Brevet FR2148377A1 — publié le 19730323

La présente invention concerne le domaine de la protection par relais des systèmes d'interconnexion, et concerne plus précisément les dispositifs de protection contre les courants de courtcircuit des lignes de transport d'énergie a courant continu. On connatt un procédé pour la protection des lignes de transport d'énergie a courant continu contre les court-circuits selon lequel on décèle les défauts aux postes convertisseurs et sur la ligne a auto-protection en utilisant les différences entre les valeurs moyennes de la tension redressée sur la ligne de transport d'énergie et on décèle les défauts sur la ligne protégée en utilisant les différences entre les valeurs des dérivées par rapport au temps des valeurs instantanées de la tension sur la ligne de transport d'énergie protégée.On décèle alors les défauts des postes convertisseurs et les défauts sur la ligne de transport d'énergie électrique b courant continu (voir par exemple le certificat d'auteur de l'Union des Républiques Socialistes Soviétiques nO 237 961, cl. 21 c, 68/50 ; CIB H 02 d). On connalt des dispositifs pour la protection contre les courts-circuits sur les lignes de transport d'énergie électrique A courant continu. On appelle, ici et plus loin, ligne de transport d'énergie électrique d courant continu la ligne A auto-protection et les postes convertisseurs raccordés A son début et A son extrémité finale. Ces dispositifs comportent des blocs détectant les défauts sur la ligne proprement dite et dans le poste convertisseur de la ligne de transport d'énergie électrique A courant continu. Ce dernier bloc colporte : un canal de tension, dont l'entrée est raccordée A un capteur de la valeur moyenne de la tension sur la ligne protégée et un canal de courant dont I 'entrée est raccordée A un capteur de courant continu de la ligne de transport d'énergie. Le bloc de détection des défauts sur la ligne protégée proprelent dite oo porte : un organe de mesure dont 1 'entrée est raccordée au capteur de la valeur instantanée de la tension sur la ligne protegée, et un organe opérateur, raccordé d la sortie de l'organe de mesure (voir par exemple le certificat d'auteur de l'Union des Républiques Socialistes Soviétiques nO 226 706, cl. 21c, 68/50 ; CIB B02 d). Un inconvénient du procédé connu réside dans le fait qu'il ne peut y avoir sur la ligne de transport d'énergie électrique A courant continu un régime pour lequel les valeurs moyennes mesu- rées de la tension redressée sur la ligne protégée en cas de dé faut et en régime normal différent neu entre elles. Par ailleurs, un autre invonvénient du procédé connu réside également dans la dépendance de la dérivée par rapport au ternis de la valeur instantanée de la tension sur la ligne protégée à l'égard du nombre de ponts convertisseurs fonctionnant normalement sur la ligne protégée. D'autre part les dispositifs connus ont une sensibilité insuffisante pour le décèlement des défauts sur une ligne protégée de grande longueur, car en cas de défauts éloignés la valeur mo- yenne de la tension redressée au début de la ligne augmente sensiblement. Ceci peut entrainer une distinction insuffisante de la valeur de la tension indiquée par rapport à la valeur de la tension qui correspond au paramètre de fonctionnement du dispositif. D'autre part l'utilisation de la valeur moyenne de la tension sur la ligne protégée comme paramètre de fonctionnement du dispositif de protection de la ligne entrain une diminution de la rapidité de fonctionnement du dispositif. Par ailleurs les dispositifs connus possèdent une sensibilité suffisante lors du dépistage d'un défaut sur une ligne de transport énergie A auto-protection de grande longueur a cause de la diminution de la différence des valeurs des dérivées par rapport an temps des valeurs instantanées de la tension au commencement de la ligne protégée lors de la dinution du nombre de ponts convertisseurs fonctionnant noraalement de la ligne de transport d'énergie a courant continu. La présente invention a pour but l1élinnnation des inconvé- nients indiqués. L'invention vise la creation d'un procédé de protection des lignes de transport d'énergie A courant continu et d'un dispositif pour sa réalisation7 permettant d'améliorer la sensibilité, de réduire le temps de réponse lors de la détection des défauts aux postes convertisseurs contre sur la ligne A auto-protection et, lors de la détection des défauts sur la ligne A auto-protection, d'éli- miner l'influence du nombre de ponts convertisseurs fonctionnant de la ligne de transport d'énergie électrique sur le paramètre la suré de la dérivée par rapport an temps de la valeur instantanSe de la tension en début de ligne. Le problème posé est résolu du fait que : Dans un procédé de protection des lignes de transport d'éner- gie électrique A courant continu, basé sur la comparaison des paramètres électrique d'un signal contrôlé, proportionnel à la valeur de la tension sur la ligne considéré, avec les paramètres d'un signal de référence, selon l'invention, comme paramètre à comparer du signal contrôlé, on choisit la valeur de la tension instantanée, que l'on compare avec un signal de référence au moins durant deux intervalles de temps fixés qui se suivent l'un l'autre et dont la durée totale ne dépasse pas la période du courant alternatif converti, la durée du premier intervalle de temps ne dépassant pas celle du second. I1 convient, lors de la détection des défauts sur la ligne a auto-protection, de choisir, comme paramètre à comparer du signal contrôlé, l'accroissement relatif de ce signal rapporté 9 l'intervalle de temps entre le moment du commencement de l'accroissement du signal controlé, provoque par un défaut sur la ligne, et le moment de l'arrivée au point de mesure du front de l'onde électromagnétique qui survient à l'endroit du défaut et qui se propage vers le point susmentionné par le circuit formé par les conducteurs de la ligne et la terre. Dans un dispositif pour mettre en oeuvre ce procédé, comportant un bloc de détection d'un défaut sur la ligne de transport d'énergie a auto-protection, ce bloc comportant un organe de mesure dont l'entrée est attaquée par un signal proportionnel a la valeur de la tension instantanée sur la ligne de transport d'énergie électrique et un organe opérateur raccordé à la sortie de l'organe de mesure, ainsi qu'un bloc détectant les défauts dans le poste convertisseur, ce bloc possédant un canal de courant et un canal de tension qui sont raccordés entre eux par un circuit logique, selon l'invention, l'organe de mesure du bloc mentionné détectant un défaut sur la ligne auto-protection est réalisé sous la forme d'un circuit dans lequel sont branchés en série : un condensateur shunté par une résistance, et une diode raccordée au capteur de la tension sur la ligne protégée de manière à ce que le sens conducteur de la diode coincide avec la direction du courant de sortie du capteur mentionné en régime de fonctionnement normal de la ligne protégée, la sortie de l'organe de mesure étant constituée par les électrodes de la diode indiquée. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus parti culièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins donnés en annexe qui représentent La Fig. la, un diagramme représentant la variation de la tension au début de la ligne de transport d'énergie électrique à courant continu en cas de perturbation du régime de service normal du poste convertisseur dans les intervalles de temps donnés selon l'invention ;; La Fig. Ib, un diagramme représentant la variation de la tension au début de la ligne de transport d'énergie a courant continu en cas de perturbation du régime de service normal due à un faut sur la ligne à auto-protection dans les intervalles de temps donnés, selon l'invention La Fig. 2a, un diagramme représentant la variation de la valeur relative de la tension au début de la ligne de transport d'éénergie électrique à courant continu protégée en cas de défaut à la fin de la ligne à auto-protection, selon l'invention La Fig. 2b5 un diagramme représentant la variation de la valeur relative de la tension au début de la ligne de transport d'énergie électrique à courant continu protégée lors d'un défaut dans le poste de convertisseur La Fig. 3, un sch*ns synoptique d'un dispositif pour la protection d'une ligne de transport d'énergie électrique à courant continu La Fig. 4, un schéma électrique de principe de l'organe de mesure du bloc détectant un défaut sur. la ligne à auto-protection, selon 1 'invention. Le phénomène de variation de la tension au début de la ligne de transport d'énergie électrique proprement dite en cas de défaut se traduit par des oscillations décroissantes dont la période et la durée d'amortissement augmentent à mesure de l'éloignement du défaut sur la ligne. Le phénomène de variation de la tension au début de la ligne protégée lors d'une perturbation du fonctionnement normal des postes convertisseurs peut également être représenté par des oscillations périodiques (Fig. Ia) ; cependant, contrairement au cas d'un défaut sur la ligne de transport d'énergie électrique à autoprotection, ces oscillations ne sont pas décroissantes et la période de ces oscillations en cas de défaut stable est déterminée par la période de la fréquence du courant alternatif converti. Alors la valeur de la tension U. au début de la ligne protégée reste inférieure à une valeur de référence UT, choisie égale a moins de la moitié de Uv en régime normal de fonctionnement de la ligne de transport d'énergie électrique durant un intervalle de temps 1To au cours de la période de chaque oscillation. Si l'on choisit au moins deux intervalles de temps fixés JTI et ssT2 qui se suivent l'un l'autre et dont la durée totale est inférieure à la période T du courant alternatif converti, la durée du premier intervalle tI ne dépassant pas la durée du second intervalle #T2, il s 'avère qu'au cours de la partie #To du premier intervalle de temps #TI la tension Uo sera inférieure à la tension de référence UI et qu'au cours de tout le second intervalle de temps bT2 elle sera supérieure à la tension de référence UT. En cas de défaut sur la ligne de transport d'énergie électrique, le phénomène de variation de la tension au début de la ligne auto-protection dans les intervalles de temps considérés ATI et T2 (Fig. Ib)est.tel qu'au cours d'une partie ou de tout l'intervalle de temps #TI la tension Uo au début de la ligne est inférieure à la tension de référence UI et que durant au moins une par tie du second intervalle de temps ssT2 elle est inférieure à la tension de référence UI. Ainsi, si au moins durant une partie du second intervalle de temps #T2 la tension Uo au début de la ligne protégé est inférieure à la tension de référence UI, ceci signifie qu'il y a un défaut sur la ligne de transport énergie. On déduit de ceci que le temps de détection d'un défaut sur la ligne de transport d'énergie n'est pas supérieur à la durée totale du premier dTI et du second AT2 intervalles de temps. La valeur de l'accroissement relatif #Ua (Fig. 2a) de la tension Uo au début de la ligne à auto-protection rapportée à l'intervalle de temps #t qui est compté à partir du moment du commen cement de l'accroissement #Ua de la tension Uo au début de la ligne Jusqu'au moment de la cessation de cet accroissement, dépend du degré d'affaiblissement des fronts des ondes électromagnétiques qui apparaissent à l'endroit du défaut à mesure de leur propagation par la ligne vers le point de mesure. I1 est évident qu'en cas de défaut en dehors de la ligne à auto-protection (par exemple en cas de court-circuit au poste convertisseur) (Fig. 2b) l'affaiblissement des fronts des ondes élec troiagnétiques indiquées est beaucoup plus important qu'en cas de défaut sur la ligne à auto-protection (par exemple en cas de courtcircuit en un point éloigné (Fig. 2a), car dans le premier cas les ondes électromagnétiques subissent un "lissage" du front lorsqu'elles passent sur la ligne à auto-protection à travers des dispositifs de lissage qui sont installés aux extrémités de la ligne de transport d'énergie électrique à courant continu protégée (non représentés sur les dessins). I1 convient de remarquer que l'intervalle de temps #t (Fig. 2a) dans le cas pris en considération est inférieur à l'intervalle de temps #tI qui est compté à partir du moment d'apparition de l'ac croissementAVa jusqu'au moment tI de l'arrivée au point de mesure du front de l'onde électromagnétique qui est engendrée à l'en- droit du défaut et qui se propage vers le point indiqué à travers le circuit formé par les conducteurs de la ligne et la terre ("con- ducteur-terre"). Dans les exemples étudiés (Fig. 2a et b), les paramètres de comparaison mesurés seront respectivement #Ua accroissement relatif de la tension Uo rapporté à la #t durée At de llaccroissement indique en cas de défaut sur la ligne à auto-protection ; hUb accroissement relatif de la tension Uo rapporté à la #T durée de cet accroissement lors d'un défaut sur la ligne de transport d'énergie électrique. tes Fig. 2a et b mettent en évidence le fait que le paramètre mesuré #Ua en cas de défaut sur la ligne à auto-protection #t est de beaucoup supérieur au paramètre mesuré #Ub #T en cas de défaut sur la ligne de transport d'énergie électrique. tes rapports indiqués restent en pratique invariables lors de la modification du nombre de ponts convertisseurs en fonction sur la ligne de transport d'énergie à courant continu, car pour les intervalles de temps considérés on n eut ne pas prendre en considéi ration les propriétés de réglage du poste convertisseur du redresseur et supposer que la ligne de transport d'énergie électrique constitue un circuit linéaire. Le dispositif pour la réalisation du procédé de protection contre les Court -circuits sur les lignes de transport d'énergie électrique à courant continu de la Fig. 3 comporte un bloc I d4- tectant les défauts de la ligne de transport d'énergie électrique et un bloc 3 détectant les defauts sur la ligne à auto-protection. Le bloc I comporte . un canal de courant 4 raccordé parKsan entrée au capteur 5 de courant continu de la ligne de transport d'énergie électrique protégée, un canal de tension 6 raccordé au capteur 7 de tension sur la ligne indiquée et un circuit logique 8 qui raccorde entre elles les sorties des canaux de courant 4 et de tension 6 ; le bloc 3, qui détecte les défauts sur la ligne à auto-protection comporte : un organe de mesure 9 raccordé au capteur 7 de tension sur la ligne protégée et organe opérateur IO rac cordé à la sortie de l'organe de mesure 9. cet organe de mesure 9 (Fig. 4) du bloc 3 comporte ; un condensateur II auquel est branchée en parllè1e une résistance I2, et une diode I3 branchée en série avec le condensateur TT et la résistance I2. Le sens conducteur de la diode I3 coricide avec la direction du courant de sortie I du capteur de tension 7 de la ligne protégée en régime normal de fonctionnement de la ligne de transport d'énergie électrique à courant continues électrodes,anode I4 et cathode I5 de la diode indiquée I3 constituent la sortie de 11 organe de mesure 9. Le dispositif fonctionne de la manière suivante. Si un défaut survient sur la ligne meme à protéger 2, il se produit une diminution de la valeur instantannée de la tension Uo (Fig. Ib). Dans La partie du premier intervalle de temps TI où la ten sion Bo est inférieure à la tension de référence UI, et dans le deu xième intervalle T2, au moment où la tension Uo devient inférieure å la tension de référence UI, le canal de tension 6 fonctionne et en résultat un signal apparat à l'une des entrées du circuit lo gique. S'il y a un courant dans la ligne à auto-protection 2, il existe également un signal à l'autre entrée du circuit logique 8. Le circuit logique 8 Joue le rôle d'un circuit de coïncidence, c'est-à-dire que, si les deux entrées sont attaquées par des si gnaux provenant du canal de courant 4 et du canal de tension 6, un signal apparaît à sa sortie, signal qui est utilisé- pour le déclen chement et l'enclenchement du dispositif de réenclenchement auto matique (non représenté sur le dessin). D'autre part, lors d'un défaut sur la ligne protégée pro prement dite 2, un phénomène de variation de la tension à son com mencement provoque un accroissment #Ua de la valeur instantanée de la tension Uo (Fig. 2a) durant l'intervalle de temps ht. Cet accroissement provoque la décharge du condensateur II de l'organe de mesure 9. Alors, en fonction de la comparaison de la grandeur du pa ramètre mesuré jUa en cas de défaut sur la ligne à auto-protec At tion avec la constante de temps Tc égale au produit de la valeur de la capacité C du condensateur II par la valeur de la résistance Rc de la résistance I2, la décharge du condensateur a lieu à travers l'un des deux circuits possibles I) Si ira est supérieure à Tc, le courant de décharge du #t condensateur passe par le capteur de tension 7 et par l'entrée de l'organe opérateur 10 raccordé à la sortie de l'organe de mesure 9, la direction du courant de décharge du condensateur II étant opposée au sens conducteur de la diode 13. D'autre part, le condensateur II se décharge à travers la résistance I2. 2) Si #Ua est inférieure à Tc, le condensateur TI n'a #t le temps de se décRatger qu'à travers la résistance I2, en-résultat de quoi il n'y a pas de signal à la sortie de l'organe de mesure 9 Le temps Tc est choisi de telle manière qu'en cas de défaut sur la ligne de transport d'énergie électrique (par exemple au poste convertisseur) la grandeur du paramètre mesuré AUa soit #t inférieure à Tc. Ainsi, dans le cas étudié à la sortie de l'organe de -me- sure, apparat un signal qui provoque le fonctionnement de 1 'organe opérateur IO, dont Je signal de sortie est utilisé pour le débranchement de la ligne de transport d'énergie électrique et pour la mise en marche du dispositif de réenclenchement automatique (non représenté sur le dessin). En cas de perturbation du fonctionnement normal du poste convertisseur (par exemple un défaut d'allumage de l'une des soupe- pes redresseuses lorsqu'on travaille avec un seul pont convertisseur à chacun des postes de la ligne de transport d'énergie électrique à courant continu protégée), le bloc de protection I ne fonctionnepas, car (Fig. Ia), dans le cas étudié, dans la partie 4T du premier intervalle de temps #TI la tension Uo sur la ligne protégée 2 est in- férieure à la tension de référence UI, et durant tout le second -in- tervalle de temps ôT2 la tension Uo sur la ligne protégée 2 est su- périeure à la tension de référence UI. Dans le cas étudié, de même qu'en cas de défaut sur la ligne de transport d'énergie électrique (Fig. 2b), la valeur du paramètre mesuré pour détecter le défaut sur la ligne protégée iropre- ment dite 2 s'avère inférieure à la constante de temps Tc. En conséquence, le signal de sortie de l'organe de mesure du bloc 3 n'apparaît pas et le bloc 3 ne fonctionne pas. L'avantage de la présente invention réside dans la haute sensibilité obtenue qui en pratique ne dépend pas de la longueur de la ligne protégée et du nombre de ponts convertisseurs fonctionnant nor3Slement sur la ligne de transport d'énergie électrique à courant continu. Un autre avantage de la présente invention réside dans sa haute vitesse de réponse non seulement lors de la détection des défauts sur la ligne protégée proprement dite, mais aussi lors de la détection des défauts dans le poste convertisseur de la li- gne de transport d'énergie électrique à courant continu. REVENDICATIONS I. Procédé de protection d'une ligne de transport d'énergie électrique à courant continu basé sur la comparaison des paramètres électriques d'un signal contrôlé proportionnel à la valeur de la tension sur la ligne mentionnée, avec les paramètres d'un signal de référence, caractérisé en ce que, comme paramètre à comparer du signal contrôlé, on choisit la valeur instantanée (Uo), que l'on compare avec une tension de référence (UI) au moins durant deux intervalles de temps fixés ('bTI et tTS) qui se suivent l'un l'autre et dont la durée totale est au moins égale à la période du courant alternatif converti,. la durée du premier in- tervalle de temps ( bTI) ne dépassant pas celle du second (+T2). 2. Procédé de protection d'une ligne de transport d'énergie électrique à courant continu à auto-protection selon la revendication I, caractérisé en ce que, comme paramètre à comparer du signal contrôlé, on choisit l'accroissement relatif (bava) de ce signal rapporté à l'intervalle de temps (tut) entre le moment de l'apparition d'un accroissement du signal contrôlé, dû à un défaut sur la ligne, et le moment de l'arrivée au point de mesure du front de l'onde électromagnétique qui apparat à l'emplacement du défaut et se propage vers le point mentionné à travers le circuit formé par les fils de la ligne et la terre. 3. Dispositif de mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications T et 2, comportant un bloc de détection de défaut sur la ligne même de transport d'énergie à courant continu, ce bloc possédant un organe de mesure dont l'entrée est attaquée par un signal proportionnel à la valeur de la tension instantanée sur la ligne de transport d'énergie électrique et un organe opérateur raccordé à la sortie de l'organe de mesure, ainsi qu'un bloc détectant les défauts sur la ligne même et dans le poste convertisseur, ce bloc possédant un canal de tension et un canal de courant qui sont raccordés entre eux par un circuit logique, caractérisé en ce que l'organe de mesure (9) du bloc mentionné (3) dépistant les défauts sur la ligne même est réalisé sous la forme d'un circuit comportant, couplés en série, un condensateur (II), shunté par une résistance (I2), et une diode (I3) raccordée au capteur (7) de tension sur la ligne à protéger (2), le sens conducteur de la diode (I3) coincidant avec la direction du courant (I) du capteur mentionné (7) en régime de fonctionnement normal de la ligne protégée, et la sortie de l'organe de mesure (9) étant constitué par les électrodes (I4 et I5) de la diode indiquée (13).