Mesure de la température dans les centrales hydroélectriques : ces 6 points doivent être équipés de capteurs PT100.

Dans les systèmes de mesure de température des centrales hydroélectriques, les thermomètres à résistance de platine PT100 sont quasiment devenus la norme. Mais saviez-vous que tous les points de mesure de température ne nécessitent pas l'utilisation d'un PT100 ? Choisir le mauvais capteur pour certains points peut entraîner des problèmes allant d'une légère dérive des données et de fausses alarmes à des conséquences graves telles que la surchauffe des roulements ou l'arrêt complet de la centrale. Quels sont les points précis où l'utilisation d'un PT100 est indispensable ? Capteur Pt100Quels sont les principaux critères à prendre en compte lors du choix de ces capteurs ? Cet article apporte des réponses complètes à ces questions.

I. Le défi persistant de la mesure de la température dans les centrales hydroélectriques

De nombreux techniciens de maintenance de centrales hydroélectriques ont rencontré les problèmes suivants : l’affichage de la température du système de contrôle-commande (DCS) atteint soudainement 300 °C ; à l’ouverture du manchon isolant, on constate que le fil conducteur de la sonde PT100 est rompu par immersion dans le réservoir d’huile ; ou encore, alors que la température réelle du palier atteint déjà 75 °C, la valeur affichée n’est que de 42 °C, en raison de la condensation à l’intérieur du manchon isolant du capteur de température, ce qui entraîne un transfert thermique insuffisant. Plus problématique encore, certaines centrales anciennes utilisent toujours des résistances en cuivre Cu50, qui présentent une faible précision, sont sujettes aux dommages et provoquent fréquemment des alarmes intempestives et des déclenchements intempestifs.

La cause première du problème réside dans le choix d'un type de capteur inadapté au point de mesure de température, ou dans l'utilisation d'une méthode d'installation non conforme aux conditions de fonctionnement. La norme DL/T 1107-2019 « Conditions techniques de base pour les composants d'automatisation des centrales hydroélectriques » précise que les thermorésistances utilisées pour la mesure de température dans les centrales hydroélectriques doivent de préférence être… Capteur Pt100Ces capteurs offrent une précision de classe A et une configuration de sortie à trois fils. Cependant, les exigences spécifiques peuvent varier selon chaque point de mesure.

II. Pour ces 6 points de mesure de température critiques, des capteurs PT100 doivent être utilisés.

1. Température des patins de butée – le facteur vital du groupe motopropulseur

Le palier de butée supporte toutes les charges axiales du groupe hydroélectrique et constitue le point de surveillance de température le plus critique. Conformément à la norme GB/T 11805, chaque palier de butée des groupes hydroélectriques de grande et moyenne taille doit être équipé de deux sondes PT100 (conception redondante), l'une étant dédiée à la surveillance et l'autre au déclenchement de la protection. Le seuil d'alarme est généralement fixé entre 65 et 75 °C, tandis que le seuil de déclenchement se situe entre 85 et 90 °C.

Pourquoi utiliser la sonde PT100 ? Parce que la surveillance de la température du palier de butée est essentielle à la sécurité de l’unité et exige une précision de classe A (±0,15 + 0,002 |t| °C) et une stabilité à long terme. Le thermomètre à résistance de platine PT100 présente une dérive minimale (sa variation de résistance sur 50 000 heures est inférieure à 0,02 %), une performance impossible à atteindre avec les thermocouples ou les capteurs Cu50.

2. Températures des coussinets de palier du guide supérieur, du guide inférieur et du guide d'eau – les trois « sentinelles »

Les paliers de guidage limitent le déplacement radial de la broche ; chacun des trois paliers (guide supérieur, guide inférieur et guide d’eau) est équipé de 4 à 10 points de mesure de température PT100. Une configuration à double palier est également requise ; les câbles de sortie doivent être acheminés directement à l’extérieur du réservoir d’huile sans aucun joint, et des câbles blindés en treillis doivent être utilisés pour protéger contre la contamination par l’huile et les vibrations.

Le principal défi sur le site réside dans le flux continu d'huile de turbine au sein du réservoir d'huile du palier de guidage, combiné aux vibrations du palier d'arbre. Ce phénomène peut facilement entraîner des fuites d'huile ou des défauts de contact au niveau du connecteur arrière des capteurs standard. Par conséquent, le PT100 doit être construit par soudure étanche et son câblage doit être réalisé en fluoroplastique résistant à l'huile plutôt qu'en PVC classique.

3. Température de l'huile dans le réservoir – le « thermomètre » de l'état des paliers

Chaque gorge de guidage d'huile (supérieure et inférieure, ainsi que guidée par eau) est équipée de deux sondes PT100 pour surveiller la température des huiles froide et chaude. Une température d'huile anormalement élevée constitue souvent un indicateur précoce d'usure des paliers, permettant ainsi une alerte avant le déclenchement de l'alarme de température. Le système de surveillance de la température d'huile des gorges requiert des sondes PT100 résistantes à l'huile et présentant des propriétés d'isolation élevées (résistance d'isolement > 100 MΩ), le matériau de la gaine étant l'acier inoxydable SUS316.

4. Température de l'enroulement du stator – le « pare-feu » contre les courts-circuits

La surveillance de la température des enroulements du stator d'un générateur influe directement sur la durée de vie de l'isolation et la sécurité de la protection contre les courts-circuits. Les normes exigent l'installation de sondes PT100 en haut, au milieu et en bas des barres du stator, réparties uniformément sur leur circonférence ; pour les générateurs de grande puissance, cela peut nécessiter jusqu'à 12 à 24 points de mesure de température. La norme DL/T 1107-2019 stipule explicitement que la température de fonctionnement maximale des sondes PT100 utilisées au niveau du stator doit être supérieure ou égale à 150 °C.

Remarque : Pour certaines unités existantes, la mesure de la température du stator utilise des thermocouples de type T ; cependant, toutes les unités nouvellement construites ont maintenant été entièrement mises à niveau pour utiliser des capteurs PT100, car les PT100 offrent une précision plus élevée, ne nécessitent pas de compensation de jonction froide et présentent une stabilité à long terme bien supérieure à celle des thermocouples.

5. Température du noyau du stator – surveille la surchauffe du noyau

Le système de surveillance de la température du noyau du stator permet de détecter les surchauffes localisées et d'éviter la destruction du noyau. Généralement, plus de six capteurs de température PT100 sont installés et répartis uniformément sur les dents du noyau et la culasse. Les capteurs PT100 doivent présenter une excellente conductivité thermique et un temps de réponse thermique inférieur ou égal à 60 s afin de garantir une détection rapide des variations de température.

6. Températures de l'air froid et de l'air chaud du refroidisseur d'air – un « baromètre » de la performance de refroidissement

Chaque orifice d'entrée et de sortie du refroidisseur d'air est équipé d'une sonde PT100 permettant de contrôler les températures de l'air froid et de l'air chaud ; les grands modèles comportent généralement 12 points de mesure (6 + 6). L'efficacité du refroidisseur d'air est déterminée par la différence de température entre l'air froid et l'air chaud ; une réduction de cette différence indique une baisse d'efficacité ou un possible blocage. Les sondes PT100 installées à cet emplacement doivent présenter un indice de protection IP65 ou supérieur pour résister aux environnements humides.

III. Aperçu de la répartition des points de mesure de température PT100 dans la centrale hydroélectrique

▲ Schéma de répartition des points de mesure de température PT100 pour le groupe turboalternateur de la centrale hydroélectrique

IV. Tableau des paramètres de sélection de la sonde PT100 pour les points de mesure de température clés dans les centrales hydroélectriques

V. 3 Conseils clés pour éviter les pièges courants lors du choix des capteurs PT100

1. Pour la mesure de la température des paliers d'arbre, choisissez un modèle à joint blindé ; évitez le connecteur arrière. Le réservoir d'huile étant soumis à des vibrations et à une immersion prolongées dans l'huile de turbine, le connecteur finira inévitablement par fuir ou se desserrer. Le câble de sortie doit être monobloc, sans joint, et sa base doit être scellée par soudage laser.
2. Le système à trois fils sert de référence, tandis que le système à quatre fils offre une plus grande précision. Le système à trois fils peut compenser les erreurs de résistance des conducteurs (écarts supérieurs à ±5 °C) ; par conséquent, pour les points de mesure critiques sur les unités de moyenne et grande taille, il est recommandé d'adopter directement le système à quatre fils. N'optez pas pour le système à deux fils par simple souci de simplicité : les erreurs de transmission sur de longues distances peuvent dépasser 10 °C.
3. Pour le choix de la puce, privilégiez le procédé de photolithographie par pulvérisation cathodique avec une couche mince de Pt100 ; évitez les puces bobinées. Les puces à couche mince présentent une résistance aux vibrations et aux chocs nettement supérieure, ainsi qu'une stabilité à long terme nettement plus élevée que les puces bobinées, avec une dérive inférieure à 0,02 % sur 50 000 heures. En cas de vibrations à haute fréquence, les résistances en cuivre bobinées (Cu50) sont presque systématiquement sujettes à la défaillance.

VI. Laissez les questions professionnelles aux capteurs professionnels

Le système de mesure de température des centrales hydroélectriques constitue l'ultime garantie de sécurité ; par conséquent, le choix des capteurs PT100 doit être effectué avec la plus grande attention. Weilian Fengran Sensing Technology est spécialisée dans la recherche, le développement et la fabrication de capteurs PT100. Capteurs de températureLes capteurs PT100 spécialement conçus pour les centrales hydroélectriques utilisent des puces à couches minces importées, des structures d'étanchéité blindées et des conducteurs en fluoroplastique résistant à l'huile ; ces produits sont conformes aux normes IEC 60751 et JB/T 8622 et fonctionnent de manière stable dans de nombreux projets de centrales hydroélectriques.

Si vous avez besoin d'une solution de mesure de température PT100 pour les centrales hydroélectriques ou d'une assistance pour la sélection de produits, n'hésitez pas à contacter notre équipe technique pour recevoir des solutions de mesure de température sur mesure.

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