Application de la méthode de la réponse fréquentielle à l'arrêt "SSFR" sur une machine synchrone à pôles saillants de grande puissance

La littérature scientifique est très pauvre en études visant à démontrer expérimentalement l'applicabilité de la méthode SSFR (Stand-Still Frequency Response) sur une machine synchrone, à pôles saillants, de grande puissance. En fait, peu de résultats suffisamment positifs existent et ce même sur des turboalternateurs. Par la présente contribution, l'auteur espère raviver l'intérêt pour l'application de la méthode SSFR aux machines synchrones à pôles saillants de grande puissance. L'objectif est de bâtir une base de données de mesures SSFR incluant la validation des résultats obtenus par comparaison avec ceux issus des essais classiques. Un objectif encore plus ambitieux est de démontrer l'aptitude de la méthode à générer un modèle petit et grand signal. À ce sujet, les chercheurs sont presque unanimes quant à l'incapacité du modèle SSFR à représenter l'alternateur lors de fortes perturbations comme le court-circuit triphasé instantané. Les difficultés soulevées par les chercheurs sont principalement : a- L'imprécision des mesures aux très basses fréquences b-La difficulté du positionnement du rotor selon les deux axes-d et q pour une machine synchrone à pôles saillants c-L'impact du niveau de courant de mesure sur les inductances de magnétisation des axes-d et q d-L'impact de la rotation sur le ou les circuits amortisseurs. Prenant acte des problèmes susmentionnés, l'auteur a conduit un essai SSFR sur une machine hydroélectrique de grande puissance (285 MVA). L'alternateur est à pôles saillants avec rotor à tôles laminées non isolées. Les amortisseurs des pôles adjacents sont connectés entre eux via les noyaux polaires et la jante du rotor. Le circuit amortisseur n'est pas affecté par la rotation et le nombre d'encoches par pôle et par phase est entier. L'auteur a entrepris certaines actions pour éliminer ou atténuer les sources d'ennuis. Ainsi, pour améliorer la précision de mesure aux très basses fréquences, l'instrumentation la plus précise disponible sur le marché, fut acquise.

Abstract

Forty years after Watson and Manchur conducted the Stand-Still Frequency Response (SSFR) test on a large turbogenerator, the applicability of this technic on a powerful salient pole synchronous generator has yet to be confirmed. The scientific literature on the subject is rare and very few have attempted to compare SSFR parameter results with those deduced by classical tests. The validity of SSFR on large salient pole machines has still to be proven. The present work aims in participating to fill this knowledge gap. It can be used to build a database of measurements highly needed to draw the validity of the technic. Also, the author hopes to demonstrate the potential of SSFR model to represent the machine, not only in cases of weak disturbances but also strong ones such as instantaneous three-phase short-circuit faults. The difficulties raised by previous searchers are:  The lack of accuracy in very low frequency measurements.  The difficulty in rotor positioning, according to d and q axes, in case of salient pole machines.  The measurement current level influence on magnetizing inductances, in axes-d and q.  The rotation impact on damper circuits for some rotors design. Aware of the above difficulties, the author conducted an SSFR test on a large salient pole machine (285 MVA). The generator under test has laminated non isolated rotor and an integral slot number. The damper windings in adjacent poles are connected together, via the polar core and the rotor rim. Finally, the damping circuit is unaffected by rotation. To improve the measurement accuracy, in very low frequencies, the most precise frequency response analyser available on the market was used. Besides, the frequency responses of the signals conditioning modules (i.e., isolation, amplification…) were accounted for to correct the four measured SSFR transfer functions. Immunization against noise and use of instrumentation in their optimum range, were other technics rigorously applied. Magnetizing inductances, being influenced by the measurement current magnitude, the latter was maintained constant in the range 1mHz-20Hz. Other problems such as the rotation impact on damper circuits or the difficulty of rotor positioning are eliminated or attenuated by the intrinsic characteristics of the machine.