Analyse de la fiabilité et directives de conception des systèmes d'alimentation auxiliaire CA BT

Introduction

Les systèmes auxiliaires CA BT assurent l'alimentation en électricité des équipements annexes, tels que les systèmes d'alimentation en charbon pulvérisé, les ventilateurs, les pompes de lubrification, les pompes étanches pour alternateurs refroidis à l'hydrogène, les dispositifs de protection, etc. Ces équipements contribuent au bon fonctionnement des équipements primaires que sont les chaudières, les alternateurs, les valves de conversion et les transformateurs de puissance. Leur fonctionnement sûr et fiable est vital dans les activités de production, transport et distribution de l'électricité.

Pour obtenir un système d'alimentation auxiliaire fiable, il faut suivre une approche globale. La structure du système, le choix des équipements, les conditions d'alimentation des charges, l'exploitation et la maintenance du système, sont des éléments critiques qu'il faut prendre en compte pour obtenir un service sûr et fiable du système d'alimentation auxiliaire. Ce sont les principaux points examinés dans la BT.

Objectifs des travaux

L'objectif principal du GT était d'étudier, et de proposer, des directives de conception couvrant la configuration, l'exploitation et la maintenance des systèmes d'alimentation auxiliaire des postes, des stations de conversion, des  tunnels pour câbles et des centrales de production. La BT présente les spécifications importantes se rapportant à la conception du système, aux choix des équipements, et également à son exploitation et à sa maintenance.

Description de la BT

Le développement des réseaux électriques partout dans monde, accompagné d'une utilisation de plus en plus forte d'automatisation, d'électronique de puissance et de réseaux intelligents (smart grids), se traduit par un renforcement jamais vu du besoin de systèmes d'alimentation auxiliaire fiables et surs. Cependant les aspects de détail de la conception des systèmes d'alimentation auxiliaire n'ont jusqu'ici retenu que peu d'attention, et une recherche systématique sur le sujet est nécessaire. Les systèmes d'alimentation auxiliaire se caractérisent par des réseaux compliqués, des charges variées et des circuits très distribués, et ils connaissent, partout dans le monde, des problèmes tels que des capacités inadaptées, des architectures mal conçues, une coordination inappropriée des protections, et une surveillance insuffisante.   

Dans la BT on présente, dans les différents chapitres, les grandes lignes des spécifications des systèmes d'alimentation auxiliaire, sûrs et fiables, des centrales de production, des postes et des stations de conversion. Les centrales de production thermique requièrent la conception  des systèmes d'alimentation auxiliaire la plus compliquée, du fait de leur structure complexe et de leur nombre élevé d'équipements auxiliaires dispersés sur une grande surface. Un effort important a été consacré à classer les différents types de charge et leurs exigences particulières en alimentation électrique, à comparer les avantages des différentes sources d'alimentation auxiliaire et leurs utilisations combinées, et à analyser les circuits de distribution aux charges. Il est ainsi possible pour le lecteur d'avoir une vue complète du système d'alimentation auxiliaire à basse tension (LV APS) des centrales thermiques, et de mieux comprendre les systèmes mis en œuvre dans d'autres sites, tels que les postes et les stations de conversion. La sélection des équipements et la configuration sont une partie incontournable du travail de conception. En tenant compte des dernières évolutions technologiques et des équipements les plus récents des APS BT, la BT présente dans les grandes lignes les principes, et les spécifications régissant la sélection des équipements tels que les disjoncteurs, les armoires de distribution, et les câbles, pour une réalisation d'un système fiable plaçant la précaution au premier plan.

Au cours de ses travaux le GT B3.42 a examiné systématiquement les normes CEI concernant le sujet, qui portent majoritairement sur les équipements, plutôt que sur les systèmes qui les intègrent, et ils partagent leurs points de vue sur le point actuel de la normalisation des APS BT, en espérant que leurs travaux conduiront à une compréhension plus approfondie du système.

Structure de la BT

La BT comporte les sections suivantes: (1) Vue d'ensemble, (2) Conception des systèmes d'alimentation auxiliaire CA BT dans les centrales de production, (3) Conception des systèmes d'alimentation auxiliaire CA BT dans les postes et stations de conversion, (4) Equipements principaux des systèmes d'alimentation auxiliaire CA BT, (5) Analyse des fiabilité des APS, (6) Analyse de la normalisation des systèmes d'alimentation auxiliaire CA BT.

Conception des systèmes d'alimentation auxiliaire CA BT

L'utilisation des systèmes d'alimentation auxiliaire CA BT varie d'un pays à un autre ou d'une région à une autre. Aux Etats-Unis la tension du système peut être choisie dans une large gamme incluant 120 V, 208 V, 230 V, 240 V, 277 V, 347 V, 480 V et 600 V, en utilisant, selon le cas, des réseaux à 2, 3 ou 4 conducteurs, là où des transformateurs à couplage triangle-triangle, ou couplage triangle-étoile, ou couplage étoile-étoile ou couplage triangle ouvert-triangle ouvert sont employés. En Grande-Bretagne, les systèmes d'alimentation auxiliaires CA BT sont principalement des systèmes 380/220 V à 4 conducteurs. En Chine les systèmes d'alimentation auxiliaire CA BT sont des systèmes monophasés à 220 V ou des systèmes triphasés à 380/220 V avec des transformateurs auxiliaires à couplage triangle-étoile, et des générateurs diesel constituent la source de secours dans les centrales électriques. Les systèmes d'alimentation auxiliaire utilisés dans les centrales thermiques sont différents de ceux utilisés dans les centrales hydrauliques, et très fortement différents de ceux des postes et des stations de conversion ^[1]. Les classes de tension des APS CA sont présentées dans le Tableau 1.

La configuration des systèmes d'alimentation auxiliaire CA BT doit être adaptée à la capacité installée et aux modes d'exploitation des centrales de production. Elle doit satisfaire les besoins des auxiliaires CA BT dans les différents modes d'exploitation de la centrale de production. Pour assurer la fiabilité du service des auxiliaires CA BT, les sources des systèmes auxiliaires CA BT sont classées en source normale d'alimentation auxiliaire, en source d'alimentation auxiliaire de réserve, en source d'alimentation auxiliaire de secours et en en source garantie, comme montré sur la Figure 1.

Le raccordement à des systèmes d'alimentation auxiliaire CA BT, ou le mode d'alimentation des charges des systèmes d'alimentation auxiliaire CA BT est défini par la classe de tension choisie, de l'origine de la source d'alimentation et de la conception des systèmes d'alimentation auxiliaire CA BT. Le schéma de connexion typique est le schéma  de connexion  "Source de Puissance-Centre de Contrôle de Moteur", qu'on appelle PC-MCC" et il est présenté sur la Figure 2. Ce schéma qui est caractérisé par un câblage simple et des appareillages fiables peut assurer une bonne fiabilité de service. Le PC est constitué d'un bus unique, à plusieurs sections, qui sont chacune alimentée par deux sources: transformateur auxiliaire #1 et transformateur auxiliaire BT #3. #1 assure l'alimentation en régime normal et #3 est réserve sur la section du bus. Pour des équipements de forte puissance l'énergie peut être fournie par deux bus PC ou deux sections d'un même bus. Ce type de raccordement est très courant dans les centrales thermiques de 125 à 300 MW.

Pour la conception des systèmes d'alimentation auxiliaire CA BT des postes et des stations de conversion, les sujets et les exigences sont semblables à ceux traités pour les centrales électriques. Dans un poste la classe de tension est aussi la même que celle utilisée pour la distribution BT pour les usages industriels ou civils. Dans les stations de conversion le volume des équipements auxiliaires BT est plus élevé que dans les postes, la station de conversion occupant une plus grande surface. Un réseau de distribution radial à deux niveau est donc adopté, qui est le même que celui utilisé pour les centrales. ^[2]

Résumé et conclusion

La BT constitue pour le lecteur un guide très complet de conception, d'installation, d'exploitation et de maintenance des systèmes d'alimentation auxiliaire CA BT, et il est espéré qu'elle deviendra un ouvrage de référence pour ceux qui souhaitent mieux comprendre le sujet des systèmes d'alimentation auxiliaire.

Les auteurs ont fait l'effort de compiler des informations intéressantes issues de sources disparates, et il en est ressorti qu'il y avait sur le sujet un manque de directives, comme cela avait été constaté pour la BT 777. Ceci justifie la mise en place du GT B3.42 qui a produit la BT.

Le dernier point à souligner est la relative pauvreté en information sur le sujet des systèmes d'alimentation auxiliaire. Une des conclusions importantes de la BT est qu'il existe un besoin d'un effort commun des organismes de normalisation pour produire des orientations basiques sur la conception et l'exploitation de ces systèmes critiques. Dans l'attente, on peut utiliser ce document, et son homologue sur les systèmes d'alimentation auxiliaire CC BT, pour trouver des informations sur les meilleures pratiques et autres éléments de référence.