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GT13E2
Vue d'ensemble
Vue d'ensemble de la
centrale électrique à
turbine à gaz
Cours de formation
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Vue d'ensemble centrale électrique à turbine à gaz
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strictement interdit.
Copyright©
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Ceci est un cours de formation. Il fournit uniquement des informations générales sur
le système spécifique.
Tous les réglages et valeurs mentionnés / ci-joints sont indiqués à titre informatif
uniquement. Les valeurs peuvent être changées pendant la mise en service.
Pour obtenir les valeurs réelles, se reporter au manuel d’instructions.
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Table des matières
Objectifs du cours ............................................................................................................................... 4
Vue d' ensemble.................................................................................................................................. 5
Groupes de composants principaux des installations à turbine à gaz ..................................................... 6
Groupes de machines principaux (M) ................................................................................................ 6
Réseau & systèmes de distribution (A) ................................................................................................ 6
Alimentation en combustible et équipement d'élimination des résidus (E)............................................. 7
Equipement d’instrumentation et de contrôle (I&C) (C) ....................................................................... 7
Systèmes auxiliaires (S) ..................................................................................................................... 8
Machinerie lourde (X) ....................................................................................................................... 8
Description du fonctionnement............................................................................................................. 8
Turbine à gaz .................................................................................................................................. 9
Alternateur....................................................................................................................................... 9
Excitatrice ...................................................................................................................................... 10
Gaines coaxiales de l'alternateur..................................................................................................... 10
Disjoncteur du groupe.................................................................................................................... 10
Transformateur de puissance.......................................................................................................... 10
Processus de base de la turbine à gaz............................................................................................. 11
Equipement de contrôle..................................................................................................................... 11
Système de séquencement de la turbine (Egatrol)................................................................................ 11
Système de sécurité et de commande de la turbine (Egatrol)............................................................. 12
Régulateur automatique et manuel de tension (Unitrol M et D).......................................................... 12
Equipement de synchronisation (SYNCHROTACT)............................................................................ 12
Equipement de protection de l'alternateur (GSX et REG).................................................................... 12
Arrangement et équipement typique de la centrale électrique à turbine à gaz....................................... 13
Système d'admission d'air ............................................................................................................... 13
Block thermique............................................................................................................................. 13
Système des vannes anti pompage.................................................................................................. 13
Système d'échappement ................................................................................................................. 13
Cheminée d'échappement .............................................................................................................. 14
Groupe de l'alternateur .................................................................................................................. 14
Transformateur principal ................................................................................................................ 14
Groupe d’ auxiliaires...................................................................................................................... 14
Groupes de gaz et de gasoil........................................................................................................... 14
Groupe eau NOx........................................................................................................................... 15
Groupe vannes de régulation ......................................................................................................... 15
Groupe d’aéroréfrigérants.............................................................................................................. 15
Modules électriques et de commande.............................................................................................. 15
Local avec grue.............................................................................................................................. 16
Caractéristiques techniques................................................................................................................ 16
Résumé ............................................................................................................................................ 17
Figure 1: Principaux composants d’une installation à turbine à gaz...................................................... 18
Figure 2: Vue d’ensemble simplifiée d’une installation à turbine à gaz,
de ses composants et systèmes principaux............................................................................ 19
Figure 3: Fonctionnement du turboalternateur à gaz........................................................................... 20
Figure 4: Arrangement standard typique d’une turbine à gaz: arbre simple, installation à l’ intérieur..... 21
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Objectifs du cours
Une fois ce cours terminé, le stagiaire est capable de:
• Nommer les 6 groupes de composants principaux d’une installation à turbine à
gaz et décrire leur fonctionnement.
• Tracer un diagramme simple illustrant le fonctionnement d’une installation à
turbine à gaz à cycle simple et y noter tous les composants principaux.
• Expliquer le fonctionnement des composants suivants d’une installation à
turbine à gaz à cycle simple:
• turbine à gaz
• alternateur
• excitatrice
• Nommer les 5 parties d’une installation à turbine à gaz entretenues par des
systèmes de contrôle et de protection automatisés. Expliquer la fonction de tous
les systèmes de contrôle et de protection.
• Tracer un diagramme illustrant les groupes principaux de la centrale électrique
Alstom GT13E2 sur lequel figurent tous les groupes (les nommer)
• Définir les termes suivants:
• puissance électrique brute et consommation spécifique
• rendement énergétique brut
• fréquence
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Vue d'ensemble centrale électrique à turbine à gaz
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Vue d' ensemble
La manière la plus simple, directe et complète de définir une installation à turbine à
gaz est de dire qu’il s’agit en fait d’un convertisseur d’énergie. Cela signifie qu’un
type d’énergie à l'entrée est converti en une énergie de sortie utile différente. Dans
l’installation à turbine à gaz, l’énergie d’alimentation est un combustible liquide
et/ou gazeux et l’énergie de sortie est l’énergie électrique. Ainsi, le rôle de
l’installation à turbine à gaz est de fournir de l’énergie électrique à un réseau
électrique.
L’énergie électrique fournie an réseau est transformée en deux catégories de base,
à savoir la puissance active et la puissance réactive.
• La puissance active, mesurée généralement en mégawatts (MW) est la
puissance électrique fournie nécessaire au niveau du consommateur final pour
commander les moteurs électriques et alimenter l’équipement d’éclairage, les
réchauffeurs et d’autres types de charges. Il existe une relation directe entre la
puissance active fournie et l’entrée du combustible. Cela signifie que, si le
niveau du combustible entré est modifié, la puissance active fournie sera
modifiée en conséquence.
• La puissance réactive, parfois appelée puissance déwattée, correspond à la
puissance électrique fournie nécessaire au niveau du consommateur final pour
magnétiser les charges électromagnétiques comme les moteurs CA, les
armatures, les redresseurs statiques de puissance, etc. Elle sert également à
neutraliser la puissance réactive produite par des consommateurs capacitifs
comme l’éclairage fluorescent ou dans le cas de lignes de transport d’électricité
longues et de réseaux de câbles d’alimentation dans les villes. L’alimentation
contrôlée en puissance réactive du réseau est une condition préalable au
maintien de la tension du réseau dans des limites spécifiées, ce qui permet une
transmission stable de la puissance active au niveau du réseau.
Le processus de conversion d’énergie doit être efficace, sûr et fiable.
• L’installation a un bon rendement lorsqu’elle produit une quantité d’énergie
maximale en consommant pour cela le moins possible d’énergie. Cet objectif
est atteint grâce au niveau de construction complexe de l’équipement utilisé
dans les installations modernes à turbine à gaz.
• L’installation est considérée comme sûre et fiable lorsqu’elle présente un risque
minimal pour l’environnement et la population. Pour cela, on utilise des
systèmes d’automatisation complexes qui permettent de contrôler en
permanence la conversion d’énergie.
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Vue d'ensemble centrale électrique à turbine à gaz
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Groupes de composants principaux des installations à turbine à gaz
Figure 1 L’installation à turbine à gaz complète comprend tous les systèmes, composants et
dispositifs nécessaires pour assurer un fonctionnement sûr et rentable de
l’installation. Les composants principaux d’une installation à turbine à gaz sont
illustrés sur la figure 1. Ils sont désignés par les lettres A à X sur la base du code de
fonction KKS des groupes principaux A à Z. (KKS est une abréviation allemande du
système de désignation des centrales électriques. Toutes les centrales électriques
ALSTOM utilisent le système d’identification KKS.).
Groupes de machines principaux (M)
Figure 1 Les groupes de machines principaux se chargent de toutes les conversions
énergétiques et constituent le noyau de la centrale électrique. Ils comprennent des
groupes d'alternateurs à une ou plusieurs turbine(s) à gaz et, en raison de leur
importance, ont donné leur non à la centrale électrique, à savoir installation à
turbine à gaz.
Réseau & systèmes de distribution (A)
Figure 1 Le réseau et les systèmes de distribution permettent le raccordement électrique des
groupes de machines principaux au réseau électrique, permettant ainsi le transport
d’énergie à l’extérieur de l’installation. Les composants du réseau et des systèmes
de distribution comprennent les éléments suivants:
• Equipement de commutation couvrant les plages de 1 kV à 420 kV ou plus.
• Instruments et matériel de mesure
• Répartiteurs
• Panneaux et armoires décentralisés
• Transformateurs de puissance, etc.
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Alimentation en combustible et équipement d'élimination des résidus (E)
Figure 1 L’alimentation en combustible et l’équipement d’élimination des résidus conservent,
traitent, distribuent et fournissent l’énergie d’alimentation du combustible aux
groupes de machines principaux. De plus, ils évacuent, traitent et conditionnent les
résidus de combustible en vue de leur élimination.
Les composants de l’alimentation en combustible liquide et de l’élimination des
résidus comprennent les éléments suivants:
• Equipement de dépotage (conduite y compris)
• Parc de stockage
• Système de pompage
• Réseau de tuyauterie de distribution
• Système de chauffage de l’agent
• Système d’élimination des résidus
Figure 1 Les composants de l’alimentation en combustible gazeux et de l’élimination des
résidus comprennent les éléments suivants:
• Equipement de réception (conduite y compris)
• Système de séchage
• Système de chauffage
• Poste principal de réduction de la pression
• Nettoyage mécanique et équipement de purification
• Poste principal d'augmentation de la pression
• Système d’élimination des résidus
Equipement d’instrumentation et de contrôle (I&C) (C)
Figure 1 L’équipement I&C est chargé du fonctionnement, du contrôle et de la supervision
de la totalité de l’installation à turbine à gaz. L’équipement I&C comprend:
• Armoires pour les verrouillages de protection
• Armoires pour la commande du groupe fonctionnel
• Armoires pour le conditionnement de signal binaire
• Armoires pour les systèmes de signalisation
• Armoires pour l’équipement de mesure et d’enregistrement
• Armoires d’instrumentation et de contrôle pour les groupes de machines
principaux
• Armoires pour la protection du transformateur et de l'alternateur
(suite page suivante)
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Equipement d’instrumentation et de contrôle (I&C) (C) (suite)
Figure 1 • Surveillance en ligne et ordinateur de diagnostic
• Salles de contrôle principales
• Dispositifs de réglage locaux
• Systèmes d’alarme acoustiques et optiques
• Armoires pour la protection du transformateur et de l'alternateur
Systèmes auxiliaires (S)
Figure 1 Les systèmes auxiliaires (S) supportent la centrale électrique avec des services
communs. Les principaux composants des systèmes auxiliaires sont les suivants:
• Equipement de chauffage, d’aération et climatisation (HVAC)
• Alimentation en air comprimé stationnaires
• Systèmes de nettoyage stationnaires
• Systèmes d’alimentation en gaz de soudage stationnaires
• Systèmes de protection anti-feu stationnaires
• Grues, vérins fixes et appareils de convoyage
• Ateliers, entrepôts, équipement de laboratoire et installations pour le personnel
à l’intérieur et à l’extérieur de zones contrôlées.
Machinerie lourde (X)
Figure 1 La machinerie lourde supporte l’installation électrique au moyen de services
spécialisés comme l’alimentation en énergie électrique d’urgence. Les principaux
composants de la machinerie lourde sont les suivants:
• Ensemble de l'alternateur à moteur diesel de secours
• Ou un ensemble de l'alternateurs à turbine à gaz d’urgence
• Ou un ensemble de l'alternateurs à moteur à gaz d’urgence
Description du fonctionnement
Figure 2 L’alimentation en énergie électrique à partir d’une installation à turbine à gaz
implique l’utilisation d’une turbine à gaz, d’un alternateur, d’une excitatrice, d’une
traversée pour l'alternateur, d’un disjoncteur pour l'alternateur et d’un
transformateur survolteur du l'alternateur. Le rôle de chacun de ces éléments est
décrit brièvement par la suite.
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Vue d'ensemble centrale électrique à turbine à gaz
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Turbine à gaz
Figure 2 La turbine à gaz est composée de 3 éléments faisant partie du processus: un
compresseur, une chambre de combustion et la turbine elle-même.
La turbine convertit l’énergie chimique du combustible en énergie mécanique au
niveau de l’accouplement et constitue le premier mécanisme entraînant
l'alternateur.
La turbine est entraînée par un gaz de combustion chaud comprimé qui fait tourner
les ailettes montées sur le rotor. Le gaz de combustion passe par la turbine avant
d’être déchargé dans l’atmosphère. On le désigne alors par le terme gaz
d’échappement.
Le gaz de combustion entraînant la turbine est fourni par la chambre de
combustion qui est une enceinte fermée et pressurisée dans laquelle de l’air et un
combustible gazeux ou liquide sont continuellement brûlés.
L’air sous pression nécessaire pour la combustion est fourni par le compresseur, ce
dernier étant entraîné par la turbine par l’intermédiaire d’un arbre commun. L’air
se trouvant dans le compresseur est pressurisé grâce à l'aubage fixes et rotatif.
Le débit du combustible passant dans la chambre de combustion est contrôlé par le
réglage approprié des vannes de régulation qui peuvent être placées sur n’importe
quelle position entre la position entièrement ouverte et entièrement fermée.
Alternateur
Figure 2 L'alternateur est la machine entraînée qui convertit l’énergie mécanique de la
turbine en énergie électrique. Il est constitué d’une partie fixe appelée stator et
d’une partie mobile appelée rotor. Ce dernier est couplé au rotor de la turbine
directement.
Le rotor est un aimant qui crée un champ magnétique rotatif dans la machine
grâce à l’excitation de l’enroulement de champ, ce dernier étant souvent appelé
l’enroulement du rotor pour faciliter la compréhension. Il est nécessaire d’ajuster
l’intensité du champ magnétique en fonction de la charge électrique du l'alternateur
pour maintenir la synchronisation entre l'alternateur et le réseau et pour que la
tension de l'alternateur et la puissance réactive fournie à le réseau soient comprises
dans des limites définies.
Pour cela, un courant direct (appelé courant d’excitation) doit passer dans
l’enroulement de champ du rotor. Le courant d’excitation est à son tour contrôlé
par l’équipement de régulation automatique de tension (automatic voltage
régulation, AVR) qui commande la tension aux bornes d'alternateur et le fluy de
puissance réactive vers le réseau.
(suite page suivante)
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Alternateur (suite)
Le stator contient des enroulements fixes dans lesquels le champ magnétique rotatif
induit une tension alternative.
Excitatrice
Figure 2 L’excitatrice fournit le courant direct (CD) pour l’enroulement du champ
magnétique rotatif de l'alternateur. Deux types d’excitatrice sont utilisés, le type
statique et le type sans balais. Leur fonction est la même.
Gaines coaxiales de l'alternateur
Figure 2 Les gaines coaxiales de l'alternateur fournissent la connexion permettant de délivrer
l’énergie électrique de l'alternateur vers l’extérieur.
Les gaines coaxiales sont montées sur le boîtier du stator de l'alternateur et elles
reçoivent la haute tension délivrée par les enroulements du stator.
Disjoncteur du groupe
Figure 2 Le disjoncteur de l'alternateur représente la connexion électrique entre les traversées
de l'alternateur et le transformateur survolteur.
Transformateur de puissance
Figure 2 Le transformateur de puissance est utilisé pour adapter la tension de sortie de
l'alternateur à la tension du réseau.
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Processus de base de la turbine à gaz
Figure 3 Le processus qui se passe dans le turboalternateur à gaz est représenté par des
symboles dans la partie supérieure de la figure 3. Les différentes étapes du principe
de fonctionnement du turboalternateur à gaz sont décrites ci-dessous:
• De l’air est aspiré de l’atmosphère extérieure, pressurisé dans le compresseur et
expulsé dans la chambre de combustion.
• Le combustible et l’air sont continuellement brûlés dans la chambre de
combustion et du gaz de combustion chaud et sous pression est fourni à la
turbine.
• Le gaz de combustion se dilate dans la turbine où il entraîne la ligne d’arbres
complète composée du rotor turbine - compresseur et du rotor de l'alternateur.
Le gaz est ensuite expulsé dans l'atmosphère.
• L'alternateur fournit de l’énergie électrique en continu.
La partie inférieure de la figure 3 représente un écorché d’un turboalternateur à
gaz fonctionnant comme cela est décrit ci-dessus. La corrélation entre les symboles
du processus et le turboalternateur lui-même peut ainsi être facilement constatée.
Equipement de contrôle
Figure 2 En plus de l’équipement de base de la centrale électrique décrit ci-dessus, un
équipement de contrôle et de protection est également nécessaire pour garantir un
fonctionnement correct et en toute sécurité de la centrale électrique. L’équipement
de contrôle et de protection de base du turboalternateur est brièvement décrit ci-
dessous. Les mots figurant entre parenthèses indiquent des marques déposées des
produits Alstom
Système de séquencement de la turbine (Egatrol)
Figure 2 Le système d’automatisation superposé est utilisé pour démarrer, charger et stopper
automatiquement l’ensemble de l'alternateur à turbine à gaz et ses dispositifs
auxiliaires. Par exemple, dans le mode de démarrage, Egatrol démarre les
systèmes d'huile de lubrification de connarde de lubrification, et le circuit d’huile de
soulèvement, lance et accélère le turboalternateur à gaz jusqu’à la vitesse
synchrone et charge l’unité à la valeur désirée.
Lors de ces opérations, les limitations de protection de fonctionnement Alstom sont
respectées.
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Système de sécurité et de commande de la turbine (Egatrol)
Figure 2 Le contrôleur électronique de la turbine à gaz Egatrol permet un démarrage, un
chargement et un arrêt contrôlés sur une base locale. Le fonctionnement du
système est basé sur le positionnement des vannes de régulation qui contrôlent le
débit de combustible dans la chambre de combustion en fonction des besoins de la
puissance électrique fournie.
Lorsqu’il est activé, le système de sécurité protège le turboalternateur à gaz de tout
endommagement en plaçant les vannes d’arrêt principales du combustible en
position fermée. Cela stoppe immédiatement l’écoulement de combustible vers la
chambre de combustion et interrompt le processus de combustion, arrêtant ainsi le
turboalternateur à gaz.
Régulateur automatique et manuel de tension (Unitrol M et D)
Figure 2 Le régulateur automatique de tension maintient la tension de sortie de l'alternateur
sur une valeur constante. Il influence l’excitatrice et donc le flux de courant
électrique dans les enroulements du champ magnétique.
Son système de secours, le régulateur manuel de courant, joue le même rôle que le
régulateur automatique de tension mais il nécessite une intervention manuelle de
l’opérateur. Cette action manuelle influence ou ajuste la puissance électrique
réactive fournie de l'alternateur, exprimée en voltampères réactifs (VAR).
Equipement de synchronisation (SYNCHROTACT)
Figure 2 Cet équipement automatisé adapte la tension de sortie, la fréquence et la phase de
l'alternateur à celles du réseau. Le disjoncteur de l'alternateur se ferme lorsque la
synchronisation a été effectuée. L’équipement de synchronisation interagit
généralement avec Egatrol et le régulateur automatique de tension.
Equipement de protection de l'alternateur (GSX et REG)
Figure 2 L’équipement de protection de l'alternateur protège l'alternateur et son équipement
associé des défauts d’origine électrique. Lorsque l’équipement est activé, le
disjoncteur de l'alternateur est immédiatement ouvert, les vannes d’arrêt et de
régulation principales sont fermées.
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Arrangement et équipement typique de la centrale électrique
à turbine à gaz
Figure 4 Le concept modulaire de l’installation à turbine à gaz permet de remplir les
exigences variées des différents clients.
Ainsi, une installation à l’extérieur est possible, de même qu’une installation à
l’intérieur. Une installation intérieure typique d’une unité est illustrée sur la figure 4
qui montre l’équipement nécessaire pour faire fonctionner une installation à turbine
à gaz. Tous les articles illustrés sur la figure sont brièvement décrits ci-dessous.
Système d'admission d'air
Figure 4 Le système d'admission d'air est le composant de départ dans le cycle thermique de
la turbine à gaz. Son rôle est de fournir de l’air pur au compresseur. Il comprend
un boîtier, des filtres et un silencieux.
Block thermique
Figure 4 Le est la partie centrale du cycle thermique de la turbine à gaz. Il comprend le
compresseur, la chambre de combustion et la turbine. Il convertit l’énergie
chimique du combustible en énergie mécanique pour entraîner l'alternateur.
Système des vannes anti pompage
Figure 4 Le système des vannes anti pompage comprend des vannes anti pompage, des
conduits et des silencieux. Il expulse l’air en excès du compresseur pendant le
démarrage et l’arrêt de la turbine à gaz, prévenant ainsi toute condition de
fonctionnement dangereuse à l’intérieur du compresseur.
Système d'échappement
Figure 4 Le système d’échappement optimise le flux de gaz d’échappement entre la turbine
et la cheminée d’échappement. Il comprend un tube cylindrique, horizontal isolé et
son support.
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Cheminée d'échappement
Figure 4 La cheminée d’échappement est le dernier composant dans le cycle thermique de
la turbine à gaz. Elle comprend un support de base, un tube cylindrique, vertical et
isolé ainsi qu’un silencieux. La cheminée guide le gaz d'échappement vers
l'atmosphère.
Groupe de l'alternateur
Figure 4 Le groupe alternateur est le composant principal de la partie électrique de
l’installation à turbine à gaz. Ses composants principaux sont l'alternateur et
l’excitatrice. Il convertit l’énergie mécanique du groupe thermique en énergie
électrique.
Transformateur principal
Figure 4 Le transformateur principal ou de puissance est le composant central du réseau et
des systèmes de distribution.
Il adapte la tension de sortie de l'alternateur à la tension du réseau et établit la
connexion électrique entre ces deux éléments. Il comprend un boîtier, un noyau
électromagnétique, un système de refroidissement et des traversées de connexion.
Groupe d’ auxiliaires
Figure 4 Le groupe auxiliaire est un composant auxiliaire de la turbine à gaz chargé du
stockage d’un fluide unique utilisé comme huile de lubrification, huile de
commande, huile de soulèvement et huile de virage. Ses composants principaux
sont un réservoir, des pompes, des filtres et de la tuyauterie.
Groupes de gaz et de gasoil
Figure 4 Le groupe de gaz est un composant auxiliaire de la turbine à gaz. Sa fonction est
l’alimentation du groupe de vannes de régulation en gaz. Il comprend la vanne
d’arrêt principale et le compteur de gaz.
Le groupe gasoil est un composant auxiliaire de la turbine à gaz. Sa fonction est
l’alimentation du groupe de vannes de régulation en gasoil. Il comprend la vanne
d’arrêt principale, la pompe, le filtre et le compteur de gasoil.
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Groupe eau NOx
Figure 4 Le groupe eau NOx est un composant auxiliaire de la turbine à gaz. Il est chargé
d’injecter de l’eau dans la chambre de combustion lorsque le gasoil est brûlé pour
réduire l’émission de l’oxyde d’azote polluant (NOx). Il comprend la vanne d’arrêt
principale, la pompe d’injection de l’eau et la valve d’écoulement minimal d’eau.
Groupe vannes de régulation
Figure 4 Le groupe de vannes de régulation est un composant auxiliaire comprenant les
différentes vannes de régulation hydrauliques et pneumatiques. Ce groupe est
constitué des composants de contrôle des systèmes de combustible, du système des
vannes anti pompage du compresseur, du système de combustible d’allumage, du
système d’huile motrice, du système de commande des ailettes directeur d’entrée
variable (VIGV) et du système d’eau NOx.
Groupe d’aéroréfrigérants
Figure 4 Le groupe d’aéroréfrigérant est un composant auxiliaire contenant les échangeurs
de chaleur ou aéroréfrigérants permettant de refroidir l’eau utilisée pour refroidir
l’huile de lubrification pour la turbine à gaz et l'alternateur.
Modules électriques et de commande
Figure 4 Les modules électriques et de commande sont les composants de l’équipement
d’instrumentation et de contrôle et ont la même fonction que la station de contrôle
locale de la centrale électrique. Ils contiennent les éléments suivants:
Un dispositif de démarrage statique (static starting device, SSD), également appelé
convertisseur de fréquence statique (static frequency converter, SFC)
• Des batteries et des chargeurs de batterie
• Un régulateur de tension automatique (AVR)
• Un équipement de synchronisation et de mesure
• Un équipement de protection de l'alternateur
• Une alimentation continue en énergie électrique
(uninterruptible power supply, UPS)
• Un tableau de commande auxiliaire
• Un tableau d’éclairage
• Un équipement de traitement du signal analogique et numérique
• Un équipement de contrôle et de protection automatisé Egatrol
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Local avec grue
Le local et la grue sont des composants du système auxiliaire. Le local dans lequel
se trouve le turboalternateur à gaz et qui sépare ce dernier des éléments consiste
en une structure de support en acier, un toit, des murs, un sol et des portes. La grue
facilite le levage des pièces lourdes du turboalternateur à gaz pendant les travaux
de maintenance. Les composants principaux de la grue sont une structure de
support en acier, des rails et la grue elle-même.
Arrangement de la centrale électrique
L'arrangement de la centrale électrique est illustrée dans les annexes du cours
traitant de la centrale.
Caractéristiques techniques
Les caractéristiques techniques de l’installation à turbine à gaz sont généralement
fournies pour les catégories mentionnées ci-dessous.
La puissance électrique fournie brute est la puissance électrique délivrée par
l'alternateur, mesurée au niveau des traversées de ce dernier. L’unité usuelle de la
puissance électrique fournie est le mégawatt (MW).
Le rendement brut est le quotient de la puissance électrique fournie et de la
puissance d’entrée du combustible. Ce rendement est toujours inférieur à 1 et
s’exprime en pourcentages (%). Il n’a pas d’unité.
La consonnation spécifique est la valeur inverse du rendement brut. Il
représente la quantité d’énergie calorifique nécessaire pour produire une unité
d’énergie électrique. L'unité usuelle est kJ / kWh.
La fréquence est la vitesse de répétition d’un phénomène périodique. Dans une
installation à turbine à gaz, elle s’applique au courant alternatif de l'alternateur.
L’unité usuelle de la fréquence est le Hertz (Hz).
Emissions NOx: le processus de combustion d’air et de combustible produit des
substances polluantes, appelées émissions de gaz d’échappement. Parmi ces
émissions, l’une des plus dangereuses est l’oxyde d’azote (NOx), quantifié en
parties par million (ppm).
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Résumé
Cette section explique le fonctionnement d’une installation à turbine à gaz et décrit
l’équipement nécessaire pour permettre le fonctionnement, le contrôle et la
protection des composants utilisés. Elle décrit la disposition d’une turbine à gaz
standard typique et définit les catégories dans lesquelles les caractéristiques
techniques sont généralement remplies pour une installation à turbine à gaz.
Pour vérifier que les sujets abordés ont été bien compris, reprendre la liste des
objectifs du module point par point (page 4).
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Figure 1: Principaux composants d’une installation à turbine à gaz
X B
A
B
C
E
Résean et système de distribution d'électricité
Transmission électrique et alimentation
électrique auxiliaire
Equipement d'instrumentation et de contrôle (I&C)
Système d'alimentation en combustible et
équipement d’élemination des résidus
M
S
X
Groupes de machines principaux
Systèmes auxiliaires
Machinerie lourde ne faisant pas partie
des groupes de machines principaux
Légende :
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Figure 2: Vue d’ensemble simplifiée d’une installation à turbine à gaz,
de ses composants et systèmes principaux
CSXA400183.cdr
Combustible
ChimiqueChaleur
Air
Entrées:
air
combustible
Groupegénérateur
Electrique
Disjoncteur
dugroupe
Régulateurdetension
(UNITROL)*
TurbineChambre
decombustion
Compresseur
Accouplement
Générateur
Transformateur
principal
Champdurotor
Stator
Rotor
*marquesdéposées
pourl'équipementABB
Gainescoaxiales
àhautetension
Sortie:
énergieélectrique
Sortie:
énergiemécanique
Excitatrice:
sansbalais
oustatique
Disjoncteur
duréseau
Synchronisateur
(SYNCHROTACT)
Contrôleurélectronique
delaturbineàgaz
-Séquencement
-Contrôle/régulation
-Protection(EGATROL)*
Protection
dugénérateur
(GSX/REG)
Vannesdecombustible
delaturbinedéclencheur
etcontrôle
Point
neutre
Energie
électriquevers
lesconsommateurs
Mécanique
:Alimentationenénergieélectriqueprincipale
:Signalderetour
:Signald'actionnement
:Signald'échangedesinformations
P:Puissanceélectrique
n:Vitessederotation
T:Températuredesgazd'échappement
f:Fréquence
I:Courantdifférentiel
U:Tensiondugénérateur
U:Tensiondusecteur
f:Fréquencedugénérateur
f:Fréquenceduréseau
MV:Tensionmoyenne
el
G
N
G
N
D
TEG
UG
UG
DIPel
Pel
n
f
U/fGG
nTurbine
U/fNN
Groupeturbineàgaz
MV
MV
CC
Sortie:
gaz
d'échappement
(chaleur)
GT13E2 Vue d'ensemble de la
Vue d'ensemble centrale électrique à turbine à gaz
Power Plant Training Center
CSXA220214frA Page 20
ABCD
Figure 3: Fonctionnement du turboalternateur à gaz
3 2
1
4
CSXA400475.cdr
Air
Générateur
Combustible
(huile/gaz)
Chambre
de combustion
Gaz
d'échappement
Turbine
Turbine
Chambre
de combustion
Compresseur
Air
Générateur
Combustible
(gazoil)
Gaz
d'échappement
Compresseur
GT13E2 Vue d'ensemble de la
Vue d'ensemble centrale électrique à turbine à gaz
Power Plant Training Center
CSXA220214frA Page 21
ABCD
Figure 4: Arrangement standard typique d’une turbine à gaz:
arbre simple, installation à l’ intérieur
CSXA400477.cdr
Transformateurprincipal
Systèmedevanes
antipompage
Groupethérmique
Systèmed'échappement
Groupegaz
combustible
Groupegasoil
GroupeeauNOX
Groupevannesderégulation
Groupeauxiliaire
Groupegénérateur
Modules
électriques
etdecommande
Systèmed'admissiond'air
Local
avecgrue
Grouped’aéroréfrigérant
Cheminée
d'échappement
GT13E2 Vue d'ensemble de la
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  • 1. GT13E2 Vue d'ensemble Vue d'ensemble de la centrale électrique à turbine à gaz Cours de formation ALSTOM (Switzerland) Ltd ABCD
  • 2. GT13E2 Vue d'ensemble de la Vue d'ensemble centrale électrique à turbine à gaz Power Plant Training Center CSXA220214frA Page 2 ABCD Tous droits réservés sur le présent document et les informations qu’il contient. La reproduction, l’usage ou la communication à un tiers sans autorisation expresse est strictement interdit. Copyright© ALSTOM (Switzerland) Ltd 2008 Ceci est un cours de formation. Il fournit uniquement des informations générales sur le système spécifique. Tous les réglages et valeurs mentionnés / ci-joints sont indiqués à titre informatif uniquement. Les valeurs peuvent être changées pendant la mise en service. Pour obtenir les valeurs réelles, se reporter au manuel d’instructions.
  • 3. GT13E2 Vue d'ensemble de la Vue d'ensemble centrale électrique à turbine à gaz Power Plant Training Center CSXA220214frA Page 3 ABCD Table des matières Objectifs du cours ............................................................................................................................... 4 Vue d' ensemble.................................................................................................................................. 5 Groupes de composants principaux des installations à turbine à gaz ..................................................... 6 Groupes de machines principaux (M) ................................................................................................ 6 Réseau & systèmes de distribution (A) ................................................................................................ 6 Alimentation en combustible et équipement d'élimination des résidus (E)............................................. 7 Equipement d’instrumentation et de contrôle (I&C) (C) ....................................................................... 7 Systèmes auxiliaires (S) ..................................................................................................................... 8 Machinerie lourde (X) ....................................................................................................................... 8 Description du fonctionnement............................................................................................................. 8 Turbine à gaz .................................................................................................................................. 9 Alternateur....................................................................................................................................... 9 Excitatrice ...................................................................................................................................... 10 Gaines coaxiales de l'alternateur..................................................................................................... 10 Disjoncteur du groupe.................................................................................................................... 10 Transformateur de puissance.......................................................................................................... 10 Processus de base de la turbine à gaz............................................................................................. 11 Equipement de contrôle..................................................................................................................... 11 Système de séquencement de la turbine (Egatrol)................................................................................ 11 Système de sécurité et de commande de la turbine (Egatrol)............................................................. 12 Régulateur automatique et manuel de tension (Unitrol M et D).......................................................... 12 Equipement de synchronisation (SYNCHROTACT)............................................................................ 12 Equipement de protection de l'alternateur (GSX et REG).................................................................... 12 Arrangement et équipement typique de la centrale électrique à turbine à gaz....................................... 13 Système d'admission d'air ............................................................................................................... 13 Block thermique............................................................................................................................. 13 Système des vannes anti pompage.................................................................................................. 13 Système d'échappement ................................................................................................................. 13 Cheminée d'échappement .............................................................................................................. 14 Groupe de l'alternateur .................................................................................................................. 14 Transformateur principal ................................................................................................................ 14 Groupe d’ auxiliaires...................................................................................................................... 14 Groupes de gaz et de gasoil........................................................................................................... 14 Groupe eau NOx........................................................................................................................... 15 Groupe vannes de régulation ......................................................................................................... 15 Groupe d’aéroréfrigérants.............................................................................................................. 15 Modules électriques et de commande.............................................................................................. 15 Local avec grue.............................................................................................................................. 16 Caractéristiques techniques................................................................................................................ 16 Résumé ............................................................................................................................................ 17 Figure 1: Principaux composants d’une installation à turbine à gaz...................................................... 18 Figure 2: Vue d’ensemble simplifiée d’une installation à turbine à gaz, de ses composants et systèmes principaux............................................................................ 19 Figure 3: Fonctionnement du turboalternateur à gaz........................................................................... 20 Figure 4: Arrangement standard typique d’une turbine à gaz: arbre simple, installation à l’ intérieur..... 21
  • 4. GT13E2 Vue d'ensemble de la Vue d'ensemble centrale électrique à turbine à gaz Power Plant Training Center CSXA220214frA Page 4 ABCD Objectifs du cours Une fois ce cours terminé, le stagiaire est capable de: • Nommer les 6 groupes de composants principaux d’une installation à turbine à gaz et décrire leur fonctionnement. • Tracer un diagramme simple illustrant le fonctionnement d’une installation à turbine à gaz à cycle simple et y noter tous les composants principaux. • Expliquer le fonctionnement des composants suivants d’une installation à turbine à gaz à cycle simple: • turbine à gaz • alternateur • excitatrice • Nommer les 5 parties d’une installation à turbine à gaz entretenues par des systèmes de contrôle et de protection automatisés. Expliquer la fonction de tous les systèmes de contrôle et de protection. • Tracer un diagramme illustrant les groupes principaux de la centrale électrique Alstom GT13E2 sur lequel figurent tous les groupes (les nommer) • Définir les termes suivants: • puissance électrique brute et consommation spécifique • rendement énergétique brut • fréquence
  • 5. GT13E2 Vue d'ensemble de la Vue d'ensemble centrale électrique à turbine à gaz Power Plant Training Center CSXA220214frA Page 5 ABCD Vue d' ensemble La manière la plus simple, directe et complète de définir une installation à turbine à gaz est de dire qu’il s’agit en fait d’un convertisseur d’énergie. Cela signifie qu’un type d’énergie à l'entrée est converti en une énergie de sortie utile différente. Dans l’installation à turbine à gaz, l’énergie d’alimentation est un combustible liquide et/ou gazeux et l’énergie de sortie est l’énergie électrique. Ainsi, le rôle de l’installation à turbine à gaz est de fournir de l’énergie électrique à un réseau électrique. L’énergie électrique fournie an réseau est transformée en deux catégories de base, à savoir la puissance active et la puissance réactive. • La puissance active, mesurée généralement en mégawatts (MW) est la puissance électrique fournie nécessaire au niveau du consommateur final pour commander les moteurs électriques et alimenter l’équipement d’éclairage, les réchauffeurs et d’autres types de charges. Il existe une relation directe entre la puissance active fournie et l’entrée du combustible. Cela signifie que, si le niveau du combustible entré est modifié, la puissance active fournie sera modifiée en conséquence. • La puissance réactive, parfois appelée puissance déwattée, correspond à la puissance électrique fournie nécessaire au niveau du consommateur final pour magnétiser les charges électromagnétiques comme les moteurs CA, les armatures, les redresseurs statiques de puissance, etc. Elle sert également à neutraliser la puissance réactive produite par des consommateurs capacitifs comme l’éclairage fluorescent ou dans le cas de lignes de transport d’électricité longues et de réseaux de câbles d’alimentation dans les villes. L’alimentation contrôlée en puissance réactive du réseau est une condition préalable au maintien de la tension du réseau dans des limites spécifiées, ce qui permet une transmission stable de la puissance active au niveau du réseau. Le processus de conversion d’énergie doit être efficace, sûr et fiable. • L’installation a un bon rendement lorsqu’elle produit une quantité d’énergie maximale en consommant pour cela le moins possible d’énergie. Cet objectif est atteint grâce au niveau de construction complexe de l’équipement utilisé dans les installations modernes à turbine à gaz. • L’installation est considérée comme sûre et fiable lorsqu’elle présente un risque minimal pour l’environnement et la population. Pour cela, on utilise des systèmes d’automatisation complexes qui permettent de contrôler en permanence la conversion d’énergie.
  • 6. GT13E2 Vue d'ensemble de la Vue d'ensemble centrale électrique à turbine à gaz Power Plant Training Center CSXA220214frA Page 6 ABCD Groupes de composants principaux des installations à turbine à gaz Figure 1 L’installation à turbine à gaz complète comprend tous les systèmes, composants et dispositifs nécessaires pour assurer un fonctionnement sûr et rentable de l’installation. Les composants principaux d’une installation à turbine à gaz sont illustrés sur la figure 1. Ils sont désignés par les lettres A à X sur la base du code de fonction KKS des groupes principaux A à Z. (KKS est une abréviation allemande du système de désignation des centrales électriques. Toutes les centrales électriques ALSTOM utilisent le système d’identification KKS.). Groupes de machines principaux (M) Figure 1 Les groupes de machines principaux se chargent de toutes les conversions énergétiques et constituent le noyau de la centrale électrique. Ils comprennent des groupes d'alternateurs à une ou plusieurs turbine(s) à gaz et, en raison de leur importance, ont donné leur non à la centrale électrique, à savoir installation à turbine à gaz. Réseau & systèmes de distribution (A) Figure 1 Le réseau et les systèmes de distribution permettent le raccordement électrique des groupes de machines principaux au réseau électrique, permettant ainsi le transport d’énergie à l’extérieur de l’installation. Les composants du réseau et des systèmes de distribution comprennent les éléments suivants: • Equipement de commutation couvrant les plages de 1 kV à 420 kV ou plus. • Instruments et matériel de mesure • Répartiteurs • Panneaux et armoires décentralisés • Transformateurs de puissance, etc.
  • 7. GT13E2 Vue d'ensemble de la Vue d'ensemble centrale électrique à turbine à gaz Power Plant Training Center CSXA220214frA Page 7 ABCD Alimentation en combustible et équipement d'élimination des résidus (E) Figure 1 L’alimentation en combustible et l’équipement d’élimination des résidus conservent, traitent, distribuent et fournissent l’énergie d’alimentation du combustible aux groupes de machines principaux. De plus, ils évacuent, traitent et conditionnent les résidus de combustible en vue de leur élimination. Les composants de l’alimentation en combustible liquide et de l’élimination des résidus comprennent les éléments suivants: • Equipement de dépotage (conduite y compris) • Parc de stockage • Système de pompage • Réseau de tuyauterie de distribution • Système de chauffage de l’agent • Système d’élimination des résidus Figure 1 Les composants de l’alimentation en combustible gazeux et de l’élimination des résidus comprennent les éléments suivants: • Equipement de réception (conduite y compris) • Système de séchage • Système de chauffage • Poste principal de réduction de la pression • Nettoyage mécanique et équipement de purification • Poste principal d'augmentation de la pression • Système d’élimination des résidus Equipement d’instrumentation et de contrôle (I&C) (C) Figure 1 L’équipement I&C est chargé du fonctionnement, du contrôle et de la supervision de la totalité de l’installation à turbine à gaz. L’équipement I&C comprend: • Armoires pour les verrouillages de protection • Armoires pour la commande du groupe fonctionnel • Armoires pour le conditionnement de signal binaire • Armoires pour les systèmes de signalisation • Armoires pour l’équipement de mesure et d’enregistrement • Armoires d’instrumentation et de contrôle pour les groupes de machines principaux • Armoires pour la protection du transformateur et de l'alternateur (suite page suivante)
  • 8. GT13E2 Vue d'ensemble de la Vue d'ensemble centrale électrique à turbine à gaz Power Plant Training Center CSXA220214frA Page 8 ABCD Equipement d’instrumentation et de contrôle (I&C) (C) (suite) Figure 1 • Surveillance en ligne et ordinateur de diagnostic • Salles de contrôle principales • Dispositifs de réglage locaux • Systèmes d’alarme acoustiques et optiques • Armoires pour la protection du transformateur et de l'alternateur Systèmes auxiliaires (S) Figure 1 Les systèmes auxiliaires (S) supportent la centrale électrique avec des services communs. Les principaux composants des systèmes auxiliaires sont les suivants: • Equipement de chauffage, d’aération et climatisation (HVAC) • Alimentation en air comprimé stationnaires • Systèmes de nettoyage stationnaires • Systèmes d’alimentation en gaz de soudage stationnaires • Systèmes de protection anti-feu stationnaires • Grues, vérins fixes et appareils de convoyage • Ateliers, entrepôts, équipement de laboratoire et installations pour le personnel à l’intérieur et à l’extérieur de zones contrôlées. Machinerie lourde (X) Figure 1 La machinerie lourde supporte l’installation électrique au moyen de services spécialisés comme l’alimentation en énergie électrique d’urgence. Les principaux composants de la machinerie lourde sont les suivants: • Ensemble de l'alternateur à moteur diesel de secours • Ou un ensemble de l'alternateurs à turbine à gaz d’urgence • Ou un ensemble de l'alternateurs à moteur à gaz d’urgence Description du fonctionnement Figure 2 L’alimentation en énergie électrique à partir d’une installation à turbine à gaz implique l’utilisation d’une turbine à gaz, d’un alternateur, d’une excitatrice, d’une traversée pour l'alternateur, d’un disjoncteur pour l'alternateur et d’un transformateur survolteur du l'alternateur. Le rôle de chacun de ces éléments est décrit brièvement par la suite.
  • 9. GT13E2 Vue d'ensemble de la Vue d'ensemble centrale électrique à turbine à gaz Power Plant Training Center CSXA220214frA Page 9 ABCD Turbine à gaz Figure 2 La turbine à gaz est composée de 3 éléments faisant partie du processus: un compresseur, une chambre de combustion et la turbine elle-même. La turbine convertit l’énergie chimique du combustible en énergie mécanique au niveau de l’accouplement et constitue le premier mécanisme entraînant l'alternateur. La turbine est entraînée par un gaz de combustion chaud comprimé qui fait tourner les ailettes montées sur le rotor. Le gaz de combustion passe par la turbine avant d’être déchargé dans l’atmosphère. On le désigne alors par le terme gaz d’échappement. Le gaz de combustion entraînant la turbine est fourni par la chambre de combustion qui est une enceinte fermée et pressurisée dans laquelle de l’air et un combustible gazeux ou liquide sont continuellement brûlés. L’air sous pression nécessaire pour la combustion est fourni par le compresseur, ce dernier étant entraîné par la turbine par l’intermédiaire d’un arbre commun. L’air se trouvant dans le compresseur est pressurisé grâce à l'aubage fixes et rotatif. Le débit du combustible passant dans la chambre de combustion est contrôlé par le réglage approprié des vannes de régulation qui peuvent être placées sur n’importe quelle position entre la position entièrement ouverte et entièrement fermée. Alternateur Figure 2 L'alternateur est la machine entraînée qui convertit l’énergie mécanique de la turbine en énergie électrique. Il est constitué d’une partie fixe appelée stator et d’une partie mobile appelée rotor. Ce dernier est couplé au rotor de la turbine directement. Le rotor est un aimant qui crée un champ magnétique rotatif dans la machine grâce à l’excitation de l’enroulement de champ, ce dernier étant souvent appelé l’enroulement du rotor pour faciliter la compréhension. Il est nécessaire d’ajuster l’intensité du champ magnétique en fonction de la charge électrique du l'alternateur pour maintenir la synchronisation entre l'alternateur et le réseau et pour que la tension de l'alternateur et la puissance réactive fournie à le réseau soient comprises dans des limites définies. Pour cela, un courant direct (appelé courant d’excitation) doit passer dans l’enroulement de champ du rotor. Le courant d’excitation est à son tour contrôlé par l’équipement de régulation automatique de tension (automatic voltage régulation, AVR) qui commande la tension aux bornes d'alternateur et le fluy de puissance réactive vers le réseau. (suite page suivante)
  • 10. GT13E2 Vue d'ensemble de la Vue d'ensemble centrale électrique à turbine à gaz Power Plant Training Center CSXA220214frA Page 10 ABCD Alternateur (suite) Le stator contient des enroulements fixes dans lesquels le champ magnétique rotatif induit une tension alternative. Excitatrice Figure 2 L’excitatrice fournit le courant direct (CD) pour l’enroulement du champ magnétique rotatif de l'alternateur. Deux types d’excitatrice sont utilisés, le type statique et le type sans balais. Leur fonction est la même. Gaines coaxiales de l'alternateur Figure 2 Les gaines coaxiales de l'alternateur fournissent la connexion permettant de délivrer l’énergie électrique de l'alternateur vers l’extérieur. Les gaines coaxiales sont montées sur le boîtier du stator de l'alternateur et elles reçoivent la haute tension délivrée par les enroulements du stator. Disjoncteur du groupe Figure 2 Le disjoncteur de l'alternateur représente la connexion électrique entre les traversées de l'alternateur et le transformateur survolteur. Transformateur de puissance Figure 2 Le transformateur de puissance est utilisé pour adapter la tension de sortie de l'alternateur à la tension du réseau.
  • 11. GT13E2 Vue d'ensemble de la Vue d'ensemble centrale électrique à turbine à gaz Power Plant Training Center CSXA220214frA Page 11 ABCD Processus de base de la turbine à gaz Figure 3 Le processus qui se passe dans le turboalternateur à gaz est représenté par des symboles dans la partie supérieure de la figure 3. Les différentes étapes du principe de fonctionnement du turboalternateur à gaz sont décrites ci-dessous: • De l’air est aspiré de l’atmosphère extérieure, pressurisé dans le compresseur et expulsé dans la chambre de combustion. • Le combustible et l’air sont continuellement brûlés dans la chambre de combustion et du gaz de combustion chaud et sous pression est fourni à la turbine. • Le gaz de combustion se dilate dans la turbine où il entraîne la ligne d’arbres complète composée du rotor turbine - compresseur et du rotor de l'alternateur. Le gaz est ensuite expulsé dans l'atmosphère. • L'alternateur fournit de l’énergie électrique en continu. La partie inférieure de la figure 3 représente un écorché d’un turboalternateur à gaz fonctionnant comme cela est décrit ci-dessus. La corrélation entre les symboles du processus et le turboalternateur lui-même peut ainsi être facilement constatée. Equipement de contrôle Figure 2 En plus de l’équipement de base de la centrale électrique décrit ci-dessus, un équipement de contrôle et de protection est également nécessaire pour garantir un fonctionnement correct et en toute sécurité de la centrale électrique. L’équipement de contrôle et de protection de base du turboalternateur est brièvement décrit ci- dessous. Les mots figurant entre parenthèses indiquent des marques déposées des produits Alstom Système de séquencement de la turbine (Egatrol) Figure 2 Le système d’automatisation superposé est utilisé pour démarrer, charger et stopper automatiquement l’ensemble de l'alternateur à turbine à gaz et ses dispositifs auxiliaires. Par exemple, dans le mode de démarrage, Egatrol démarre les systèmes d'huile de lubrification de connarde de lubrification, et le circuit d’huile de soulèvement, lance et accélère le turboalternateur à gaz jusqu’à la vitesse synchrone et charge l’unité à la valeur désirée. Lors de ces opérations, les limitations de protection de fonctionnement Alstom sont respectées.
  • 12. GT13E2 Vue d'ensemble de la Vue d'ensemble centrale électrique à turbine à gaz Power Plant Training Center CSXA220214frA Page 12 ABCD Système de sécurité et de commande de la turbine (Egatrol) Figure 2 Le contrôleur électronique de la turbine à gaz Egatrol permet un démarrage, un chargement et un arrêt contrôlés sur une base locale. Le fonctionnement du système est basé sur le positionnement des vannes de régulation qui contrôlent le débit de combustible dans la chambre de combustion en fonction des besoins de la puissance électrique fournie. Lorsqu’il est activé, le système de sécurité protège le turboalternateur à gaz de tout endommagement en plaçant les vannes d’arrêt principales du combustible en position fermée. Cela stoppe immédiatement l’écoulement de combustible vers la chambre de combustion et interrompt le processus de combustion, arrêtant ainsi le turboalternateur à gaz. Régulateur automatique et manuel de tension (Unitrol M et D) Figure 2 Le régulateur automatique de tension maintient la tension de sortie de l'alternateur sur une valeur constante. Il influence l’excitatrice et donc le flux de courant électrique dans les enroulements du champ magnétique. Son système de secours, le régulateur manuel de courant, joue le même rôle que le régulateur automatique de tension mais il nécessite une intervention manuelle de l’opérateur. Cette action manuelle influence ou ajuste la puissance électrique réactive fournie de l'alternateur, exprimée en voltampères réactifs (VAR). Equipement de synchronisation (SYNCHROTACT) Figure 2 Cet équipement automatisé adapte la tension de sortie, la fréquence et la phase de l'alternateur à celles du réseau. Le disjoncteur de l'alternateur se ferme lorsque la synchronisation a été effectuée. L’équipement de synchronisation interagit généralement avec Egatrol et le régulateur automatique de tension. Equipement de protection de l'alternateur (GSX et REG) Figure 2 L’équipement de protection de l'alternateur protège l'alternateur et son équipement associé des défauts d’origine électrique. Lorsque l’équipement est activé, le disjoncteur de l'alternateur est immédiatement ouvert, les vannes d’arrêt et de régulation principales sont fermées.
  • 13. GT13E2 Vue d'ensemble de la Vue d'ensemble centrale électrique à turbine à gaz Power Plant Training Center CSXA220214frA Page 13 ABCD Arrangement et équipement typique de la centrale électrique à turbine à gaz Figure 4 Le concept modulaire de l’installation à turbine à gaz permet de remplir les exigences variées des différents clients. Ainsi, une installation à l’extérieur est possible, de même qu’une installation à l’intérieur. Une installation intérieure typique d’une unité est illustrée sur la figure 4 qui montre l’équipement nécessaire pour faire fonctionner une installation à turbine à gaz. Tous les articles illustrés sur la figure sont brièvement décrits ci-dessous. Système d'admission d'air Figure 4 Le système d'admission d'air est le composant de départ dans le cycle thermique de la turbine à gaz. Son rôle est de fournir de l’air pur au compresseur. Il comprend un boîtier, des filtres et un silencieux. Block thermique Figure 4 Le est la partie centrale du cycle thermique de la turbine à gaz. Il comprend le compresseur, la chambre de combustion et la turbine. Il convertit l’énergie chimique du combustible en énergie mécanique pour entraîner l'alternateur. Système des vannes anti pompage Figure 4 Le système des vannes anti pompage comprend des vannes anti pompage, des conduits et des silencieux. Il expulse l’air en excès du compresseur pendant le démarrage et l’arrêt de la turbine à gaz, prévenant ainsi toute condition de fonctionnement dangereuse à l’intérieur du compresseur. Système d'échappement Figure 4 Le système d’échappement optimise le flux de gaz d’échappement entre la turbine et la cheminée d’échappement. Il comprend un tube cylindrique, horizontal isolé et son support.
  • 14. GT13E2 Vue d'ensemble de la Vue d'ensemble centrale électrique à turbine à gaz Power Plant Training Center CSXA220214frA Page 14 ABCD Cheminée d'échappement Figure 4 La cheminée d’échappement est le dernier composant dans le cycle thermique de la turbine à gaz. Elle comprend un support de base, un tube cylindrique, vertical et isolé ainsi qu’un silencieux. La cheminée guide le gaz d'échappement vers l'atmosphère. Groupe de l'alternateur Figure 4 Le groupe alternateur est le composant principal de la partie électrique de l’installation à turbine à gaz. Ses composants principaux sont l'alternateur et l’excitatrice. Il convertit l’énergie mécanique du groupe thermique en énergie électrique. Transformateur principal Figure 4 Le transformateur principal ou de puissance est le composant central du réseau et des systèmes de distribution. Il adapte la tension de sortie de l'alternateur à la tension du réseau et établit la connexion électrique entre ces deux éléments. Il comprend un boîtier, un noyau électromagnétique, un système de refroidissement et des traversées de connexion. Groupe d’ auxiliaires Figure 4 Le groupe auxiliaire est un composant auxiliaire de la turbine à gaz chargé du stockage d’un fluide unique utilisé comme huile de lubrification, huile de commande, huile de soulèvement et huile de virage. Ses composants principaux sont un réservoir, des pompes, des filtres et de la tuyauterie. Groupes de gaz et de gasoil Figure 4 Le groupe de gaz est un composant auxiliaire de la turbine à gaz. Sa fonction est l’alimentation du groupe de vannes de régulation en gaz. Il comprend la vanne d’arrêt principale et le compteur de gaz. Le groupe gasoil est un composant auxiliaire de la turbine à gaz. Sa fonction est l’alimentation du groupe de vannes de régulation en gasoil. Il comprend la vanne d’arrêt principale, la pompe, le filtre et le compteur de gasoil.
  • 15. GT13E2 Vue d'ensemble de la Vue d'ensemble centrale électrique à turbine à gaz Power Plant Training Center CSXA220214frA Page 15 ABCD Groupe eau NOx Figure 4 Le groupe eau NOx est un composant auxiliaire de la turbine à gaz. Il est chargé d’injecter de l’eau dans la chambre de combustion lorsque le gasoil est brûlé pour réduire l’émission de l’oxyde d’azote polluant (NOx). Il comprend la vanne d’arrêt principale, la pompe d’injection de l’eau et la valve d’écoulement minimal d’eau. Groupe vannes de régulation Figure 4 Le groupe de vannes de régulation est un composant auxiliaire comprenant les différentes vannes de régulation hydrauliques et pneumatiques. Ce groupe est constitué des composants de contrôle des systèmes de combustible, du système des vannes anti pompage du compresseur, du système de combustible d’allumage, du système d’huile motrice, du système de commande des ailettes directeur d’entrée variable (VIGV) et du système d’eau NOx. Groupe d’aéroréfrigérants Figure 4 Le groupe d’aéroréfrigérant est un composant auxiliaire contenant les échangeurs de chaleur ou aéroréfrigérants permettant de refroidir l’eau utilisée pour refroidir l’huile de lubrification pour la turbine à gaz et l'alternateur. Modules électriques et de commande Figure 4 Les modules électriques et de commande sont les composants de l’équipement d’instrumentation et de contrôle et ont la même fonction que la station de contrôle locale de la centrale électrique. Ils contiennent les éléments suivants: Un dispositif de démarrage statique (static starting device, SSD), également appelé convertisseur de fréquence statique (static frequency converter, SFC) • Des batteries et des chargeurs de batterie • Un régulateur de tension automatique (AVR) • Un équipement de synchronisation et de mesure • Un équipement de protection de l'alternateur • Une alimentation continue en énergie électrique (uninterruptible power supply, UPS) • Un tableau de commande auxiliaire • Un tableau d’éclairage • Un équipement de traitement du signal analogique et numérique • Un équipement de contrôle et de protection automatisé Egatrol
  • 16. GT13E2 Vue d'ensemble de la Vue d'ensemble centrale électrique à turbine à gaz Power Plant Training Center CSXA220214frA Page 16 ABCD Local avec grue Le local et la grue sont des composants du système auxiliaire. Le local dans lequel se trouve le turboalternateur à gaz et qui sépare ce dernier des éléments consiste en une structure de support en acier, un toit, des murs, un sol et des portes. La grue facilite le levage des pièces lourdes du turboalternateur à gaz pendant les travaux de maintenance. Les composants principaux de la grue sont une structure de support en acier, des rails et la grue elle-même. Arrangement de la centrale électrique L'arrangement de la centrale électrique est illustrée dans les annexes du cours traitant de la centrale. Caractéristiques techniques Les caractéristiques techniques de l’installation à turbine à gaz sont généralement fournies pour les catégories mentionnées ci-dessous. La puissance électrique fournie brute est la puissance électrique délivrée par l'alternateur, mesurée au niveau des traversées de ce dernier. L’unité usuelle de la puissance électrique fournie est le mégawatt (MW). Le rendement brut est le quotient de la puissance électrique fournie et de la puissance d’entrée du combustible. Ce rendement est toujours inférieur à 1 et s’exprime en pourcentages (%). Il n’a pas d’unité. La consonnation spécifique est la valeur inverse du rendement brut. Il représente la quantité d’énergie calorifique nécessaire pour produire une unité d’énergie électrique. L'unité usuelle est kJ / kWh. La fréquence est la vitesse de répétition d’un phénomène périodique. Dans une installation à turbine à gaz, elle s’applique au courant alternatif de l'alternateur. L’unité usuelle de la fréquence est le Hertz (Hz). Emissions NOx: le processus de combustion d’air et de combustible produit des substances polluantes, appelées émissions de gaz d’échappement. Parmi ces émissions, l’une des plus dangereuses est l’oxyde d’azote (NOx), quantifié en parties par million (ppm).
  • 17. GT13E2 Vue d'ensemble de la Vue d'ensemble centrale électrique à turbine à gaz Power Plant Training Center CSXA220214frA Page 17 ABCD Résumé Cette section explique le fonctionnement d’une installation à turbine à gaz et décrit l’équipement nécessaire pour permettre le fonctionnement, le contrôle et la protection des composants utilisés. Elle décrit la disposition d’une turbine à gaz standard typique et définit les catégories dans lesquelles les caractéristiques techniques sont généralement remplies pour une installation à turbine à gaz. Pour vérifier que les sujets abordés ont été bien compris, reprendre la liste des objectifs du module point par point (page 4).
  • 18. GT13E2 Vue d'ensemble de la Vue d'ensemble centrale électrique à turbine à gaz Power Plant Training Center CSXA220214frA Page 18 ABCD Figure 1: Principaux composants d’une installation à turbine à gaz X B A B C E Résean et système de distribution d'électricité Transmission électrique et alimentation électrique auxiliaire Equipement d'instrumentation et de contrôle (I&C) Système d'alimentation en combustible et équipement d’élemination des résidus M S X Groupes de machines principaux Systèmes auxiliaires Machinerie lourde ne faisant pas partie des groupes de machines principaux Légende : CSXA401903.cdr
  • 19. GT13E2 Vue d'ensemble de la Vue d'ensemble centrale électrique à turbine à gaz Power Plant Training Center CSXA220214frA Page 19 ABCD Figure 2: Vue d’ensemble simplifiée d’une installation à turbine à gaz, de ses composants et systèmes principaux CSXA400183.cdr Combustible ChimiqueChaleur Air Entrées: air combustible Groupegénérateur Electrique Disjoncteur dugroupe Régulateurdetension (UNITROL)* TurbineChambre decombustion Compresseur Accouplement Générateur Transformateur principal Champdurotor Stator Rotor *marquesdéposées pourl'équipementABB Gainescoaxiales àhautetension Sortie: énergieélectrique Sortie: énergiemécanique Excitatrice: sansbalais oustatique Disjoncteur duréseau Synchronisateur (SYNCHROTACT) Contrôleurélectronique delaturbineàgaz -Séquencement -Contrôle/régulation -Protection(EGATROL)* Protection dugénérateur (GSX/REG) Vannesdecombustible delaturbinedéclencheur etcontrôle Point neutre Energie électriquevers lesconsommateurs Mécanique :Alimentationenénergieélectriqueprincipale :Signalderetour :Signald'actionnement :Signald'échangedesinformations P:Puissanceélectrique n:Vitessederotation T:Températuredesgazd'échappement f:Fréquence I:Courantdifférentiel U:Tensiondugénérateur U:Tensiondusecteur f:Fréquencedugénérateur f:Fréquenceduréseau MV:Tensionmoyenne el G N G N D TEG UG UG DIPel Pel n f U/fGG nTurbine U/fNN Groupeturbineàgaz MV MV CC Sortie: gaz d'échappement (chaleur)
  • 20. GT13E2 Vue d'ensemble de la Vue d'ensemble centrale électrique à turbine à gaz Power Plant Training Center CSXA220214frA Page 20 ABCD Figure 3: Fonctionnement du turboalternateur à gaz 3 2 1 4 CSXA400475.cdr Air Générateur Combustible (huile/gaz) Chambre de combustion Gaz d'échappement Turbine Turbine Chambre de combustion Compresseur Air Générateur Combustible (gazoil) Gaz d'échappement Compresseur
  • 21. GT13E2 Vue d'ensemble de la Vue d'ensemble centrale électrique à turbine à gaz Power Plant Training Center CSXA220214frA Page 21 ABCD Figure 4: Arrangement standard typique d’une turbine à gaz: arbre simple, installation à l’ intérieur CSXA400477.cdr Transformateurprincipal Systèmedevanes antipompage Groupethérmique Systèmed'échappement Groupegaz combustible Groupegasoil GroupeeauNOX Groupevannesderégulation Groupeauxiliaire Groupegénérateur Modules électriques etdecommande Systèmed'admissiond'air Local avecgrue Grouped’aéroréfrigérant Cheminée d'échappement
  • 22. GT13E2 Vue d'ensemble de la Vue d'ensemble centrale électrique à turbine à gaz Power Plant Training Center CSXA220214frA Page 22 ABCD Page blanche