Simulations et résultats. 4.1 Introduction : .............................................................................................................63 4.2 Les composants utilisés dans la simulation : ...............................................................63 4.3 Protection à maximum de courant : ............................................................................64 4.3.1 Simulation de la protection à maximum de courant : ...............................................65 4.4 Protection différentielle : ...........................................................................................68 4.4.1 Simulation de la protection différentielle : ...............................................................71 4.5 Conclusion : ................................................................................................................74 Conclusion générale .........................................................................................................75 Bibliographie ....................................................................................................................76 Liste des figures Figure 1.1 : SONELGAZ ........................................................................................................ 2 Figure 1.2 : SPE Algérie........................................................................................................ 3 Figure 1.3 : Puissance installé par constructeur. [1] ........................................................... 3 Figure 1.4 : Turbine à gaz SIEMENS V94.3A. [3] .................................................................. 5 Figure1.5 : Schéma descriptif du fonctionnement de la turbine à gaz ............................... 6 Figure 1.6 : Alternateur ANSALDO 50THR-L45. [4] ............................................................. 7 Figure 1.7: Noyau du stator. [6] .......................................................................................... 8 Figure1.8 : Tiges de cuivres avant leur utilisation. [7] ........................................................ 8 Figure1.9 : Les bornes de l'alternateurs 50THR-L45. [5] ..................................................... 9 Figure1.10 : La partie mobile de la machine. [4] ................................................................ 10 Figure 1.11 : Corps du rotor de l'alternateur 50THR-L45. [5] ............................................. 10 Figure1.12 : Les paliers de l'alternateur. [5] ....................................................................... 11 Figure 1.13 Bagues collectrices de l'alternateur. [6] .......................................................... 12 Figure 1.14 : Schéma de principe de la partie puissance du dispositif d'excitation. [5] ..... 14 Figure 1.15 : Réfrigérants d’hydrogène-eau. [2] ................................................................. 18 Figure 1.16 : Circulation d’hydrogène dans l’alternateur 50THR-L45. [5] .......................... 18 Figure 2.1 : Exemple d’utilisation d’un transformateur de mesure. [9] ............................. 22 Figure 2.2 : Structure d’un transformateur de courant ...................................................... 23 Figure 2.3 : schéma équivalent d’un transformateur de courant. [9] ................................ 24 Figure 2.4 : Courbe de magnétisation (excitation) d’un TC. [9] .......................................... 25 Figure 2.5 : Exemple de classe pour la protection d’un TC de protection. [9] ................... 26 Figure 2.6 : Exemple de classe de précision d’un TC de mesure. [9] .................................. 27 Figure 2.7 : Transformateurs de courant placées sur l’une des bornes de l’alternateur. [6]..29 Figure 2.8 : Montage d’un TT utilisé pour mesurer la tension sur ligne. [10] .................... 29 Figure 2.9 : Relais numérique SIEMENS 7UM511. [11] ...................................................... 33 Figure 2.10 : Structure du relais numérique 7UM511. [11] ............................................... 34 Figure 2.11 : Protections dédié au relais numérique 7UM511. [11] .................................. 36 Figure 2.12 : Relais numérique SIEMENS 7UM512. [11] .................................................... 36 Figure 2.13 : Structure du relais numérique 7UM512. [11] ............................................... 37 Figure 2.14 : Protection dédié au relais numérique 7UM512. [11] .................................... 38 Figure 2.15 : Relais numérique SIEMENS 7UM515. [11] .................................................... 38 Figure 2.16 : Protection du relais numérique 7UM515. [11] .............................................. 39 Figure 3.1 : Les différents défauts affectants le stator. [12] ............................................... 42 Figure 3.2 : Forme du courant de court-circuit Icc. [14] ...................................................... 45 Figure 3.3: Défaut triphasé. [16] ......................................................................................... 47 Figure 3.4 : Défaut triphasé isolé. [16] ................................................................................ 48 Figure 3.5 : Défaut monophasé. [16] .................................................................................. 48 Figure 3.6 : Mise à la terre du stator. [12] .......................................................................... 50 Figure 3.7 : Schéma synoptique des protections de l’alternateur. [12] ............................. 51 Figure 3.8 : Plan de protection code ANSI. [12] .................................................................. 42 Figure 3.9 : Plan de protection code CEI. [12] .................................................................... 53 Figure 3.10 : Défaut au voisinage du point neutre. [12] ..................................................... 53 Figure 3.11 : Principe de la protection surintensité temporisé. [12] .................................. 54 Figure 3.12 : Seuil de réglage de la protection à maximum de puissance. [12] ................. 56 Figure 3.13 : Principe de la protection à minimum d’impédance. [12] .............................. 57 Figure 3.14 : Schéma de principe de la protection différentielle. [12] ............................... 59 Figure 3.15 : Cas d’un enroulement statorique uploads/Geographie/ untitled-pdf.pdf