Brevet FR2782806A1 — publié le 20000303

SYSTEME D'ESSAI DU RELAIS DE PROTECTION DE LA MASSE DU STATOR D'UN ALTERNATEUR D'UNE UNITE DE PRODUCTION D'ELECTRICITE DESCRIPTION Domaine de l'invention Le domaine de l'invention est celui des unités de production d'électricité, telles que les unités nucléaires, utilisant un alternateur en aval de la turbine. L'invention concerne le relais de protection de la masse du stator de cet alternateur et, plus particulièrement, le système d'essai qui est utilisé pour tester régulièrement ce relais de protection. Art antérieur et problème posé Dans le cadre de la procédure d'entretien et de contrôle de sécurité d'une unité de production d'électricité, après chaque arrêt annuel de la tranche pour rechargement de combustible, il est prévu de tester la protection de la masse du stator de l'alternateur avant le couplage de l'ensemble du groupe de la tranche. En référence à la figure unique, une unité de production nucléaire est composée principalement, en aval du réacteur, d'une turbine 1 oroduisant l'énergie mécanique à partir de la vapeur issue du réacteur, d'un alternateur 2 entraîné par la turbine 1 et d'un transformateur 3 pour produire le courant àa distribuer aux utilisateurs. Un relais 4 es: installé sur une ligne de fuites 5 de la masse du stator de l'alternateur 2 dans le but de contrôler les fuites de la masse du stator. Le relais 4, s'il est déclenché, est destiné à arrêter l'excitation de l'alternateur, à couper l'alimentation aux clients et à couper l'alimentation en vapeur de la turbine 1. Cet essai consiste, en fait, à créer un courant de fuites entre une phase de l'alternateur et la terre, représentatif d'une dégradation de l'isolement électrique de l'alternateur. Une telle sollicitation, de cette protection, doit provoquer, dans un premier temps, le découplage de l'alternateur du réseau de distribution, c'est-à-dire un ilotage. Si ce défaut n'est pas éliminé, on provoque alors la cessation de l'excitation de l'alternateur et le déclenchement de la turbine. En résumé, cet essai permet de vérifier la valeur du seuil d'activation de la protection, ainsi que sa capacité à être opérable. Une procédure d'essai d'un tel relais 4 usuellement utilisée consiste à poser, c'est-à-dire à installer, un défaut dans l'armoire d'excitation de l'alternateur 2, en l'occurrence, un câble électrique de mise à la terre AA (art antérieur) d'une des phases de la sortie du stator. On procède ensuite à la mise en rotation du groupe turboalternateur au régime nominal. Cette montée en vitesse nécessite plusieurs heures. Ensuite, on procède à l'excitation de l'alternateur 2. Le système de protection de la rasse du stator de l'alternateur 2 surveille donr en oermanence l'excitation de l'alternateur 2 e: le fonctionnement général du groupe. On procède ensuite au test lui-mme, en connectant à la terre une des phases 7 de 1'1alternateur 2 par un câble De mise à la terre AA. Théoriquement, le relais 4 de la protection de masse stator doit alors agir et déconnecter l'excitation de l'alternateur 2 et stopper le fonctionnement général de l'unité de production. Une fois ce test terminé, il est impératif de déposer, c'est-à-dire d'enlever le défaut, en l'occurrence le câble de mise à la terre AA installé à la sortie du stator de l'alternateur 2. Pour ceci, il est nécessaire d'attendre l'arrêt complet de l'alternateur 2 pour effectuer cette opération. Le groupe est ensuite relancé en vue d'un couplage et du fonctionnement général de l'unité de production. Plusieurs heures sont donc nécessaires, la durée pouvant aller jusqu'à douze heures sur une unité du parc nucléaire de l'ELECTRICITE DE FRANCE. De plus, d'autres désavantages et inconvénients sont inhérents à cette procédure. En effet, l'ensemble du groupe turbine 1 - alternateur 2 est étudié pour pouvoir tourner à 1 500 tours par minute. Le comportement vibratoire de cet ensemble n'est donc pas adapté aux autres vitesses. Le fait de lancer et d'arrêter ce groupe rotatif, composé de l'alternateur 2 et de la turbine 1, de faire passer cet ensemble par des vitesses, o certains éléments peuvent entrer en vibrations. De plus, les bagues et les systèmes d'étanchéité ne sont pas conçus pour tourner à des vitesses faibles, mais bien à une vitesse de l'ordre de 1 500 tours par minute. Enr. effet, il peut s'ensuivre une détérioration partielle de ces éléments, à très faible vitesse. Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en proposant une autre procédure et, en conséquence, un autre système de cest du relais de protection de la masse du stator d'un tel alternateur 2. Résumé de l'invention A cet effet, l'objet principal de l'invention est un système d'essai du relais de protection de la masse du stator de l'alternateur d'une unité de production d'électricité. Ce système comprend: - une ligne de défaut connectée, d'une part, à une phase du circuit de masse du stator et, d'autre part, à la terre; - un sectionneur placé sur la ligne de défaut; - un moyen de commande du sectionneur; et - des moyens de contrôle du relais de protection de la masse du stator de l'alternateur. Dans sa réalisation préférentielle, le sectionneur est du type à rupture brusque motorisé. Dans ce cas, il est préférable que ce sectionneur à rupture brusque motorisé possède une alimentation électrique et une commande séparées et une rallonge spécifique amovible. Il est avantageux de rajouter un fusible sur ia ligne de défaut. Dans sa mise en oeuvre Dréférentielle, le système a ses moyens cde co.mde du sectionneur placés sur l'armoire d'excitation de i'alternateur. Description détaillée de l'invention Le concept général du système selon l'invention va quelque peu à l'encontre des préjugés de l'homme du métier qui est chargé d'effectuer des tests ponctuels et relativement rares sur des installations électromécaniques de très grande échelle, telles que les unités nucléaires de production, dans des conditions et vis-à- vis de normes de sécurité tout à fait spéciales. En effet, selon l'invention, on prévoit d'installer lors de la construction de l'unité de production et à demeure sur celle-ci, en particulier dans les installations électriques de commande de l'alternateur, la plus grande partie des moyens nécessaires pour effectuer le test. En effet, il était au préalable prévu de ne laisser aucune installation secondaire, accessoire, et non indispensable au fonctionnement de l'unité de production, en permanence sur celle-ci. Au contraire, dans le cas présent, on laisse en permanence presque la totalité de ces moyens. En se reportant à l'unique figure, on constate que le test est effectué par un matériel qui se situe géographiquement, en grande partie, au niveau de l'armoire électrique 10, située sous l'alternateur 2 et dans laquelle on effectue la mesure de tension électrique aux bornes de l'alternateur 2 necessaire à la régulation de tension ou d'excitation de celui-ci. Le choix géographiaue d? l'installation du système n'est pas primordial. Toutefois, il s'avère cohérent et très pratique de l'installer au niveau de ce:te armoire électrique 10 destinée à Dilocer la ension de l'alternateur. La ligne de défaut 8 est donc connectée à la sortie de l'alternateur 2 et, plus précisément, sur une des phases 7, alimentant le transformateur 3. Au niveau de l'armoire électrique 10, on place un fusible 13, de préférence à haute tension, sur cette ligne de défaut 8, juste en amont du sectionneur 11. Ce dernier est, de préférence, du type sectionneur à rupture brusque, motorisé, du type unipolaire, tel que le sectionneur, référencé 24 640 A, 17,5 kW, 400 A, équipé d'une motorisation du type CA 66, du constructeur CDCEM A. Le sectionneur 11 est connecté, d'autre part, à la terre. Par une liaison électrique de commande 16 du sectionneur 11, on commande donc ce dernier par une alimentation électrique séparée des autres. Un relais 12 est placé sur cette liaison électrique de commande 16 du sectionneur 11. On complète cette liaison de commande 16 par une rallonge spécifique amovible 15 qui n'est pas placée en permanence dans l'armoire électrique 10. Cette rallonge spécifique amovible 15 est donc placée uniquement au moment o le test doit être effectué. Un boîtier de commande 14 est placé en regard de l'emplacement o doit être branchée la rallonge spécifique amovible 15. On précise cu'un degré d'inaccessibilité à ces éléments, notamment au boîtier de commande 14 est prévu. A cet effet, des systèmes de codes et de clés sont installés à l'avance pour limiter au minimum les risques de connexion intem-estive du système, en plus du caractère amovible de la rallonce spécifique amovible amovible 15. On pense, en articlier, à une clé d'autorisation d'essai au niveau du boîtier de commande 14. On peut prévoir également cue les deux extrémités de la rallonge spécifique 15 soit des prises femelles d'un modèle très peu courant. Le déroulement d'un essai, au moyen du système selon l'invention, peut être le suivant. 1) Le sectionneur 11 est fermé avant l'essai. 2) L'ensemble tournant constitué par la ligne d'arbres composée des parties tournantes de la turbine 1 et de l'alternateur 2 est en rotation et l'excitation de l'alternateur est lancée, de même que l'activation des protections de la masse du stator de l'alternateur 2. 3) On maintient de l'ensemble tournant à la vitesse de rotation de 1 500 tours par minute. 4) On place la rallonge spécifique amovible 15 dans l'armoire électrique 10. ) On reçoit l'autorisation de manoeuvre du sectionneur 11 sur le boîtier de commande 14 avec une clé d'autorisation ou de verrouillage. 6) On ferme le sectionneur 11. 7) On constate les effets du test. 8) On ouvre le sectionneur 11, on enlève la rallonge spécifique amovible 15 et on verrouille le boitier de commande 14. 9) On poursuit les opérations de démarrage de l'unité de production. Cet essai ne dure que quelques minutes, au lieu de plusieurs heures, dans le cas de la procédure énoncée au début de la présente demande de brevet. Ce svstème évite des régimes transitsires pénalisant l'ensemble tournant turbine-alternateur. On précise que toutes les règles de sécurité et normes spécifiques à l'ensemble l'unité de production telle qu'une tranche nucléaire sont respectées. Compte tenu du coût très réduit de l'ensemble de ce matériel, ce dernier est amorti après le premier essai. REVENDICATIONS 1. Système d'essai du relais de protection (4) de la masse du stator d'un alternateur (2) d'une unité de production d'électricité, comprenant: - une ligne de défaut (8) connectée, d'une part, à une phase (7) du circuit de masse du stator de l'alternateur (2) et, d'autre part, à la terre; - un sectionneur (11) placé sur la ligne de défaut (8); - des moyens de commande du sectionneur (11); et - des moyens de contrôle du relais de protection (4) de la masse du stator de l'alternateur (2). 2. Système d'essai selon la revendication 1, caractérisé en ce que le sectionneur (11) est un sectionneur à rupture brusque motorisé. 3. Système d'essai selon la revendication 2, caractérisé en ce que le sectionneur à rupture brusque motorisé possède une alimentation électrique et une commande séparées (12, 14, 16) et une rallonge spécifique amovible (15). 4. Système d'essai selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un fusible à haute tension (13) placé sur la ligne de défaut (8" 5. Système d'essai selon la revendication 1, caractérisé en ce cue les movens de c.mmande du sectionneur (11) sont placés sur et l'intérieur d'une armoire électrique (10) d'excitation de l'alternateur (2).