<B>Procédé de stabilisation du fonctionnement d'une installation hydroélectrique</B> et dispositif permettant la mise en oeuvre dudit procédé. Une des caractéristiques essentielles du fonctionnement d'une installation hvdro- Électrique est que toute diminution de débit absorbé par la turbine provoque une augmen tation de la pression à laquelle la turbine est soumise et que toute augmentation du débit absorbé provoque une diminution de ladite pression.
Cette caractéristique est tout à fait générale, que le système d'alimentation de la turbine comporte ou non une chambre d'équi libre, qu'il soit constitué par une conduite forcée ou un canal à libre écoulement et que l'installation considérée soit équipée d'une ou plusieurs turbines.
Par ailleurs, lorsque le générateur accou plé à la turbine est appelé à pourvoir à une charge consommée de valeur constante, plus exactement indépendante de toute grandeur intéressant le ré@,@la@#e: ouverture du vannage de la turbine, pression à laquelle la turbine est soumise, vitesse du groupe, etc., le réglage du groupe tend à maintenir la puissance mo trice de la turbine à la même valeur constante. Cette condition, qui correspond à l'égalité des couples moteur et résistant, permet en effet le maintien de la vitesse de rotation du groupe à sa valeur de consigne, ce qui est précisément. le but du réglage.
Pour pouvoir maintenir la puissance mo- trice à une valeur constante, le réglage du groupe doit entièrement compenser, par une diminution de débit absorbé par la turbine, toute augmentation de pression à laquelle celle-ci est soumise et, par une augmentation de débit, toute diminution de pression.
Les sens de ces variations de débit et de pression sont les mêmes que ceux qiû résul tent de la caractéristique rappelée plais haut. Autrement dit: si, du fait du réglage, une augmentation de pression appelle une diminution de débit, cette diminution de débit provoque, du fait de ladite caractéristique, une augmentation de pression, si, du fait du réglage, une diminution de pression appelle une augmentation de débit, cette augmentation de débit provoque, du fait de ladite caractéristique, une diminution de pression.
Il peut en résulter que le jeii du réglage entretienne, voire amplifie, les variations de débit et de pression, c'est-à-dire rende le fonc tionnement de l'installation instable.
Lorsque la charge consommée, à laquelle le générateur accouplé à la turbine doit pour voir, peut au contraire être moditiée en fonc tion d'une des grandeurs intéressant le-réglage, la puissance motrice n'a plus à être maintenue constante, elle peut varier comme la charge consommée.
En donnant aux variations de la charge consommée le sens convenable, le ré glage du groupe n'a à compenser que partiel lement et non entièrement. par une diminu- tion de débit toute augmentation de pression et par une augmentation de débit toute dimi nution de pression.
Cette réduction, par rap- port aux variations de pression, de l'impor tance des variations de débit, réduction qui entraîne celle de la réaction desdites varia tions de débit, sous forme de variations de pression, est éminemment favorable à, la stabilité du fonctionnement de l'installa tion et doit être considérée comme un moyen de stabilisation extrêmement efficace.
Un des procédés de stabilisation connus utilisant les considérations ci-dessus rappe lées est le couplage du groupe (ou des grou pes) de l'installation en question avec d'autres groupes d'installations étrangères, par elles- mêmes stables. Grâce à leur marche en paral lèle et. à leurs lois de statisme: vitésse-ouver- ture, l'ouverture du vannage de la turbine du groupe considéré et l'ouverture du vannage des turbines des autres groupes sont liées. Elles augmentent ou diminuent simultané ment.
De ce fait, même si la charge consom mée demeure de valeur constante, c'est-à-dire même si la puissance motrice de l'ensemble des groupes doit au total demeurer constante, la charge à laquelle le groupe considéré doit pourvoir et en-conséquence sa puissance mo trice peuvent ne phis rester constantes. Les autres groupes participent, en effet, au main tien, à une valeur constante, de la charge et de la puissance motrice totales et permettent à la charge à laquelle le groupé considéré doit pourvoir de varier sous la dépendance (le l'ouverture du vannage de sa turbine.
Cette variation est telle que le réglage du groupe considéré n'a à compenser que partiellement, par une modification de débit, les variations de la pression à laquelle sa turbine est sou mise.. Il n'est toutefois pas toujours possible d'utiliser ce procédé de stabilisation qui lait appel à d'autres groupes que celui (ou ceux) de l'installation en question.
Un autre procédé de stabilisation connu consiste à modifier la charge à laquelle le groupe considéré doit pourvoir en rendant, par une loi de statisme permanent ou tempo raire, la vitesse de consigne fonction de l'ou verture .du vannage de la turbine. Si, comme c'est généralement le cas, la valeur de la charge est sensible à la fréquence de tension alternative qui lui est appliquée, c'est-à-dire à. la vitesse de rotation du groupe, la valeur de ladite charge consommée est ainsi mise. par l'intermédiaire de la vitesse, sous la dé pendance d'une des grandeurs intéressant le réglage: l'ouverture du vannage.
Ce procédé exige que la charge soit sensible à la fré quence et que les appareils de consomruation puissent s'accommoder d'une fréquence va riable.
Un autre procédé de stabilisation connu consiste à agir sur la charge consommée à partir d'un détecteur de la pression 1. mano mètre ou flotteur) à laquelle la turbine est soumise. La valeur de cette charge est ainsi mise sous la dépendance d'une autre lgraT- fleur intéressant le réglage: la pression. Ce procédé exige l'emploi d'un détecteur spécial et souvent d'une télétransmission de ses indi cations jusqu'aux abords du groupe considéré.
La. présente invention a pour objet un procédé de stabilisation du fonctionnement d'une installation comprenant au moins une turbine hydraulique, un générateur électri que, un réseau d'utilisation de l'énergie pro duite, un régulateur de vitesse et un servo moteur de manoeuvre du vannage de la tur bine:
Ce procédé se distingue des procédés connus par. le lait que la charge consommée par une partie au moins du réseau est suscep- tible d'être influencée par ledit servomoteur en agissant. sur au moins une des grandeurs déterminant la valeur de ladite charge, en plus de l'influence dudit servomoteur sur la valeur de consigne de la vitesse de rotation du générateur.
L'invention a aussi pour objet un disposi tif de stabilisation d u fonctionnement d'une installation, permettant la mise en oeuvre du procédé indiqué ci-dessus, l'installation com prenant au moins une turbine hydraulique, un générateur électrique, un réseau d'utilisa tion de l'énergie produite, un régulateur de vitesse et un servomoteur de manoeuvr e du vannage de la turbine.
Ce dispositif est. caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens permettant d'in fluencer la charge consommée par une partie au moins du réseau en faisant agir le servo moteur sur au moins une des grandeurs dé terminant la valeur de ladite charge en plus de l'influence dudit servomoteur sur la. va leur de consigne de la vitesse de rotation du générateur.
Les fig. 1 et. 2 du dessin annexé représen tent, sous forme de schémas et à titre d'exem ples, deux formes d'exécution du dispositif permettant. la mise en #unre du procédé selon l'invention.
Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 1, l'installation hydroélectrique dont il s'agit de stabiliser le fonctionnement com prend une turbine 1 entraînant un généra teur 2 excité par une excitatrice principale 3 qui est excitée à son tour par une excitatrice pilote 4 par l'intermédiaire d'un régulateur de tension 5. Un régleur < le vitesse 6 com mande, par l'intermédiaire d'un tiroir de dis tribution 7, le déplacement du piston 8 d'un servomoteur 9 qui manoeuvre le vannage 10 de la turbine 1. Une tige 11. articulée à un levier 12 réalise l'asservissement. de la vitesse de consigne du groupe à la position du piston 8 du servomoteur 9.
Cet asservissement peut être permanent, temporaire ou ne point exis ter du tout. Un dispositif de changement de vitesse est prévu. Ce dispositif est figuré en 13 sur le dessin.
Le dispositif de stabilisation comprend un mécanisme à relaxation qui peut être formé, par exemple, d'un dash-pot 14 dont le piston 15, percé d'un orifice 24, est solidaire d'un ressort de rappel 16 par l'intermédiaire d'une tige 17. Le levier 12 commande le cylindre du dash-pot 14, et la tige 17, solidaire du piston 15, est articulée à un bras 18 qui actionne la touche mobile d'un potentiomètre 19. Celui-ci agit, par l'intermédiaire du régu lateur de tension 5, sur la tension de consigne du générateur 2. Enfin, un rhéostat 20 per met de changer à la main ladite tension de consigne. .
Ainsi, dans une telle installation, lorsque le servomoteur 9 commande sous l'action du régleur 6 la fermeture du vannage 10 de la. turbine 1 (dans le sens de la flèche F), le levier 12, sous la dépendance de la course du piston 8, pousse le cylindre du dash-pot 14, dont le piston 15 entraîne contre l'action du ressort 16 la touche mobile du potentiomètre 19. Ce déplacement de la touche mobile pro voque une augmentation de la tension de con signe et, par conséquent, une augmentation de la charge du réseau.
Inversement, quand le -servo-moteur 9 commande l'ouverture du vannage 10 de la turbine 1, la tension de consigne diminue ainsi que la charge du ré seau. Du fait de la présence du dash-pot 14, l'action soit dans un sens, soit dans l'autre du dispositif de stabilisation n'est que tem poraire. Quand le nouveau régime permanent sera rétabli, la valeur de consigne de ladite tension sera revenue à sa valeur initiale sous l'effet du ressort de rappel 16.
En lieu et place d'un dash-pot, on pour rait faire intervenir tout autre dispositif à relaxation tel qu'un dispositif hydraulique, pneumatique, électrique ou magnétique.
En variante, le réglage de la tension d'ali- rnentation du réseau pourrait aussi se faire toujours par l'excitation de l'alternateur, mais au moyen d'une ;seule excitatrice, ou en core en agissant sur le transformateur de liai son entre le générateur et le réseau.
Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 2, les organes numérotés de 1 à 17 de l'installation hydroélectrique sont identiques à ceux portant les mêmes chiffres de réfé rence à la fig. 1. Toutefois, dans cette seconde forme d'exécution, la variation de puissance consommée est obtenue en agissant sur le courant absorbé par le réseau. A cet effet, le dispositif de stabilisation comprend une résis tance hydraulique -variable 21 alimentée par le réseau. L'équipage mobile 22 de cette ré sistance hydraulique est relié à un levier 23 articulé lui-même à, la tige 17 solidaire du piston 15 du dash-pot 14.
L a tension du ré seau est maintenue à amie certaine valeur de consigne par le régulateur de tension 5.
Avec cette seconde forme d'executiori du dispositif de stabilisation, lorsque le servo moteur 9 commande sous l'action du régleur 6 la fermeture du vannage 10 de la turbine 1 (dans le sens de la flèche F), le levier 12, sous la dépendance de la course du piston 8, pousse le cylindre du dasli-pot 14 dont. le pis ton 15 commande, contre L'action du ressort de rappel 16, une descente des électrodes de la résistance hydraulique 21.
Ainsi, la résis tance ohmique diminue et 1e courant qui tra verse la résistance 21 augmente, ce qui en- traîne également une augmentation de -la charge du réseau.
Inversement, quand le vannage 10 de la turbine ouvre, le courant absorbé par le ré seau- diminue ainsi que la charge dudit ré seau-.
Il est bien entendu qu'en lieu et place dune résistance hydraulique, on peut utiliser n'importe quel dispositif permettant de faire varier la puissance absorbée par le réseau.
De plus, il serait possible de. prévoir un dispositif de stabilisation agissant, d'une part, sur le courant et, d'autre part, sur la tension du réseau d'alimentation.
En variante de la première ainsi que de la seconde forme d'exécution représentée, un mécanisme pourrait être prévu pour que le servomoteur 9 n'agisse que sur la charge con sommée par une partie au moins du réseau. Un mécanisme pourrait également être prévu pour que l'action du servomoteur 9 soit li mitée en importance.
A titre d'exemple, ce mécanisme pourrait comprendre deux butées destinées à limiter les mouvements axiaux de la tige 17 â l'am plitude maximum pour laquelle le dispositif. de stabilisation est encore susceptible de.fonc- tionner.
En résumé, le procédé décrit ci-dessus con siste -à laisser augmenter légèrement la puis sance consommée quand le vannage de la tur bine ferme, afin que ce mouvement de ferme- turc soit moins. important 'Que cèlui qui aurait lieu si la puissance restait. constante.
Inverse ment, il consiste à laisser diminuer légère ment la puissance conson-mïée quand le van nage de la turbine ouvre, afin que ce mouve ment d'ouverture soit moins important que celui-qui aurait lien si la puissance consom mée restait constante.
Il s'agit donc d'un asservissement de la. puissance consonnliée à la manoeuvre chi vannage de la turbine. De préférence, cet asservissement est glissant , de manière à assurer automatiquement le re tour au réglage à puissance constante.
Ainsi, dans une installation hydroélectri que munie d'an dispositif de stabilisation fonctionnant selon le procédé décrit ci-dessus, il n'est pas nécessaire de faire appel à un dé tecteur spécial, la mesure de ].'ouverture du vannage ne nécessitant ni appareil particu lier, ni télétransmission. En outre, le procédé est applicable, indépendamment de toute loi de statisme, c'est-à-dire même avec un réglage isodrome correspondant à une valeur cons tante de la vitesse et de la fréquence de con signe.
<B> Method for stabilizing the operation of a hydroelectric installation </B> and device allowing the implementation of said method. One of the essential characteristics of the operation of a hydroelectric installation is that any reduction in the flow rate absorbed by the turbine causes an increase in the pressure to which the turbine is subjected and that any increase in the flow rate absorbed causes a decrease in said pressure.
This characteristic is quite general, whether or not the turbine supply system includes a free equilibrium chamber, whether it is constituted by a penstock or a free-flowing channel and whether the installation in question is equipped. one or more turbines.
Moreover, when the generator coupled to the turbine is called upon to provide a consumed load of constant value, more exactly independent of any magnitude affecting the re @, @ la @ # e: opening of the valve of the turbine, pressure at which the turbine is subjected, speed of the group, etc., the setting of the group tends to keep the engine power of the turbine at the same constant value. This condition, which corresponds to the equality of the motor and resistive torques, in fact makes it possible to maintain the rotation speed of the group at its set value, which is precisely. the purpose of the adjustment.
In order to be able to maintain the motor power at a constant value, the setting of the unit must fully compensate, by a reduction in flow absorbed by the turbine, any increase in pressure to which it is subjected and, by an increase in flow, any decrease in pressure.
The directions of these variations in flow and pressure are the same as those resulting from the characteristic mentioned above. In other words: if, due to the adjustment, an increase in pressure calls for a reduction in flow, this reduction in flow causes, because of said characteristic, an increase in pressure, if, due to the adjustment, a decrease in pressure calls for a increase in flow, this increase in flow causes, because of said characteristic, a decrease in pressure.
The result may be that adjusting the adjustment maintains, or even amplifies, the flow and pressure variations, that is to say, making the operation of the installation unstable.
When the load consumed, to which the generator coupled to the turbine must in order to see, can on the contrary be modified as a function of one of the quantities relevant to the adjustment, the motive power no longer has to be kept constant, it can vary as the load consumed.
By giving the variations in the load consumed the appropriate meaning, the group adjustment only has to compensate partially and not entirely. by a decrease in flow rate any increase in pressure and by an increase in flow rate any decrease in pressure.
This reduction, in relation to the pressure variations, of the magnitude of the flow rate variations, a reduction which entails that of the reaction of said flow rate variations, in the form of pressure variations, is eminently favorable to the stability of the flow. operation of the installation and should be regarded as an extremely effective means of stabilization.
One of the known stabilization methods using the above-mentioned considerations is the coupling of the group (or groups) of the installation in question with other groups of foreign installations, which are themselves stable. Thanks to their parallel walking and. to their statism laws: speed-opening, the opening of the valve of the turbine of the group considered and the opening of the valve of the turbines of the other groups are linked. They increase or decrease simultaneously.
Therefore, even if the load consumed remains of constant value, that is to say even if the motive power of all the groups must in total remain constant, the load which the group considered must provide and - consequently, its driving power may not remain constant. The other groups participate, in fact, in maintaining, at a constant value, the total load and motive power and allow the load at which the group considered must be provided to vary depending on (the opening of the valve of its turbine.
This variation is such that the adjustment of the group considered only has to partially compensate, by a change in flow, the variations in the pressure to which its turbine is subjected. However, it is not always possible to use this. stabilization process which calls for groups other than that (or those) of the installation in question.
Another known stabilization process consists in modifying the load to which the group in question must provide by making, by a permanent or temporary droop law, the setpoint speed a function of the opening .du valve of the turbine. If, as is generally the case, the value of the load is sensitive to the frequency of the alternating voltage applied to it, that is to say to. the speed of rotation of the group, the value of said load consumed is thus set. via the speed, depending on one of the quantities relevant to the adjustment: the opening of the valve.
This method requires that the load be frequency sensitive and that the consuming devices can accommodate a variable frequency.
Another known stabilization process consists in acting on the load consumed from a pressure detector (1. manometer or float) to which the turbine is subjected. The value of this load is thus made dependent on another lgraT-flower relevant to the adjustment: the pressure. This process requires the use of a special detector and often a remote transmission of its indications to the outskirts of the group in question.
The present invention relates to a method for stabilizing the operation of an installation comprising at least one hydraulic turbine, an electric generator, a network for using the energy produced, a speed regulator and a servo motor. turbine winnowing operation:
This process differs from known processes by. milk that the load consumed by at least part of the network is liable to be influenced by said servomotor while acting. on at least one of the quantities determining the value of said load, in addition to the influence of said servomotor on the setpoint value of the speed of rotation of the generator.
The subject of the invention is also a device for stabilizing the operation of an installation, allowing the implementation of the method indicated above, the installation comprising at least one hydraulic turbine, an electric generator, a network of use of the energy produced, a speed regulator and a servomotor to operate the valve of the turbine.
This device is. characterized in that it comprises means making it possible to influence the load consumed by at least part of the network by causing the servo motor to act on at least one of the quantities determining the value of said load in addition to the influence of said servomotor on the. the value of the generator rotation speed.
Figs. 1 and. 2 of the appended drawing shows, in the form of diagrams and by way of examples, two embodiments of the device allowing. the implementation of the method according to the invention.
In the embodiment shown in FIG. 1, the hydroelectric installation whose operation is to be stabilized comprises a turbine 1 driving a generator 2 excited by a main exciter 3 which is in turn excited by a pilot exciter 4 via a regulator voltage 5. An adjuster <speed 6 controls, via a distribution spool 7, the displacement of the piston 8 of a servomotor 9 which operates the valve 10 of the turbine 1. A rod 11. articulated to a lever 12 performs the control. from the set speed of the unit to the position of piston 8 of servomotor 9.
This enslavement can be permanent, temporary or not exist at all. A gear change device is provided. This device is shown at 13 in the drawing.
The stabilization device comprises a relaxation mechanism which can be formed, for example, of a dash-pot 14 whose piston 15, pierced with an orifice 24, is secured to a return spring 16 by means of 'a rod 17. The lever 12 controls the cylinder of the dash-pot 14, and the rod 17, integral with the piston 15, is articulated to an arm 18 which actuates the movable key of a potentiometer 19. The latter acts, by via the voltage regulator 5, on the setpoint voltage of the generator 2. Finally, a rheostat 20 enables said setpoint voltage to be changed manually. .
Thus, in such an installation, when the servomotor 9 controls under the action of the adjuster 6 the closing of the valve 10 of the. turbine 1 (in the direction of arrow F), lever 12, depending on the stroke of piston 8, pushes the cylinder of dash-pot 14, whose piston 15 drives against the action of spring 16 the movable button of potentiometer 19. This movement of the movable button causes an increase in the setpoint voltage and, consequently, an increase in the network load.
Conversely, when the servomotor 9 controls the opening of the valve 10 of the turbine 1, the setpoint voltage decreases as does the network load. Due to the presence of the dash-pot 14, the action either in one direction or in the other of the stabilization device is only temporary. When the new permanent regime is restored, the setpoint value of said voltage will have returned to its initial value under the effect of the return spring 16.
Instead of a dash-pot, we could use any other relaxation device such as a hydraulic, pneumatic, electric or magnetic device.
As a variant, the regulation of the supply voltage of the network could also always be done by excitation of the alternator, but by means of a single exciter, or even by acting on the transformer of its link. between the generator and the grid.
In the embodiment shown in FIG. 2, the components numbered 1 to 17 of the hydroelectric installation are identical to those bearing the same reference numbers in fig. 1. However, in this second embodiment, the variation in power consumed is obtained by acting on the current absorbed by the network. To this end, the stabilization device comprises a variable hydraulic resistor 21 supplied by the network. The mobile assembly 22 of this hydraulic resistance is connected to a lever 23 itself articulated to the rod 17 integral with the piston 15 of the dash-pot 14.
Mains voltage is maintained at a certain set point by voltage regulator 5.
With this second form of execution of the stabilization device, when the servo motor 9 controls under the action of the adjuster 6 the closing of the valve 10 of the turbine 1 (in the direction of arrow F), the lever 12, under the dependence on the stroke of the piston 8, pushes the cylinder of the dasli-pot 14 of which. the udder 15 controls, against the action of the return spring 16, a descent of the electrodes of the hydraulic resistance 21.
Thus, the ohmic resistance decreases and the current flowing through the resistance 21 increases, which also results in an increase in the load on the network.
Conversely, when the valve 10 of the turbine opens, the current absorbed by the network decreases as well as the load of said network.
It is understood that instead of a hydraulic resistance, any device can be used which makes it possible to vary the power absorbed by the network.
In addition, it would be possible to. provide a stabilization device acting, on the one hand, on the current and, on the other hand, on the voltage of the supply network.
As a variant of the first as well as of the second embodiment shown, a mechanism could be provided so that the servomotor 9 acts only on the load consumed by at least part of the network. A mechanism could also be provided so that the action of the booster 9 is limited in importance.
By way of example, this mechanism could comprise two stops intended to limit the axial movements of the rod 17 at the maximum amplitude for which the device. stabilization is still likely to work.
In summary, the process described above consists in letting the power consumed increase slightly when the winnowing of the turbine closes, so that this closing movement is less. important 'What would happen if the power remained. constant.
Conversely, it consists in letting the consumed power decrease slightly when the turbine valve opens, so that this opening movement is less important than that which would be linked if the power consumed remained constant.
It is therefore a slavery of the. power consonnlée to the chi vane operation of the turbine. Preferably, this servo-control is sliding, so as to automatically ensure the return to constant power adjustment.
Thus, in a hydroelectric installation provided with a stabilization device operating according to the method described above, it is not necessary to use a special detector, the measurement of the opening of the valve requiring neither special device, or remote transmission. In addition, the method is applicable, independently of any statism law, that is to say even with an isodromic adjustment corresponding to a constant value of the speed and the frequency of reference.