Brevet FR2620828A1 — publié le 19890324

LOCALISATEUR DE PANNES SUR UN SYSTEME DE TRANSMISSION D'ENERGIE ELECTRIQUE. La présente invention se rapporte à un localisateur de pannes sur un système de transmission d'énergie électrique. L'une des caractéristiques nécessaires essentielles de tout s stème de transmission d'énergie électrique est le rétablissement rapide du service après une panne. A cet effet, il est important de localiser rapidement l'endroit de la panne, car même si la cause de la panne a disparu, il peut y avoir des éléments endommagés, comme par exemple des isolateurs, qu'il faut remplacer immédiatement. Le problème qui se pose est que les lignes de transport d'énergie électrique traversent souvent de vastes zones géographiques d'accès difficile, surtout lorsque Les conditions climatiques ne sont pas favorables. Dans ce cas, un système de surveillance avec des équipes d'entretien motorisées est peu efficace, car le temps passé à la localisation précise de la panne et à se rendre sur Le lieu de cette panne est généralement très long. C'est pour ces raisons qu'iL apparaît néces- saire d'installer un Localisateur de pannes qui, rapidement (en une minute) et avec une grande précision (3 %), permette de déterminer l'endroit de la panne. De plus, de par sa configuration électronique, le localisateur conserve les données afférentes à la panne, même après que cette panne ait disparu. La distance de la panne, les grandeurs, intensités et tensions avant la panne et après la panne, le type de panne, la résistance, etc... sont fournies par le localisateur avec diverses interfaces qui permettent la transmission desdites grandeurs à différents éléments. La présente invention concerne un locali- sateur de pannes sur un système de transmission d'éner- gie électrique, caractérisé par le fait qu'il comporte: a) un bloc de captage de signaux du réseau constitué: al) d'un module de captage des intensités de chaque phase a2) d'un module de captage des tensions de chaque phase *- a3) d'un module de protection relié aux interrupteurs du réseau, les signaux d'intensité, de tension et d'état des interrupteurs étant trans- mis à b) un bloc de mesure incluant un premier microprocesseur avec mémoires pourvu de moyens pour détecter l'existence d'une panne par comparaison des valeurs mesurées sur chaque cycle des signaux reçus, le signal correspondant étant envoyé à c) un second microprocesseur avec mémoires pourvu de moyens pour calculer par un procédé itératif et un algorithme de localisation de pannes, la distance à laquelle s'est produite la panne et sa résistance, sur la base des équations suivantes: (3,16) (3,26) (3,25) (3,27) (voir page 11) L'invention se caractérise également par le fait que le module de captage des intensités de chaque phase comporte pour chaque phase un transfor- mateur d'intensité d'isolement avec écrans, dont les signaux de sortie sont transmis à des filtres passe-bas. L'invention se caractérise en outre par le fait que le module de captage des tensions de chaque phase comporte pour chaque phase un transformateur de tension d'isolement dont les signaux de sortie sont transmis à des filtres passe-bas. L'invention se caractérise par aiLleurs par le fait que, entre Les filtres passe-bas des signaux de tension et d'intensité, et le zremier microprocesseur, on intercale un circuit multiplexeur dont les signaux de sortie sont transmis à un convertisseur analogique/numérique. L'invention se caractérise également par le fait que le premier microprocesseur avec mémoires a Les capacités de comparer Les valeurs mesurées de chaque signal aux valeurs correspondantes du cycle antérieur, en sorte que si pour le signal de tension comme pour Le signal d'intensité de l'une quelconque des phases, il résulte de la comparaison que la différence entre les valeurs est supérieure dans l'absolu à des seuils prédéterminés sur "n" cas suc:essifs, Laissant supposer la possibilité d'une panne, et si dans un temps prédéterminé on reçoit également le signal du module de protection d'activation des interrupteurs, alors les données stockées sont transmises au second microprccesseur et l'on considère donc qu'il y a effectivement une panne. L'invention se caractérise en outre par le fait que le second microprocesseur avec mémoires a les capacités pour, après réception des données relatives à l'existence d'une panne et transmises par le premier microprocesseur, faire la différence par phase (A1), (A2), (A3) entre les intensités d'avant la panne et les intensités d'après la panne, la phase considérée défaillante étant celle pour laquelle la différence est la plus importante, le microprocesseur ayant également les capacités pour calculer les quotients entre chacune des deux autres valeurs de différence et la différence la plus importante, ce qui permet de déterminer qu'il y a également une défaillance sur l'une ou sur les deux autres phases au cas ou le quotient correspondant est supérieur à 0,65 environ. L'invention se caractérise par ailleurs par le fait qu'elle inclut un module clavier/affichage d'entrée-sortie en liaison avec le premier et le second microprocesseurs, permettant d'inziquer s'iL y a une ou deux pannes ou défaillances, avec les données chiffrées afférentes à chacune des pannes. L'invention se caractérise également par Le fait qu'en liaison avec le second microprocesseur, il y a un module de sortie numérique/analogique et un module de télémétrie. L'invention se caractérise en outre par le fait que le module clavier/affichage est pourvu de moyens pour introduire dans le premier microprocesseur la valeur des seuils prédéterminés. L'invention se caractérise par ailleurs par le 4ait que le premier microprocesseur et ses mémoires sont pouJvus Ses moyens Dermettant, une fois détectée la possibilité d'une panne et un certain temps prédéterminé écoulé sans qu'ait été reçu le signal de validation du module de protection, au premier microprocesseur de revenir à sa situation normale en effaçant de la mémoire les données antérieurement acquises. L'invention se caractérise égaLement par le fait que, avant l'algorithme de localisation de pannes, est prévu un filtre de régénération du type- méthode de Kalman. L'invention se caractérise en outre par le fait que le second microprocesseur avec ses mémoires comporte les moyens permettant, en cas d'existence possible d'une panne, s'il arrive successivement que l'interrupteur reste en position ouverte pour une période supérieure à une durée prédéterminée, la ligne étant mise en fonctionnement et l'interrupteur étant ouvert, ou encore au cas o Le courant après panne ne dépasse pas 0,2 In, de traiter Les données transmises du premier microprocesseur au second microprocesseur selon un algorithme différent de l'algorithme de localisation des pannes, et s'il ne se produit aucune ouverture de l'interrupteur, de traiter les données conformément à L'algorithme de localisation des pannes. La figure 1 représente un schéma des blocs du localisateur de pannes dans un système de transmis- sion d'énergie électrique. La figure 2 représente un schéma d'un circuit équivalent au système sans pannes. La figure 3 représente un schéma de panne du système de la figure 2 sur La base du principe de suoerposition. La figure 4 représente un schéma de réseau auxiliaire du schéma de La figure 3 permettant d'obtenir Le schéma de La figure 2 sur La base du DrinciDe de superposition. Le Localisateur comporte quatre blocs interconnectés entre eux ainsi qu'entre leurs différents modules, grâce aux barres omnitus correspondantes. Les quatre tLocs sont les suivants: un bloc de captage de signaux 1, un bloc de mesure 2, un bloc de caLcul 3, un bloc de périphériques 4. Le bloc de captage de signaux 1 comporte Les modules suivants: - un module d'intensité 5 incluant les trois transformateurs 13 d'intensité de phase R.S.T. Il s'agit de transformateurs d'isolement à écrans pour protection contre Les transitoires du réseau 11. Le signal de sortie de chacun des transformateurs est'envoyé au bloc de mesure 2 après passage par un filtre passe-bas 6. Le module comporte un dispositif de court-circuit des transformateurs lorsque le bloc est Débranché. - un module de tension 7 incluant les trois transformateurs de tension 14. Il s'agit de transformateurs d'isolement et le signal de sortie est également envoyé au bloc de mesure 2 après passage par un filtre passe-bas 8. - un module de protection 9 qu, par l'intermédiaire d'un accouplement optique, est relié aux interrupteurs de protection 10 propres à la ligne 11, le signal indiquant l'état desdits interrupteurs 10 étant transmis au bloc de mesure 2. - un relais avertisseur 12 indcquant si le localisateur est ou non en état de fonctionnement, qu'il s'agisse d'une défaillance interne ou d'une défaillance de l'alimentation auxiliaire. Il entre dans les objectifs de l'invention que les modules mentionnés ou ceux qui sont décrits ci-après puissent permettre de changer l'emplacement du bloc. Les signaux en provenance des filtres passe-bas 6, 8 sont transmis par un circuit muLtiptexeur 15 et un échantillorneur-bloqueur 16 à. un convertisseur 17 analogique-numérique qui les envoie à un premier microprocesseur 18 que nous appellerons CPU-1, avec mémoires 19. En régime de fonctionnement normal, le bloc de mesure 2 traite les six signaux du réseau 11 à raison de trente deux opérations par cycle. Le CPU1 est programmé avec un algorithme de détection de panne. Grâce à cet algorithme, il compare les valeurs mesurées de chaque signal avec les mesures correspondantes du cycle antérieur. On considérera qu'il y a une panne sur la ligne si, en conséquence de cette comparaison il apparaît qu'aussi bien pour le signal de tension que pour le signal du courant de l'une quelconque des phases, dans une durée de temps déterminée, la différence en valeur absolue est supérieure à des seuils prédéterminés, pendant cinq opérations consécutives. Les seuils de détection de panne pourront être introduits par consigne au moyen du module clavier/ affichage 20. Les seuils suivants sont prévus comme seuils minimum de détection de panne: tensions: 3 % -- intensités: 20 % Une fois détectée la possibilité d'une panne, le CPU-1 se met en attente de recevoir le signal 21 de vatidation ou d'ouverture de l'interrupteur en provenance du module de protection 9. indépendamment du fait que ce signal aura été reçu avec une plus ou moins grande promptitude, le CPU-1 continue de stocker des données sur le réseau jusqu'à ce qu'aient été effectués qujatre cycles après le momernt o la panne a été cdétectée. Au cas o l'interrupteur 10 ne serait pas activé au bout de une à deux secondes après le moment de détection de la panne, le CPU-1 reviendra à son état rormaL d'acquisition de données et de détection de panne, les données stockées antérieurenent étant effacées. Si, pendant cette période, l'interrupteur est activé, le CPU-1 enverra alors les données correspondantes au bloc de calcul 3, à un second microprocesseur 22 que nous appellerons CPU-2 (six cycles avant panne et quatre après panne). Une fois la transmission des données accomplie, et que l'inter- rupteur ait été automatiquement fermé ou qu'iL soit resté ouvert, le CPU1 ne sera pas activé et ne recevra pas de données du réseau pendant une période de normali- sation du réseau de deux secondes. La liaison entre le CPU-1 et le CPU-2 se fait par voie canal série, les données et les algorithmes du programme correspondant étant stockés pour le CPU-2 dans ses mémoires 24. Si l'interrupteur reste ouvert pendant une période supérieure à deux secondes et que l'on remette la ligne en fonctionnement, produisant en conséquence une ouverture de l'interrupteur 10, les données recueillies seront traitées par un algorithme "essai ce ligne" du CPU-2. S'il ne se produit aucune ouverture de l'interrupteur 10 pendant deux secondes, après la fermeture, Les données relatives aux pannes détectées seront traitées par un algoritHme de localisa- tion de pannes. Avant d'être traités par l'algorithme de localisation de pannes, les signaux sont régénérés par un filtre du type méthode de Kalman. Quand, lors d'une ouverture manJelle de la Ligne, l'algorithme de détection de panne du CPU-1 détecte une panne, Le CPU-1 agit normalerent en transmet- tant les oonnées stockées concerenant la carne au CPU-2, lequel, après filtrage des données, disting.era en tant "qu'ouverture manuelle" de la ligne les cas dans lesquels le courant après panne ne dépasse pas 0,2 In. IL pourrait arriver que, sans qu'il y ait eu détection de panne sur la ligne, Le signal de validation 21 de l'interrupteur 10 soit reçu. Cela suppose le stockage de quatre cycles postérieurs à la détection de l'ouverture et la signalisation de l'anomalie au CPU-2. Dans les deux cas, Le CPU-2 n'effectuera pas le calcul de la distance et sortira un message par L'imprimante 23 indiquant: "déclenche- ment de l'interrupteur sans conditions de calcul" ou un autre texte équivalent. L'algorithme utilisera comme Points d'informa- tion de référence ceux d'un cycle d'avant-panne situé un cycle avant le moment de la panne, et ceux de 1,5 cycle d'après-panne situé à partir du troisième cycle après le moment de La détection de La panne. Pour calculer la distance qui sépare du lieu o se produit La panne, on utilise l'algorithme de localisation des pannes déduit des figures 2, 3 et 4 pour lesquelles on a appliqué le principe de superposition sur les générateurs du modèle de la figure 2 éouivatant au système sans panne, pour - Le décomposer en un système avec pannes (figure 3) et un réseau auxiLiaire (figure 4). Sur ces figures, les abréviations représentées ont Les significations suivantes: : distance jusqu'à La panne, exprimée en pourcentage ZL: imé:ance totale ce séquence recte de La Liane YL: admittance totale de séquence directe de la ligne ZO: imncédance totale de séquence homopoLaire de L la ligne Y0: admittance totale de séquence homopolaire de L La ligne Zp: impédance en paraLLèle avec La ligne ZA, ZB: impédances réduites des extrêmes Z1, ZL, Z0: impédances équivalentes au réseau en triangle Zp, ZA, ZB V: tensions I: intensités Les indices indiquent Le lieu auqueL il est fait référence: par exemple: V1F = tension en 1F Les indices ont les significations suivantes: i) le premier des indices (Lettre ou chiffre) décalés vers le bas représente l'emplacement relatif à la grandeur indiquée, sur la ligne: 1 = extrémité o est situé le localisateur; 2 = extré-ité opposée au localisateur. ii) le second des inoices oécaLés vers Le bas (F, A ou O) représente le type de réseau: F = réseau avec panne, A = réseau auxiliaire, O = réseau sans panne. iii) les indices décalés vers te haut (D, I, o, représentent des grandeurs de séquence directe, inverse et homopolaire, respectivement). Les pannes peuvent être en triphasé, en biphasé ou en monophasé. Il est nécessaire de savoir, avant de connaître la distarce à laqueLLes les pannes se trouvent, quel est le type de panne qui s'est produit et quelles sont les phases impLiluées. A cette fin, on emploie une méthode basée sur le change- ment provoqué dans ta composante de 50 Hz des intensités des phases, avant la panne et après la panne. On soustrait les intensités d'après la panne des intensités d'avant La panne, pour chacune des phases. Soit A1, A2 et A3 les valeurs obtenues. La plus grande des trois est considérée comme étant la phase défaillante. Supposons que ce soit A1. On caLcute tes Quotients K1 = A2/A1 et K2 = A3/A1. Si K1 et/ou K2 sont supérieurs à une valeur pré-déterminée, on considère qu'iL s'agit de phases défaillantes. S'ils sont irfér eurs s une autre valeur déterminée, on considère qu'il s'agit de phases nondéfaillantes. La valeur respective de ces deux seuils est 0,7 et 0,4, Le diagnostic étant indéterminé au cas o Les valeurs Ce K se situe- raient entre ces deux seuils. Pour le calcul des distances et en appliquant les caractéristiques propres à chaque type de panne, on utilise les équations suivantes: (1+ p2ZLyL) VIF = PZLI 1F + VF (3,16) IF = ElI1A+EVYLV1A (3,26) ZL+Z1+ 1+(1-P) ZLYLI Z2 DI = (1-p) ZL+ E+(1-p)2zLy] z2 (3,25) PZL + El1ip(1-p) ZLYLIZ2 DV = (l-p) ZL + [1 + (1-p)2zLYLIZ2 E! = DI + PZLYL (3,27) Ev = DV + + + p2 ZLyL Ces équations sDrt valables pc-r les trois réseaux de séquence. Les équations (3,16) et (3,26) avec leurs équations auxiliaires (3,27) et (3,25) permettent de calculer La distance (P) et la résistance de ta cause originaire de la panne, grâce à un procédé itératif. Lorsqu'il se produit une panne, les données Qui y sont relatives sort envoyées par tes différentes périphériques de sortie. Etant donné que Le système peut stocker les données relatives à deux pannes différentes, le module d'affichage 20 est capable d'indiquer s'il y a une ou deux pannes dont les données sont stockées, avec les chiffres afférents à chacune de ces pannes. Le système comporte également un module de sortie numérique/analogique 25 et un module de télémétrie 26 ainsi que des modules optionnels 27 de types divers. Revendications 1. Localisateur de panne sur un système de transmission d'énergie électrique, caractérisé par le fait qu'il comporte: a) un bloc de captage des signaux du réseau incluant al) un module de captage des intensités (5) de chaque phase a2) un module de captage des tensions (7) de chaque phase a3) un module de protection (9) relié aux interrupteurs (10) du réseau, les signaux d'intensité, de tension et d'état des interrupteurs étant transmis à: b) un bloc de mesure (2) comportant un premier microprocesseur avec mémoires po-rvu des moyens permettant de détecter l'existence d'une panne par comparaison des valeurs mesurées sur chaque cycle des signaux reçus, le signal correspondant étant transmis à: c) un second microprocesseur (22) avec mémoires, pourvu des moyens permettant de calculer par un procédé itératif et un algorithme de localisa- tion de pannes, la distance à laquelle s'est produite la panne et sa résistance, sur la base des équations suivantes: (1+p2zLyL) VIF = PZLI1F + VF IF = E1 1 A+EVYLV1 A ZL+Z1+ [1+(1-P) ZLYLI Z2 DI= (l-p) ZL+ 1+(1-p)2zLy] z2 PZL + 1+p(1-p) ZLYLIZ2 DV = (1-p) ZL + [1 + (1-p)2zLYLlZ2 EI = DI + PZLYL EV = DV + 1 + p2 ZLYL 2. Localisateur de pannes sur un système de transmission d'énergie électrique, selon la revendi- cation 1, caractérisé par le fait que le module de captage des intensités de chaque phase comporte pour chaque phase un transformateur d'intensité (13) d'iso- lement avec écrans, dont les signaux de sortie sont transmis à des filtres passe-bas (6). 3. Localisateur de pannes sur un système de transmission d'énergie électrique, selon la reven- dication 1, caractérisé par le fait que Le module de captage des tensions de chaque phase comporte, pour chaque phase, un transformateur (14) de tension d'isolement dont les signaux de sortie sont transmis à des filtres passe-bas (6). 4. Localisateur de pannes sur un système de transmission d'énergie électrique, selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'entre les filtres passe-bas des signaux de tension et d'intensité, et le premier microprocesseur, on intercale un circuit multiplexeur (15) dont les signaux de sortie sont transmis à un convertisseur analogique/numérique (17). 5. Localisateur de pannes sur un système de transmission d'énergie électrique, selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que Le premier microprocesseur avec mémoires a Les capacités de comparer les valeurs mesurées de chaque signal aux valeurs correspondantes du cycle antérieur, en sorte que si pour le signal de tension comme pour Le signaL d'intensité de L'une quelconque des phases, il résulte de la comparaison que la diffé- rence entre les valeurs est supérieure dans l'absolu à des seuils prédéterminés sur "n" cas successifs, laissant supposer La possibilité d'une panne, et si dans un temps prédéterminé on reçoit également Le signal du module de protection d'activation des interrupteurs, alors ies données stockées sont transmi- ses au second microprocesseur et L'on considère donc qu'il y a effectivement une panne. 6. LocaLisateur de pannes sur un système de transmission d'énergie électrique, selon les reven- dications I1 et 5, caractérisé par le fait que te second microprocesseur à mémoires a les capacités pour, une fois reçues les données relatives à L'existence d'une panne et transmises par le premier microprocesseur, faire la différence par phase (A1), (A2), (A3) entre les intensités d'avant La panne et les intensités d'après la panne, la phase considérée défaillante étant celle pour laquelle la différence est la plus grande, Le microprocesseur ayant également les capacités pour calculer les quotients entre chacune des deux autres valeurs de différence et la différence la plus grande, ce qui permet de déterminer qu'il y a également une défaillance sur l'une ou sur les deux autres phases au cas o le quotient correspondant est supérieur à 0,65 environ. 7. LocaLisateur de pannes sur un système de transmission d'énergie électrique, selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le localisateur inclut un module clavier/affichage d'entrée-sortie en liaison avec le premier et le second microprocesseurs, pourvu des moyens d'indiquer s'il y a une ou deux pannes pour lesquelles les données ont été stockées, avec les éléments chiffrés afférents à chacune des pannes. 8. Localisateur de pannes sur un système de transmission d'énergie électrique, selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'en liaison avec le secono microprocesseur, il y a un module de sortie numérique/anatogique (25) et un module de télémétrie (26). 9. Localisateur de pannes sur un système de transmission d'énergie électrique, selon Les reven- dications 5 et 7, caractérisé par Le fait que le module ctavier/affichage est pourvu de moyens pour introduire dans te premier microprocesseur la valeur des seuLs prédéterminés. 10. LocaLisateur de pannes sur un système de transmission d'énergie électrique, selon la revendi- cation 5, caractérisé par le fait que le premier microprocesseur avec mémoires est pourvu des moyens permettant, une fois détectée la possibilité d'une panne et un certain temps prédéterminé s'étant écoulé sans qu'ait été reçu le signal de validation du module de protection, au premier microprocesseur de revenir à sa situation normale en effaçant de la mémoire les données antérieurement acquises. 11. Localisateur de pannes sur un système de transmission d'énergie électrique, seLon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait qu'avant l'algorithme de localisation des pannes, est prévu un filtre de régénération du type méthode de KaLman. 12. Localisateur de pannes sur un système de transmission d'énergie électrique, seLon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que le second microprocesseur avec ses mémoires comporte les moyens permettant, en cas d'exis- tence possible d'une panne, s'il arrive successivement que l'interrupteur reste en posiiton ouverte pendant une période supérieure à une durée prédéterminée, la ligne étant mise en fonctionnement et l'interrupteur étant ouvert, ou encore au cas o le courant après panne ne dépasserait pas 0,2 In, de traiter les données transmises du premier microprocesseur au second micro- processeur seLon un algorithme différent de L'algorithme de localisation des Dannes, et s'it ne se produit aucune ouverture de L'interrupteur, oe traiter les données conformément à l'algorithme de Localisation des pannes.