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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’enseignement Sup

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene Faculté d’Electronique et d’Informatique Domaine Sciences et Technologie Filière Génie Electrique Mémoire de Licence Electrotechnique Thème Présenté par : BOUAZIZ Yanis Hocine Et CHERGUI Abdallah 2019/2020 Automatisation de la protection d’une turbine à vapeur avec l’automate SIMATIC S7-400 Sommaire : Introduction générale…………………………………………………………………………….1 Chapitre 1 : présentation de la turbine à vapeur …………………..………………………….2 1.1.Introduction ……………………………………………………………………………….…..3 1.2.Généralités sur la centrale thermique …………………………………………………………3 1.3.Description …………………………………………………………………………..………..4 1.4.La protection de la turbine ……………………………………………………………………5 1.5.Les instruments de control ……………………………………………………………………5 1.6.Conclusion ……………………………………………………………………………………6 Chapitre 2 : séquences de démarrage et d’arrêt due la programmation …………………...7 2.1. Introduction ………………………………………………………………………………….8 2.2. But de l’automatisation d’une turbine ……………………………………………………….8 2.3. Description de la commande existante……………………………………………………….8 2.4. Difficultés de la logique câblée ………………………………………………………………8 2.5. Solution propose ……………………………………………………………...……………...8 2.6. Impact attendu de la proposition …………………………………………………...………...9 2.7. Séquences de Démarrage ………………………………………………………………….…9 2.8. Séquences d’arrêts……………………………………………………………………………9 2.9. Déclanchement de la turbine ……………………………………………………………….10 2.10. Les conditions de lancement du programme ……………………………………………...10 2.11. L’essai préliminaire ……………………………………………………………………….10 2.12. Conclusion…………………………………………………………………………………10 Chapitre 3 : présentation de l’automate et sa programmation en step 7……………………11 3.1. Introduction…………………………………………………………………………………12 3.2. Définition générale d’un API ……………………………………………………………….12 3.3. Choix de l’API…………………………………………...……………………………….…12 3.4. L’automate S7–400………………………………………………………………………….12 3.5. Constitution…………………………………………...……………………………………..13 3.6. Les modules …………………………………………………………………………………13 3.7. Présentation de l’api sur TIA PORTAL V13 …………………………………………….…13 3.8. Schéma de principe …………………………………………………………………………14 3.9. Création des blocs et des fonctions………………………………………………………….15 3.10. Table de variable …………………………………………………………………………..16 3.11. Programmation en grafcet …………………………………………………………………17 3.12. Conclusion ………………………………………………………………………………...18 Conclusion générale………………………………………………………...…………………..19 Introduction générale 1 Introduction générale : La consommation d’électricité de notre pays a augmenté d’où la nécessité d’assurer une meilleure adaptation entre la demande et la production de l’énergie. Toute l’installation électrique peut être le siège de perturbations accidentelles dues à des causes non prévisibles, ces perturbations peuvent être dangereuses pour le personnel et pour le matériel, il y a donc lieu de prévoir des moyens de protection appropries qui font appel aux projets de l’appareillage électrique, la manœuvre, la surveillance, la protection des appareils sont le plus souvent assurées automatiquement. L’évolution de technologie et le développement de l’informatique constitue un ensemble qui a donné naissance aux automates programmables industriel (API). L’introduction des automates dans les procédés industriels permettent un gain du temps, une souplesse accrue dans la manipulation, une haute fiabilité, la localisation et l’élimination rapide des pannes. L’automatisation du procédé des machines et suivi des installations industrielles et protection de la turbine consiste à assurer la conduite et la commande par un dispositif technologique. Dans ce travail, On intéressera particulièrement au système de commande de protection de la turbine à vapeur. On développera un programme pour la commande de ces protections nous aurons à opté pour le choix d’un automate. S’articule dans le développement des chapitres suivants : • Le premier chapitre comporte la présentation de la turbine • Le deuxième chapitre comporte les séquences de démarrage et d’arrêts et de protection de la turbine • Le troisième chapitre comporte la programmation de l’automate en step 7 Chapitre 1 : présentation de la turbine à vapeur 2 CHAPITRE1 : Présentation de la turbine à vapeur Chapitre 1 : présentation de la turbine à vapeur 3 1.1.Introduction La turbine transforme l’énergie thermique de la vapeur (énergie calorifique) provenant de la chaudière en un mouvement de la rotation de l’arbre de transmission de la turbine, le travail mécanique obtenu sert à entraîner l’alternateur qui à son tour produit de l’énergie électrique. L’énergie du fluide, caractérisée par sa vitesse et son enthalpie, est partiellement convertie en énergie mécanique pour entrainer un alternateur. Cette énergie produite doit être délivrée d’une certaine qualité définie par deux principaux la tension et la fréquence. Figure1.1 : généralités sur la centrale thermique 1.2.Généralités sur la centrale thermique La production de vapeur La production de vapeur par une chaudière consiste en l’utilisation de la chaleur générée par une source d’énergie, par exemple plus spécifiquement issue de la combustion du gaz naturel, afin de chauffer de l’eau et la vaporiser à une pression donnée. Les principaux avantages de la vapeur • Un rendement énergétique élevé en termes • Aucune limite de température grâce à la production de vapeur dite surchauffée (au-delà du changement de phase). Les contrôles d’une centrale thermique Ceci passe notamment par le contrôle de la combustion, qui peut être mécanique ou électronique. Contrôler le brûleur permet de l’opérer de manière optimale pour différentes cadences de fonctionnement. Également, il est important de contrôler le niveau d’eau, car un minimum est requis afin d’assurer la sécurité et le bon fonctionnement de l’installation. Chapitre 1 : présentation de la turbine à vapeur 4 1.3.Description La turbine est de type à condensation et à simple resurchauffe, a une seule ligne d’arbre composé de trois corps (HP, MP, BP) séparés. Le corps haute pression est à simple flux contrairement aux corps moyenne pression et basse pression qui sont à double flux. Le rotor de la turbine est accompli rigidement à celui de l’alternateur pour qu’il puisse lui transmettre son énergie cinétique. Les corps sont à double enveloppes, elles contiennent des soutirages de vapeur pour alimenter le réchauffage des corps haute pression et basse pression. Figure 1.2 : les différents corps de la turbine Longueur Largeur Poids Puissance Pression Température de vapeur vitesse 16.125 m 13 m 500*103 kg 176 MW 138.2 bar 535°C 3000 tr/min Tebleau1.1 : caractéristiques de la turbine Chapitre 1 : présentation de la turbine à vapeur 5 Tableau1.2 : caractéristiques des différents corps de la turbine 1.4.La protection de la turbine La turbine comprend essentiellement plusieurs types de protection : Type Composition Protection hydromécanique Les dispositifs de fermeture rapide ; Les déclencheurs par survitesse ; La sécurité contre l'usure de la butée ; Le manostat de protection du condenseur Protection électrohydraulique Protection électrique du condenseur Protection niveau d’eau du condenseur Protection de la pression d’huile de graissage Protection d’incendie Protection supplémentaire (vibration, température) Tableau1.3 : dispositif de protection 1.5.Les instruments de control Pour contrôler la turbine un large dispositif a été mis en place pour pourvoir récolter le plus d’information sur la turbine et ainsi effectuer des opérations afin d’agir en cas d’anomalies Et ce dispositif comprend des capteurs, les transmetteurs, et les actionneurs : Les capteurs sont des organes essentiel et indispensable dans la protection d’une turbine. Considère comme le première instrument pour récolter des information sur l’état de la turbine, le capteur sont organes qui élabore, à partir d’une grandeur physique une autre grandeur physique (souvent électrique), utilisables à des fins de mesure et de commande . Les capteurs utilisés sont : Capteur de dilatation Capte la dilatation absolue relative des trois corps (HP,MP,BP).il est mesuré par unité de pression (bar) Nombre d’étage Pression d’admission Température d’admission Vapeur Débit vapeur corps HP 1x23 138 bars 535°C 532 T/h corps MP 2x19 35.9 bars 535°C 467.9T/h Corps BP 2x8 5.5bars 282°C 406T/h Chapitre 1 : présentation de la turbine à vapeur 6 Capteur de position Calibré verticalement, ce capteur sert à mesurer la position de l’arbre verticalement Capteur de vibration Sert à détecter les vibration mécanique absolues des diffèrent corps ainsi que des différents arbres (HP,MP,BP) Capteur de température Sert à mesurer la température des paliers en cas de surchauffe à l’intérieur de la chambre à combustion Détecteur de survitesse Le détecteur de survitesse a pour fonction d’arrêter la turbine en cas de dépassement de la vitesse admissible, il est monté dans le rotor de la turbine Détecteur d’usure de la butée En cas de déclenchement axial du rotor par rapport à une force d’usure des patins de butée, le dispositif de déclenchement ouvre le circuit d’huile auxiliaire de sécurité qui provoque l’arrêt de la turbine Détecteur le manque de vide au condenseur Le détecteur de vide déclenche la fermeture rapide de la turbine lorsque la pression au condenseur dépasse la valeur admissible Tableau 1.4: les capteurs utilisés Les transmetteurs sont des appareils chargés de transmettre les signaux délivrés par les capteurs aux actionneurs. les transmetteur utilisé sont : 1. Transmetteurs de température : concerne essentiellement la température d’admission de l’air dans la turbine (corps haute pression et moyenne pression), la température d’échappement (corps basse pression) ainsi que les températures des paliers ; 2. Transmetteurs de pression : concerne la pression d’entrée et d’échappement des corps HP et MP, la pression d’huile, ainsi que la vitesse de turbine. Les actionneurs sont les organes qui nous permettent d’agir physiquement (manuellement ou automatiquement) sur note process selon les informations qui lui sont transmise par les transmetteur. les actionneurs utilisé sont : 1. Vannes : les vannes d’arrêt concernent les soupapes régulatrice tandis que les vannes d’interception concerne les soupapes modératrice 2. Servomoteur :les servomoteur de sécurité concerne les vannes d’arrêts et d’interception tandis que les servomoteurs de réglage concerne les soupapes de réglages et les soupapes modératrices Chapitre 1 : présentation de la turbine à vapeur 7 1.6. Conclusion Dans ce chapitre nous avons présenté les différents équipements fonctionnels de la turbine à vapeur de la centrale thermique et son principe de fonctionnement. L’instrumentation des chaines de mesure et de contrôle de la turbine assure la uploads/Industriel/ pfel3-bouaziz-yanis-hocine-chergui-abdallah.pdf