Brevet FR2508247A1 — publié le 19821224

'invention concerne un dispositif pour la détection de la perte du synchronisme entre un alternateur de production d'énergie électrique et le réseau. le dispositif de l'invention a pour but de détecter la perte de synchronisme d'un alternateur de production d'énergie électrique, par exemple entraîné à partir d'une turbine, d'une part par la détection de la rotation de l'angle interne de cet alternateur et d'autre part par la détection de l'inversion de puissance active de cet alternateur. LB dispositif de l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour produire des signaux carré s dont les flancs montants et descendants sont calés respectivement sur le zéro mécanique et le 1800 mécanique de l'alternateur à contrôler, un dérivateur pour ces signaux carrés, deux multivibrateurs monos tables commandés l'un par les impulsions dérivées positives, l'autre par les impulsions dérivées négatives et produisant chacun des signaux carrés dont la durée correspond à 900 de la phase du réseau,- deux portes recevant chacune sur une de leurs entrées les signaux carrés issues de l'un des deux multivibrateurs monos tables, des moyens pour produire des signaux carrés dont les flancs montants et descendants sont calés sur le passage à zéro de la tension stator US d'un alternateur, un dérivateur pour ces signaux carrés issus de la tension du stator, les impulsions dérivées qui en résultent étant amenées sur l'autre des entrées des deux portes, une mémoire bistable dont les deux états sont déclenchés par les signaux issus des portes, chaque signal carré produit correspondant ainsi à une rotation de l'angle interne de l'alternateur, un compteur à présélection pour déclencher un moyen de signalisation et/ou de commande lorsque le nombre de rotation de l'angle interne de l'alternateur par unité da temps atteint une valeur présélectionnée du compteur. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comporte un mult plicateur de la tension et du courant stator pour produire une valeur fonction de la puissance active de l'alternateur, des comparateurs pour comparer la valeur obtenue avec des tensions de référence positive et négative, une mémoire bistable produisant un signal carré, correspond à une inversion de puissance, chaque fois que les comparateurs constatent le passage en colncidence de la valeur fonction de la puissance active avec d'une part la référence négative, ce signal carré correspondant à une inversion de puissance de l'alternateur, un compteur à présélection pour déclencher un moyen de signalisation et/ou de commande lorsque le nombre d'inversions de puissance par unité de temps atteint la valeur présélectionnée du compteur. L'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, sur les dessins ci-joints, dans lesquels - la figure 1 est un schéma synoptique du dispositif de l'invention - la figure 2 est un diagramme représentant en fonction du temps la forme des signaux aboutissant à la détection de la rotation de l'angle interne de l'alternateur - la figure 3 est un diagramme représentant le cos. i? de l'alternateur en fonction du temps pour la détection de l'inversion de la puissance active cet alternateur. L'angle interne d'un alternateur 1 est l'angle formé par le calage zéro mécanique et le calage zéro électrique. Le repérage du calage d'origine OC mécanique est donné soit par un alternateur secondaire dit "alternateur de phase" 2, soit par un capteur magnétique 3 calé à l'origine. Cette information sera comparée à la tension de sortie de l'alternateur principal 1 par l'intermédiaire de sa tension stator US. L'angle formé par la tension US et la tension de l'alternateur de phase est appelé angle interne. il est considéré que pour qu'il y ait perte de synchronisme, il faut que cet angle interne prenne des valeurs importantes et supérieures à + 900. Au-delà de ces limites théoriques, l'alternateur rentrant en fonctionnement instable, le but recherché dans ce ssas est donc de déceler le moment du passage de l'angle interne à ces valeurs limites dans le sens de rotation horaire ou dans le sens de rotation en anti horaire. Une deuxième mesure d'angle distant de plusieurs degrés de la première limite confirmera cette perte de synchronisme. Dans ce cas, l'angle interne fera 3600 soit un tour. Dans l'exemple représenté sur les dessins cijoints, et dans le cas où le repérage du calage d'origine OC mécanique est obtenu par l'alternateur de phase 2, la tension sinusoidale 5 (figure 2) qui en résulte est amenée à un circuit de mise en forme 6 par l'intermédiaire d'un transformateur de potentiel 7, ce circuit de mise en forme transformant le signal sinusoidal 5 en signal carré 7 par détection du passage à zéro de cette tension alternative. Ces signaux carrés 7 sont alors amenés à un dérivateur 8 qui produit des impulsions brèves, positive 9 et négative 92 déterminées respectivement par les flancs montants et descendants des signaux carrés 7. Pour le cas où le repérage du calage d'origine OC mécanique est obtenu à partir du capteur magnétique 3, le signal qui en résulte est amené au dérivateur 8 par l'intermédiaire d'un transformateur d'impédance 10 et du circuit de mise en forme 11, monostable d'une durée de 10 mS à 50 Hz équivalent au signal carré 7. L'impulsif positive 91 elt négative 92 qui sont ainsi calées sur le 0 et 1800 mécanique de l'alternateur, sont alors amenées respectivement à l'entrée de multivibrateurs monostables 121 et 122 qui produisent chacun des signaux carrés dont la durée correspond à 900 de la phase du réseau. Ainsi dans le cas où ce réseau produit un courant à 50 Hertz, la durée de ces impulsions 131, 132 est de 5 millisecondes. La tension US de sortie de l'alternateur principal 1 est par ailleurs amenée à un circuit de mise en forme 14 par l'intermédiaire d'un transformateur de potentiel 15, ce circuit de mise en forme 14 produisant des signaux carrés par détection du passage à zéro de la tension stator. Ces signaux sont ensuite amenés à undérivateur 15 qui produit des impulsions brèves 161aqui sont ainsi calées sur le passage à zéro de la tension stator. Ces signaux carrés 131 qui sont issus du monostable 121 et qui sont d'une durée correspondant à une rotation de O à 900 du rotor de l'alternateur de phase sont amenés à l'une des deux entrées d'une porte 17t dont l'autre entrée reçoit les impulsions 161 calées sur le zéro de la tension stator de l'alternateur. De même les signaux carrés 19 qui sont issus du monostable 122 et qui sont d'une durée correspondant à une rotation de 180 à 2700 du rotor de l'alternateur de phase sont amenés à une des deux entrées d'une porte 172 dont l'autre entrée reçoit les impulsions 161b du dérivateur 15. Lorsque les impulsions 161 sont amenées en même temps que les signaux 131 à l'entrée de la porte 171, celles-ci déclenchent la mémoire bistable 18 en 191, ce qui a pour effet de déclencher par la ligne 20 la base de temps programmable 21 entraînée par l'horloge interne 22. Si au cours de ce cycle de rotation de l'angle interne l'impulsion 161b arrive à l'entrée de la porte 172 em même temps que l'impulsion 132, cette porte 172 déclenche à nouveau en 192 la mémoire bistable 18 et l'impulsion 19 qui en résulte, actionne par la ligne 23 le compteur à présélection 24 qui prendra en mémoire l'information de premier tour de la rotation de l'angle interne. Si le nombre de tours présélectionnés n'est pas atteint pendant le temps préréglé de ce compteur, la base de temps programmable 21 remet automatiquement à zéro la mémoire bistable 'j8 par la ligne 25 et remet également à zéro le compteur 24. Par contre, a si le nombre d'impulsions 19, comptées par le compteur 24, atteint au bout d'un temps déterminé la valeur présélectionnée, au-delà de laquelle on estime que l'alternateur ne pourra se resynchroniser, ce compteur 24 commande un contacteur 25 qui déclenche un moyen de signalisation ou un moyen de commande et par exemple qui déclenche un disjonc- teur mettant l'alternateur principal en "ilotage" (déconnexion de l'alternateur du réseau). Par ce dispositif, la détection de l'angle interne se fait aussi bien dans le sens horaire que dans le sens anti-horaire, le déclenchement se faisant à un demi-tour près. Le dispositif conforme à l'invention permet également de déceler ! \ également de déceler ia version de puissance active de l'alter- nateur, c'est-à-dire le cas où l'alternateur est alimenté par le réseau et produit un couple opposé à celui de la turbine, ce qui provoquerait la rupture de l'arbre rotor de l'alternateur si aucune protection n'est prévue. L'inversion de puissance active ou puissance active négative est donnée par la forme P = Us Is cos dans laquelle le cos te peut prendre toutes les valeurs théoriques comprises entre + 1 et - 1. Dans le cas où le cos t est négatif, l'alternateur ne fournit plus d'énergie au réseau mais en reçoit de celui-ci, ce qui correspond à la position critique. Pour assurer cette sécurité, le dispositif conforme à l'invention comporte un multiplicateur de signaux 27 à l'entrée duquel sont amenés par le transformateur d'intensité 26 et le transformateur de potentiel 15, respectivement le courant Is et la tension stator US. le produit qui en résulte et qui est représenté sur la figure 3 par la courbe 27 est amené sur deux comparateurs 28 recevant par ailleurs d'un étage références 29 deux tensions, l'une 30 positive et l'autre 31 négative qui constituent des valeurs de consigne réglables. Ces tensions 30 et 31 correspondent par exemple à un cOsinus 'e qui est respectivement de + 0,2 et de - 0,1. Lors d'une inversion de la puissance active, le comparateur 28 constate que d'abord en 271 la coincidence dé cette puissance avec la référence 30 produit le déclenchement de la mémoire bistable 32 et commande elle-même automatiquement par la ligne 33 la base de temps programmable 34 entrainée par l'horloge interne 22. lorsque la puissance active de l'alternateur devient négative, le comparateur 28 constate alors en 272 de la coincidence de la courbe 27 représentative de la puissance active de l'alternateur avec la référence 31 et ramène la mémoire bistable 32 à son état initial. L'impulsion 34 qui en résulte est alors amenée sur le compteur 35 par la ligne 36. Ainsi, dans ce dispositif, lorsque l'alternateur déclenche les comparateurs 28 tout d'abord par la première limite positive 30, puis par la deuxième limite négative 31, le compteur 35 constate qu'il y a une inversion de puissance et donc danger pour l'installation compte tenu des efforts antagonistes très importants qui apparaissent sur l'alternateur en rotation. Si le compteur 35 compte, pendant un temps préréglé, un nombre dtinversions de puissance active qui correspond au nombre présélectionné du compteur, celui-ci déclenche alors un contacteur 37 afin de mettre également en ilotage l'alternateur. On notera que les deux phénomènes détectés par le dispositif conforme à l'invention, à savoir détection de l'inversion de la puissance active et détection de la rotation de l'angle interne ne sont pas reliées entre elles et qutil peut y avoir inversion de puissance sans rotation de l'angle interne et inversement, le dispositif conforme à l'invention permettant cependant dans tous les cas d'assurer la protection et la sécurité du couple alternateur de production d'énergie électrique pour un coût relativement faible. REVENDICATI ONS 10) Dispositif pour la détection de la perte du synchronisme entre un alternateur de production d'énergie électrique et le réseau caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (11, 6) pour produire des signaux carrés dont les flancs montants et descendants sont calés respectivement sur le zéro mécanique et le 1800 mécanique de l'alternateur à contrôler, un dérivateur (8) pour ces signaux carrés, deux multivibrateurs monostables (121, 122) commandés l'un par les impuslions dérivées positives, l'autre par les impulsions dérivées négatives et produisant chacun des signaux carrés dont la durée correspond à 900 de la phase du réseau, deux portes (171, 172) recevant chacune sur une de leurs entrées les signaux carrés issus de l'un des deux multivibrateurs monostables, des moyens (14) pour produire des signaux carrés dont les flancs montants sont calés sur le passage à zéro de la tension stator US d'un alternateur, un dérivateur (15) pour ces signaux carrés issus de la tension du stator, les impulsions dérivées qui en résultent étant amenées sur l'autre des entrées des deux portes (171, 172) une mémoire bistable dont les deux états sont déclenchés par les signaux issu des portes, chaque signal carré produit correspon dant ainsi à une rotation de l'angle interne de l'alternateur, un compteur à présélection (24) pour déclencher un moyen de signalisation et/ou de commande lorsque le nombre de rotation de l'angle interne de l'alternateur par unité de temps atteint une valeur présélectionnée du compteur. 20) Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un multiplicateur (26) de la tension et du courant stator pour produire une valeur fonction de la puissance active de l'altervateur, des comparateurs (28) pour comparer la valeur obtenue avec des tensions de référence positive et négative, une mémoire bistable (32) produisant un signal carré, correspond à une inversion de puissance, chaque fois que les comparateurs constatent le passage en colncidence de la valeur fonction de la puissance active avec d'une part la référence positive et d'autre part la référence négative, ce signal carré correspondant à une inversion de puissance de l'alternateur, un compteur à présélection (35) pour déclencher un moyen de signalisation et/ou de commande lorsque le nombre d'inversions de puissance par unité de temps atteint la valeur préselectionnée du compteur, de moyens pour la remise automatique à zéro des compteurs et mémoires dans le cas ou les nombres de passages en inversion de puissance ou le nombre de tours de l'angle interne présélectionnés ne seraient pas atteints.