Thèse Diagnostic de défauts et analyse thermique des rotors des grandes machines par mesure du bruit et du champ magnétique de dispersion

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Présentation de l'entreprise

EDF
Le groupe EDF, un des leaders sur le marché de l’énergie en Europe, est un énergéticien intégré, présent sur l’ensemble des métiers : la production, le transport, la distribution, le négoce et la vente d’énergies. Premier producteur d’électricité en Europe, le Groupe dispose en France de moyens de production essentiellement nucléaires et hydrauliques fournissant à 95,9 % une électricité sans émission de CO2. En France, ses filiales de transport et de distribution d'électricité exploitent 1 285 000 km de lignes électriques aériennes et souterraines de moyenne et basse tension et de l’ordre de 100 000 km de réseaux à haute et très haute tension. Le Groupe participe à la fourniture d’énergies et de services à près de 28,6 millions de clients en France. Par la qualité de ses équipes, ses capacités de R&D, son savoir-faire d'ingénierie et d'exploitation d'unités de production et de réseaux, par ses offres d'efficacité énergétique, il apporte des solutions compétitives pour concilier durablement développement économique et protection du climat. Outre son implantation européenne, le Groupe est également un opérateur industriel en Asie et aux États-Unis. Il est reconnu comme une référence mondiale du service public de l'énergie.
Nombre de poste à pourvoir: 
1

Contexte du travail:

Malgré une politique volontariste, engagée depuis cinq ans, se traduisant par un programme conséquent en terme de rénovation, force est de constater que les alternateurs contribuent pour une  part importante aux indisponibilités des tranches.Ainsi, parmi les avaries majeures récemment observées, nous notons un nombre relativement important de masse-rotors tant dans le thermique à flamme que dans le nucléaire, mais également une suspicion de courtcircuit inter-spires rotoriques sur l'un des alternateurs du parc nucléaire. En outre, le parc hydraulique n'est pas épargné non plus, avec récemment une fusion du cercle amortisseur sur l'un de ses alternateurs de 20MVA.De fait, on conçoit aisément l’importance de surveiller et de diagnostiquer les défauts, particulièrement au rotor.Malgré ce constat, nous nous heurtons à des difficultés pour instrumenter les alternateurs : d'un côté,l'aspect onéreux de l’installation d'une instrumentation spécifique adaptée aux fortes tensions et courants élevés et de l'autre côté, l'obligation d'attendre que les machines soient en révision décennale pour effectuer cette instrumentation. A titre d'exemple, dans le parc nucléaire, dix ans ont été nécessaires pour doter l'ensemble du parc de sondes de flux d'entrefer. De plus, le suivi de certains paramètres comme la température du rotor requiert des équipements qu’il est nécessaire d’implanter au coeur de la machine, a posteriori de la mise en fonctionnement de la machine, si ledit dispositif n’a pas été prévu dès la conception de la machine. Pour y pallier, EDF R&D a tenté vainement d'installer, à titre expérimental, un capteur non invasif de température SAWsur un alternateur de l'hydraulique. La R&D n'est pas parvenue à vaincre les réticentes des exploitants (risque de perte d'exploitation de l'alternateur en cas de défaillance du capteur).Ces difficultés nous poussent à mener des études sur des moyens de diagnostic utilisant des techniques non invasives, faciles à installer (sans modification structurelle ou fonctionnelle de l'installation de l'exploitant).

Objectifs de la thèse:

Le défi du travail de thèse consiste donc à diagnostiquer les grandes machines de manière non invasive.D’une part, le caractère non intrusif du diagnostic doit assurer une implantation relativement aisée du dispositif sur les machines existantes. Par exemple, ne pas être obligé d’installer de sondes d’entrefer ou, même, ne pas nécessiter d’accéder aux tensions constitue un atout de taille pour implanter l’outil de diagnostic facilement et rapidement. D’autre part, disposer d’un outil non invasif est parfois impératif, comme pour la mesure de la température des rotors. L’instrumentation de ces derniers est souvent périlleuse compte tenu du manque de place qu’ils offrent et de la rotation. Ajoutons que la transmission fiable des informations depuis le rotor est délicate.Même s’il est non invasif, le diagnostic des grandes machines permet de s’intéresser à des grandeursdiverses. Les paramètres que l’on se propose de mesurer couvrent trois domaines : électrique, mécanique et thermique.L’expérience montre qu’un court-circuit entre spires au stator peut engendrer des dégâts irréversibles au niveau du circuit magnétique statorique, altérant de ce fait les performances de la machine. Le cas s’est d’ailleurs produit dans un passé récent dans une centrale dont l’un des alternateurs présentait un défaut au niveau du circuit magnétique, obligeant à prendre des précautions supplémentaires sur cette machine.Le Laboratoire Systèmes Electrotechniques et Environnement (LSEE, EA 4025, Université d’Artois) ad’ailleurs, dans ce cadre, effectué une série d’expérimentations en fin d’année 2007. Les essais avaient, à l’époque, mis en exergue les possibilités de mesurer des champs magnétiques rayonnés autour de l’alternateur. Les mesures de bruits acoustiques et des vibrations opérées simultanément avaient mis en évidence la présence de composantes sonores et vibratoires d’origine électromagnétique. En conséquence, compte-tenu des informations qu’il est possible d’extraire dans les champs magnétiques et acoustiques proches de la machine, l’objectif que l’on se fixe est de détecter, comme pour le stator, des courts-circuits entre spires de l’inducteur.

  • Les paramètres suivis permettront de détecter les défauts d'ordre mécanique, tels que les balourds dynamiques, défauts visibles dans les champs précédemment évoqués. Ces balourds dynamiques engendrent une augmentation du niveau des vibrations mécaniques. Pour autant, la mesure de ces vibrations ne permet pas d’en diagnostiquer la cause qui peut avoir plusieurs origines (mauvais accouplement mécanique entre la turbine et l’alternateur, etc.).
  • Enfin, au niveau thermique, le suivi de la variation de la température des rotors des machines constitue un défi important. Il s'agit d'être en mesure de suivre l'évolution de la température en relatif et de détecter tout échauffement anormal en fonction du régime de l'alternateur

Le suivi de l’ensemble de ces paramètres devrait nous assurer un diagnostic plus pertinent en termes de détermination de l’origine des défauts.

Type(s) de contrat: 
Département(s): 
Famille(s) de métier: 
Niveau(x) de diplôme: 
Reference: 
EDF-R&D06
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