1

SOMMAIRE

Introduction ______________________________________________________P3

1.Etude de lArmoire SPEEDTRONIC Mark V

1.1/SPEEDTRONIC et son environnement ___________________________P3

1.2 /Dfinition et Configuration des noyaux _________________________ P4

1.3/Description des modules

1.3.1/Modules de commande ______________________________________P6

1.3.2/Modules de communication___________________________________P6

1.3.3/Module de protection ________________________________________P6

1.4/Systme de protection

1.4.1/Principe de protection _______________________________________P7

1.4.2/Squence de rgulation TMR _________________________________P8

1.5 /Fonctions du systme commande ______________________________P9

1.6/Principe de protections programmes _________________________P9

2

2.Boucle de rgulation temprature dchappement

2.1/moniteur de combustion __________________________________________P10

2.2 /Conception du systme __________________________________________P11

2.3/Spcification des anomalies ______________________________________P15

CONCLUSION ______________________________________________________P17

3

Introduction :

SPEEDTRONIC Mark V est un systme de rgulation de turbine entirement programmable, destin rpondre aux besoins actuels de l'industrie de production d'lectricit lis au comportement dynamique complexe des turbines gaz et vapeur. Ce systme de rgulation d'une grande souplesse d'emploi assure une rgulation, un contrle et une protection d'avant-garde.

Ceci permet aux oprateurs un accs immdiat toutes les fonctions de rgulation principales, et leur offre des possibilits de contrle compltes, ainsi que de nombreux dispositifs incorpors protgeant automatiquement le turbo- gnrateur de diverses conditions de fonctionnement anormales, comme la survitesse, le dfaut d'huile et la surchauffe.

1.Etude de lArmoire SPEEDTRONIC Mark V

1.1/SPEEDTRONIC et son environnement :

Le systme Mark V est en liaison avec la turbine et ses auxiliaires, le systme de commande central

(DCS), linterface oprateur et laffichage auxiliaire comme le montre la figure suivante :

Turbine et ses auxiliaires

Speedtronic Mark V

Programme (CSP)

Interfaces d entres / sorties

Interface oprateur

DCS

Liaison ArcNet

Liaison ModBus

Commandes cbles

Cblage dentres/sorties

Cblage interne

Affichage auxiliaire

Figure1 : Liaisons SPEEDTRONIC

Les liaisons de type informatique sont les suivantes :

ArcNet

C'est le rseau de communication entre un (ou plusieurs) PC d'interface et le communicateur du

Mark V.Ce rseau permet la communication rapide (cble coaxial) et le transfert de tout signal connu

du Mark V.

4

Modbus

C'est le rseau de communication entre un (ou plusieurs) PC d'interface et un systme de commande

central (DCS). Ce rseau est lent (liaison srie) est ne permet la transmission que de certains signaux

qui ont t slectionns l'ors de la configuration de la centrale.

IONet

C'est un rseau interne un ordinateur. Il permet la transmission de signaux entre le

microprocesseur principal et les cartes d'interface dportes dans d'autres modules.

DENet

C'est le rseau qui permet l'change de donnes entre ordinateurs afin d'assurer les votes et

transmission d'ordre.

C R S T D

I

DCS

DENet (change de donnes entre ordinateurs)

ArcNet (liaison coax rapide

tous signaux)

CD QD1 QD2

P

IONets (communication

entres/sorties interne un ordinateur)

Figure2 : Communications informatiques

1.2/Dfinition et Configuration des noyaux :

S R C

T P PD

QD2 QD1 CD

Les noyaux(cores) du systme Mark V :

Modules de commande ; et

Modules de communication et/ou

Module de protection Entres/Sorties numriques

Distribution de puissance

Figure3 :Implantation des modules

5

Figure 4:Image sur le champ des modules

Pour assurer un bon fonctionnement et une protection totale, La turbine gaz et ses auxiliaires sont

tous relis aux noyaux de larmoire de commande qui sont classifis selon leurs nature dans la figure

suivante :

C R

S

T

TG et auxiliaires

CD

QDx P

paramtres critiques

paramtres non

critiques logiques

analogiques

logiques

analogiques

scurits

Figure 5 :Connexion des capteurs

6

1.3/Description des modules

1.3.1/Modules de commande :

Les contrleurs identiques, , et , d'une configuration TMR du systme Mark V effectuent

tous les algorithmes de rgulation critiques, fonctions de protection et squencements. Ils

acquirent galement les donnes ncessaires la production des sorties destines la turbine. Les

sorties de protection sont achemines par le module , comprenant les triples processeurs

redondants X, Y et Z, qui assurent galement une protection indpendante pour certaines fonctions

critiques comme la survitesse.

1.3.2/Modules de communication :

Le contrleur constitue l'interface des E/S non critiques et sans dclenchement et assure

l'interface de maintenance de l'oprateur, par l'intermdiaire de deux ports ARCNET. Toutes les

commandes et tous les contrles de l'oprateur s'effectuent partir de cette interface, ainsi que

toutes les fonctions de maintenance, y compris la modification des constantes de rgulation, l'dition

du logiciel d'application, la modification de l'affectation des E/S et l'dition des affichages. Le

traitement des communications s'effectue dans un systme d'exploitation multitche en temps rel.

Les communications entre les diffrents contrleurs s'effectuent sur des liaisons ARCNET rapides.

1.3.3/Module de protection :

Trois capteurs de vitesse sont raccords aux sections X, Y et Z pour la protection d'urgence contre les

survitesses. Si on le dsire, ceci remplace le plongeur de survitesse mcanique traditionnel.

Le module de protection, , assure un second niveau de protection des fonctions critiques. Il

contient trois jeux de cartes identiques (X, Y et Z), comportant chacun sa propre alimentation et son

propre processeur. Ils fournissent des circuits de commande de relais et des relais spars pour

chacun des contrleurs , et , avant leur mise en interface avec les solnodes de

dclenchement hydraulique. Le module assure galement des fonctions de dtection de flamme

et de synchronisation automatique.

Figure 6 :Configuration TMR de larmoire

7

1.4/Systme de protection

1.4.1/Principe de protection :

Le systme de commande de turbines gaz SPEEDTRONIC Mark V fait appel aux technologies les plus

rcentes, notamment trois contrleurs redondants base de microprocesseurs 16 bits, vote deux sur

trois des paramtres critiques de rgulation et de protection et tolrance aux dfauts implmente

par logiciel (SIFT: Software Implemented Fault Tolerance). Les capteurs de rgulation et de

protection critiques sont triples et vots par l'ensemble des trois contrleurs.

Pour une fiabilit maximale de la protection et du fonctionnement, les signaux de sortie du systme

sont vots physiquement pour les lectrovannes de dclenchement, au niveau logique pour les

autres sorties et au niveau des vannes de rgulation trois bobines pour les signaux de rgulation

analogiques.

Un module de protection indpendant assure une fonction cble de dclenchement par survitesse

et dtection flamme. Ce mme module contribue la synchronisation entre le turbo-alternateur et le

rseau client. La synchronisation est autorise par une fonction implante dans les trois contrleurs.

Figure 7 :Schma de contrle

8

Comme le montre le figure ci-dessus, la votation logicielle ne se passe pas dans les modules ,

et et sera excute directement dans les modules de protection , et dans les cas

critiques suivants :

o Manque de flamme.

o Protection contre les survitesses (si la vitesse dpasse de 10% la valeur de vitesse maximale

qui 3300 tr/min dans notre cas.

o Synchronisation du gnrateur avec le rseau.

1.4.2/Squence de rgulation TMR :

On va dfinir ensuite la squence de rgulation TMR du systme MARK 5 qui consiste aux tapes

suivantes :

o Lecture des entres travers les modules dentre/sortie.

o Echange des donnes entre les trois contrleurs.

o Votation logicielle des modules , et .

o Excution du code.

o Signal de sortie qui peut tre une alarme, un dclenchement etc

Figure 8 :Squence de rgulation

1.5 /FONCTIONS DU SYSTEME DE COMMANDE :

Le systme SPEEDTRONIC de commande des turbines gaz ralise les fonctions:

o rgulation du dbit de combustible et d'air

o contrle des rejets atmosphriques

o commande squentielle du combustible et des auxiliaires de la turbine pour le dmarrage,

o l'arrt et le refroidissement,

9

o synchronisation et adaptation de la tension de l'alternateur et surveillance du systme pour

toutes les fonctions concernant la turbine,

o la rgulation et les auxiliaires,

o protection en cas de fonctionnement dangereux.

1.6/Principe de protections programmes :

Des signaux spcifiques sont lorigine de la protection de la turbine.

L4 est le signal principal (calcul par le CSP) des protections programmes.

L'tat logique L4 = 1 indique que la turbine est autorise dmarrer ou rester en marche.

L'tat logique L4 = 0 maintient le groupe l'arrt ou provoque son dclenchement.

Ce circuit fonctionne comme une bascule avec un signal d'armement (L4S) et 2 signaux de reset (L4T

et L94T).

Figure 9 :Circuit de protection

Figure 10 :Diagramme des dclenchements et enclenchements

10

L4S correspond l'ordre de marche et toutes les scurits enclencher (permissifs de dmarrage).

La remise "0" du signal L4 se fait par les circuits suivants :

o L4T (ordre de dclenchement provenant des protections).

o L94T (ordre d'arrt normal).

2.Boucle de rgulation temprature dchappement 2.1/moniteur de combustion : La premire fonction du moniteur de combustion est de rduire le risque de dommages

considrables au niveau de la turbine gaz si le systme de combustion est dtrior.

Le moniteur assure tout cela en examinant les thermocouples lis la temprature dchappement

et les thermocouples lis la temprature de dcharge du compresseur.

Daprs les changements que peuvent tre interprts au niveau des relevs des thermocouples, il

peut y avoir des alertes et des signaux de protection gnrs par le logiciel du moniteur de

combustion conduisant mme un alarme et/ou arrt de la turbine (TRIP).

On peux dduire que le faite de dtecter des anomalies dans le systme de combustion est li un

mlange incomplet des gaz passant travers la turbine. Ceci peut tre du un manque du carburant

ou de la flamme dans le systme de combustion, une rupture dans les pices de transition ou autres

dfaillances.

2.2 /Conception du systme :

Dpendamment du modle de la turbine gaz , il peut y avoir de 13 jusqu 31 thermocouples de

temprature dchappement, dans notre cas on a 24 thermocouples de lordre de 8 thermocouples

pour chacun des modules , et et ceci de faon redondante par exemple TC1 pour ;

TC2 pour ; TC3 pour ;TC4 pour etc.

Le programme de contrle commande de la temprature dans lit les valeurs de temprature

dchappement au niveau des thermocouples et les tri du plus grand au plus petit.

Les contrleurs contiennent une srie de programmes pour rsoudre les problmes contrle.

Le programme principal permet danalyser les valeurs de lecture des thermocouples et faire les

dcisions appropris. Ces valeurs seront tris et leur sortie TTXD2 est utilise par le moniteur de

combustion. Pour chaque ensemble de lectures, ces valeurs seront calculs :

La temprature dchappement mdiane.

Le gradient permis (allowable spread ).

Deux ensembles des rapports de gradients sont calculs et compars des valeurs spcifiques des

limites de temprature dchappement pour dterminer si des conditions dalarme et darrt sont

prsentes.

Ci-dessous on a une prsentation schmatique du moniteur de combustion :

11

Figure 11 :Fonction algorithmique schmatique du moniteur de combustion

A .Paramtres principaux de rglage A.1/Gradient permis (Allowable spread ou S Allow) : TTXSPL prsente le gradient permis et se calcule comme la somme du gradient permis nominal et le

bias donc :

A.2/Gradient permis nominal (nominal allowable spread) : Il reprsente ltat rgulier du gradient limite. Il varie entre les limites TTKSPL7 et

TTKSPL6,normalement entre 30 et 125degrs F.

A.3/le facteur BIAS : Cest facteur ajout au gradient nominal permis, il compte laugmentation temporaire des gradients

actuels lors des priodes des tapes transitoires.

Cest une valeur de temprature qui varie ventuellement entre 0 et 200 degrs F pendant une

priode constante comme lindique la courbe ci-dessous :

Allowable Spread (TTXSPL) = A nominal allowable spread + Bias

12

Figure 12 :Evolution de la temprature dans les tapes transitoires

Avec :

TTKSPL8 (100-200) degrs F

K2SPMB2 et TTKSPL9 sont des temps la premire variable et la deuxime constante.

Les conditions de transition qui amnent le Bias atteindre 200 degrs F sont :

Le transfert du carburant(fuel).

Dmarrage et arrt de la turbine.

changement rapide du FSR(fuel stroke reference).

B/Conditions dalarme et darrt(TRIP) : La figure suivante explique de faon claire ces conditions

Figure 13:Les gradients limites des tempratures dchappement

Et on dfinit par analogie les paramtres suivants :

13

S1(TTXSP1)=Le plus chaud thermocouple Le plus froid thermocouple

S2(TTXSP2)= Le plus chaud thermocouple Le second plus froid thermocouple

S3(TTXSP3)= Le plus chaud thermocouple Le troisime plus froid thermocouple

********************TRIP conditions**********************

L30SPT

---(S1>TTXSPL) et (S2> 0.8* TTXSPL) et (le plus froid et le second plus froid thermocouples sont

adjacents).

-----(S1>( 5*TTXSPL_Z1) et (S2> 0.8*TTXSPL) et (le second plus froid et le troisime plus froid

thermocouples sont adjacents).

-----(S3> 0.8*TTXSPL).

Notons que larrt sera produit aprs une temporisation de K30SPT.

****************Conditions dalarmes***********************

L30SPA

---Si (S1>TTXSPL) ou (S3>TTXSPL) alors lalarme se dclenche avec le message derreur suivant

trouble de combustion jusqu la correction de lerreur.

L30SPTA

---Si (S1> 5*TTXSPL_Z1) alors se dclenche aussi un alarme avec le message derreur suivant trouble

de thermocouples

L83SPM

La fonction de protection du moniteur de combustion est active lorsque la turbine est au-dessus de

L14HS et le maitre protecteur(master protective) L4 est activ aussi.

De ce faite le rle de la permission de L83SPM est dviter des actions fausses durant les phases de

conditionnement de vitesse .

Lauxiliaire L83SPMX est de poursuivre la protection pendant la phase o la turbine passe de ltat

darrt ltat jusqu ltat o la turbine est au-dessous de L14HS.

On inspecte les dfauts possibles au sein de lquipe de maintenance suivant la liste dalarmes que

montre le logiciel.De suite, on est charg de la correction et la rparation de ces erreurs ou

dfaillances.

Voici un exemple rel de description de liste dalarmes :

14

Figure 14 :Exemple dune liste dalarmes

2.3/Spcification des anomalies :

La premire fonction du moniteur de combustion est de rduire le risque de grave dommages au

niveau de la turbine gaz si le systme de combustion est dtrior.

Cette fonction dtecte les anomalies de la temprature de combustion et ceci par le biais des

thermocouples dchappement. Cette fonction est active lorsque avec lactivation de L4 et ceci au-

dessus de la vitesse doprations L14HS.

La turbulence durant les phases de dmarrage/arrt empche lutilisation des algorithmes pour

dtecter les anomalies de combustion. Il est important que chacun des thermocouples soit dans un

bon tat de fonctionnement.

Le moniteur de combustion peut indiquer les problmes suivants :

Au niveau du systme de combustion :

o ligne endommag

o pices de transition endommags

o Tubes de passage de flamme chauds.

Systme de carburant(FUEL) :

o rupture de la ligne du carburant liquide/gaz

o problmes des valves

o carburant liquide dans les chambres de gaz

o pompage rate du carburant

Avec :

DROP# :Numro dordre de lalarme

SIGNAL NAME :Nom du signal qui commande cette alarme

ALARM TEXT :Message affich sur lcran dalarme si le signal ltat 1

15

Injecteurs de carburant :

o rosion des injecteurs de carburant(fuel)

Systme dair datomisation :

o rupture au niveau de la ligne dair datomisation

o dfaut de systme de purge

o Dfaut du compresseur dair datomisation etc

16

CONCLUSION :

Durant ce stage, jai eu loccasion dassister des

applications de quelques thories et de maitriser le travail de maintenance et dexploitation dans la centrale Turbine Gaz de

la Goulette II.

En effet, le travail de contrle et commande de la turbine gaz est indispensable pour la protection du matriel et de lentourage humain. Dans ce cadre, ltude de larmoire de commande MARK 5 ma permis denrichir mes connaissances au niveau de lautomatisme et de la rgulation tout en ayant lesprit de concevoir dautres moyens plus simples.

17