Brevet FR2803042A1 — publié le 20010629

PROCEDE ET DISPOSITIF DE LOCALISATION DE DÉFAUT POUR LIGNES PARALLELES DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un procédé de localisation de défaut dans un tronçon de lignes de transmission parallèles, comprenant les opérations qui consistent à mesurer les intensités et tensions deux lignes, en un point ou emplacement de mesure se trouvant à une extrémité du tronçon, déterminer la distance du défaut ("fault distance") entre l'emplacement de la mesure et le défaut comme une solution à une equation du second ordre ayant la distance du défaut comme variable. ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION Des lignes de transmission électriques sont essentielles pour distribuer de l'electricité en continu à des utilisateurs finals, depuis une centrale électrique, et sont ainsi conçues pour garantir une distribution fiable avec la plus grande continuité possible. Du fait de la complexité croissante du système de distribution d'électricité et du fait que les lignes de transmission sont exposées à la majorité des courts-circuits qui se produisent dans le système de distribution entier et sont également les parties les plus difficiles à entretenir à inspecter, des outils de localisation de défaut efficaces représentent un énorme avantage du point de vue économique. La technologie numérique actuelle permet la mise en ceuvre d'algorithmes de localisation de défauts élaborés. L'article "An accurate locator with compensation for apparent reactance in the fault resistance resulting from remote-end infeed", IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol. PAS-104, N 2, Février 1 décrit un procédé de localisation de défaut. Le procédé utilise des intensites et des tensions de phases enregistrées à l'extrémité rapprochée. La caractéristique principale réside dans le fait que l'on considère l'influence éléments entrants à l'extrémité éloignée de la ligne de transmission à l'aide modèle de réseau complet. Un microprocesseur filtre les intensités et tensions de signaux alternatifs pour extraire les composantes fondamentales des signaux. II calcule ensuite la distance jusqu'au point du défaut, en compensant la réactance apparente de la résistance du défaut résultant du courant de charge et les variations des angles d'impédance dans le réseau. Le procédé décrit dans l'article ci-dessus et décrit dans brevet U S N 4 559 491 vise principalement des procédés de localisation de défaut dans des lignes simples. Une localisation de défaut précise dans des lignes parallèles nécessite la compensation de deux effets :l'effet des éléments entrants à l'extrémité eloignée en cas de défauts, à travers une résistance de défaut, et l'effet du couplage mutuel entre les lignes pour la séquence homopolaire ( zero sequence ). Des contre-mesures de ces effets sont mises en oeuvre, par exemple, dans le dispositif de localisation de défaut asymétrique proposé dans l'article ci-dessus. Le procédé cité utilise les mesures locales (tensions de phase, intensités de phase en sortie de la ligne défectueuse, après et avant le défaut, et un courant de séquence homopolaire en sortie de la ligne saine), ainsi que les paramètres d'impédance pour la ligne pour les systèmes de distribution équivalents aux deux extrémités de la ligne. Comme l'impédance du système à l'extrémité éloignée n'est pas mesurable avec le procédé asymétrique, le dispositif de localisation de défaut selon l'article utilise les valeurs représentatives des impédances (pour séquence directe ( positive sequence )). Ceci est possible, du fait de la robustesse relativement grande de cet algorithme vis-à-vis de la discordance entre la valeur réelle et la valeur représentative. Cependant, dans des cas extrêmes de grande discordance, c'est la source d'erreur supplémentaire de l'algorithme de localisation de défaut. De plus, les impédances des sources subissent également des changements du fait d'un défaut. De plus, s'il y a une liaison supplémentaire entre les points, l'impédance de cette liaison équivalente devrait être prévue dans l'algorithme de localisation de défaut et, bien évidemment, l'imprécision de ces données affecte la localisation du defaut également. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION L'objet de la présente invention consiste à mettre à disposition un procédé et un dispositif de localisation de défaut qui ne nécessite pas de connaitre les impédances des sources des systèmes se trouvant derrière à la fois les points et l'impédance de la liaison équivalente entre les points, et n'utilise pas non plus les mesures avant défaut. L'objet est obtenu par les parties caractérisantes des revendications et 5. Le procédé selon la présente invention présente des avantages rapport aux procédés mentionnés ci-dessus. Du fait de l'utilisation des composantes symétriques des tensions et intensités mesurées localement i n'est pas nécessaire d'obtenir les impédances des sources, ni par mesure ri par calcul, pour déduire la distance du défaut. Le présent procédé nécessite uniquement les paramètres d'impédances des lignes. Cela rend le procédé, et les algorithmes utilisés, plus robustes et plus fiables vis-à-vis de la discordance entre la valeur réelle et la valeur représentative, et indépendants des imprécisions des données utilisées. outre, si une liaison supplémentaire est aménagée entre les points, son impédance n'affecte pas le présent procédé. En conséquence, le présent procédé ne nécessite aucune mesure avant défaut pour déduire la distance du défaut. Les bénéfices et avantages ressortiront plus précisément de la description détaillée de la présente invention et des dessins ci-joints. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Dans la description détaillée de l'invention, il sera fait référence aux dessins 'joints, dans lesquels figure 1 est un arrangement schématique de lignes de transmissions parallèles d'un dispositif de localisation de défaut; figure 2 présente un arrangement d'un réseau en séquence directe des lignes transmission parallèles; figure 3 présente un arrangement d'un réseau en séquence inverse ( negative sequence ) des lignes de transmission parallèles; figure 4 présente un arrangement d'un réseau en séquence homopolaire des lignes de transmission parallèles; figure 5 présente un exemple de défaut apparaissant sur lignes de transmission ; figure 6 présente un autre exemple de défaut; figure 7 présente un exemple de la connexion d'un dispositif de localisation de défaut selon l'invention à un appareil de protection ligne existant * et figure 8 présente un exemple de dispositif et de système mise en oeuvre du procédé. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION figure 1 présente un arrangement schématique d'un tronçon d'une ligne d'alimentation triphasée, comprenant des lignes de transmission parallèle LA, LB placées entre deux points A et B. Une liaison équivalente EL est également prévue entre les points. Un dispositif de localisation de défaut FLAA est placé au point A et connecté aux lignes de transmission. Le dispositif de localisation de défaut est pourvu de moyens de mesure et de traitement d'informations concernant les tensions et intensités des phases des lignes de transmission. Sur la figure 1, un défaut F est situé quelque part sur la ligne LA. Les tensions des phases VA, les intensités des phases IAA à partir de la ligne défectueuse LA et les intensités des phases IAB à partir de la ligne saine LB sont introduites dans le dispositif de localisation de défaut FAA. Z o est l'impédance pour le couplage en séquence homopolaire entre les lignes LA et LB. Les figures 2, 3 et 4 présentent respectivement les réseaux en séquence directe, en séquence inverse et en séquence homopolaire. Pour la séquence inverse, on suppose que l'impédance de la ligne de transmission ZLA, = Z,,,2. Selon la présente invention, il est proposé d'exprimer la séquence directe (V ,) et la séquence inverse (VF2) de la tension en un emplacement de défaut F, en prenant en compte le chemin du tronçon de ligne défectueux (AF) - les équations (1a) et en prenant le chemin de la ligne saine globale (LB) avec le tronçon de ligne défectueux (BF) - les équations (1 b) YFI i#Al - dZ,41 I AAI E F2 V A2 - d ZL,11 I AA2 (1 a) -E FI = (E41 - ZLBI I ABI) - (I- d)ZLAI I Bal (1 b) v F2 - (v A2 ZLBI I AB2 ) (1 d)ZLAl L A2 En tenant compte du fait que i FI LAI + I BAI I F2 LA , + I 8A, (1 c) et en soustrayant les équations (l a), (1 b), on obtient, pour les termes de séquence directe (IFl) et de séquence inverse (1F2) du courant dans le chemin défectueux Le procédé selon l'invention se fonde sur l'utilisation du modèle de boucle de défaut général capable de couvrir différents types de défauts. C e modèle est exprimé en termes de composantes symétriques mesures locales et des données constantes, par la formule suivante d est inconnue et est la distance du défaut recherchée (p.u.) comptée depuis le point A jusqu'à l'emplacement du défaut F, VA,, VA2, VAO sont les composantes symétriques des tensions mesurées au point local A, IAAi, IAA2, IAAO sont les composantes symétriques des intensités mesurées dans la ligne défectueuse, au point local A, IAB1, IAB2, IAW sont les composantes symétriques des intensités mesurées dans la ligne saine, au point local A, !F1, 1F2 sont les termes des séquences directe et inverse du courant l'emplacement de défaut, déterminés par les équations (2), Z A1, ZLB1 sont les impédances de séquence directe de la ligne défectueuse et de la ligne saine, ZLAO est l'impédance de séquence homopolaire de la ligne défectueuse, Z ,O est l'impédance pour le couplage en séquence homopolaire entre les lignes, RF est la résistance de défaut inconnue, a1, a2, aO, aF,, aF2, aFO sont les coefficients complexes dépendants type de défaut, consignés dans le Tableau 1 ci-après. Tableau 1 - Coefficients de l'équation (3) en fonction du type de défaut Type d ai a2 ao aF1 aFZ AFo défaut a- 1 1 1 0 3 0 b- a*a a 1 0 3/ a*a 0 c- a a*a 1 0 31a 0 a-b 1-a*a 1-a - 0 _ 0 - 33 1,a* - 0 b-c a*a-a a-a*a 0 - 0 a* 0 c-a 1-a 1-a*a 0 0 1-a*a 0 a-b- 1-a*a 1-a 0 1-a*a 1-a*a 0 b-c- a*a-a a-a*a 0 a*a-a a-a*a 0 c-a- 1-a 1-a*a 0 1-a 1-a*a 0 a-b-c ou 1-a*a 1-a 3/(1-a) 0 0 a-b-c où a = expQ2p/3) et a, b et c sont les phases et g est la terre. Les coefficients aFo sont réglés à zéro pour éviter la composante de séquence homopolaire à l'emplacement défaut F car cette composante n'est pas fiable. A titre d'exemple de détermination des coefficients de l'équation (3), nous allons décrire ci-après deux types de défauts (a-g et a-b-g). L'équation de boucle de défaut générale (3) et les équations (2) donnent une équation complexe du second ordre (4), qui peut être résolue pour la distance d recherchée pour un défaut d, et de plus pour la résistance inconnue RF au niveau de ce défaut (4) BIdZ+B y, d+B 3 +BP,=0 où B,f =a,Im,ZL4, +a,IA42 Z L4, +aolA-VZL-V +a"I,@"Zmn, B3 = a, TA, a. U,, + ao U# > By=_B3 - II convient d'observer que les quantités et les coefficients utilisés dans B, - B4 sont définis dans l'équation (3) et dans le Tableau 1. L'équation complexe du second ordre (4) que l'on obtient peut être résolue en deux équations, respectivement une pour les parties réelles et une pour les parties imaginaires. Cela permet de calculer les deux inconnues la distance d du défaut et le résistance RF du défaut. On obtient pour les parties réelles et imaginaires en éliminant la résistance RF inconnue, obtient B;d'+B6id+B; =0 B B1 ReB41m B5 - Bfaï B1 IMB4 Re B6 a. - BtjeBglm Bd. = BCcL- BQ BT4. = 83 j @ 134 1m B7 = 81a.- B3lmBRf, La valeur recherchée de la distance à un défaut est obtenue par la résolution de l'équation quadratique (6) où . z delt 7 La résistance de défaut inconnue RF peut être estimée par. ' B R B@%B `t1 n, titre d'exemple, nous allons décrire ci-après la récupération des coefficients pour deux types de défauts pouvant se produire. Défaut a-a Ce type de défaut est présenté de manière schématique la figure 5. On obtient l'équation de boucle de défaut en prenant la tension de phase défectueuse de la phase a et l'intensité de phase défectueuse de la phase a également, mais compensée vis-à-vis de la composante de séquence homopolaire de la ligne défectueuse LA et également vis-à-vis du couplage mutuel en séquence homopolaire de la ligne saine LB, à savoir Tension de boucle de défaut: vFL-vau a@L-Âj +az@ ,2 +aoL t @j +L ,@z +@ La chute de tension à travers le tronçon de ligne défectueux au voisinage du point local A s'exprime par Finalement, on obtient ai 1 ; a2 =1 =1; Pour déterminer les coefficients aF1, aF2, aFO, on a observé = IFb = IF1 + IF2 + IFO d'où aF1 = aF2 = aF0 = 1 Si l'on tient compte du fait que, dans les phases saines : = IFS = 0, on forme les équations suivantes ce qui établit que les composantes de séquences ont relation suivante : IFi = IF2 = IFO, finalement, IF = IFa = 3 IF2, d'où aF1 = aFo = +, aF2 = 3. Défaut a-b-4 Ce type de défaut est présenté de manière schématique la figure Dans ce cas, on obtient l'équation de boucle de défaut en prenant signal de tension comme la différence des tensions des phases défectueuses à partir des phases a et b, et le signal de courant comme la différence des intensités à partir des phases défectueuses, là encore des phases a b Tension de boucle de défaut chute de tension à travers les deux phases défectueuses tronçon de ligne défectueux (au voisinage du point local A) Finalement, on obtient =1 -a2; =1 a; =0; Pour la détermination des coefficients aF,, aF2, aFO, il a été observé que -1-a2Y aF2=1-a, aFp=0 Un dispositif de localisation de défaut selon la présente invention peut être connecté directement au tronçon de ligne de la manière présentée sur la figure 1, ou par l'intermédiaire d'un appareil de protection de ligne LS, comme on voit sur la figure 7. Les valeurs mesurées des intensités des deux lignes, IAA, IAB, et les tensions VA sont envoyées à l'appareil et au dispositif de localisation de défaut par l'intermédiaire de transformateurs de tensions et d'intensités (non représentés). Dans le cas où un défaut apparaît sur la ligne LA, l'appareil de protection de ligne LS envoie un signal S au dispositif de localisation de défaut. D'une part, ce signal déclenche le démarrage du calcul de distance du défaut par le dispositif de localisation de défaut, et d'autre part, le signal S contient des informations à propos du type de défaut, défini dans le Tableau 1, qui s'est produit. Lorsque nécessaire, l'appareil de protection de ligne peut également envoyer un signal qui déclenche un disjoncteur (non représenté). Si le dispositif de localisation de défaut est connecté directement, il peut être pourvu de ses propres moyens de déclenchement. DESCRIPTION DU MODE DE REALISATION PREFERE La figure 8 présente un mode de réalisation d'un dispositif serrant à déterminer la distance à partir d'un point, à une extrémité d'une ligne de transmission, jusqu'à l'apparition d'un défaut sur la ligne de transmission, selon le procédé décrit, comprenant certains dispositifs de mesure, des convertisseurs de valeurs mesurées, des organes de traitement des algorithmes de calcul du procédé, des moyens d'indication de la distance au défaut calculée et une imprimante pour imprimer le défaut calculé. Dans le mode de réalisation présenté, des dispositifs de mesure 1 à 3 destinés à mesurer en continu toutes les intensités de phase ' la fois à partir de ligne défectueuse LA et de la ligne saine LB et les tensions de phase, sont placés au point A. Dans les convertisseurs de mesures à 6, un certain nombre de ces valeurs mesurées consécutivement, qui, en de présence défaut, sont envoyées à une unité de calcul 7, sont filtrées et mémorisées. L'unité de calcul est dotée des algorithmes de calcul décrits, programmés pour les opérations nécessaires pour le calcul de la distance au defaut et la résistance du défaut. L'unité de calcul reçoit également des valeurs connues, telles que les impédances des lignes. En relation avec l'apparition d'un défaut, des informations concernant le type de défaut peuvent être envoyées à l'unité de calcul pour choisir les bons coefficients. Lorsque l'unité calcul a déterminé la distance au défaut, elle est affichée sur dispositif et/ou envoyée à des moyens d'affichage situés à distance. Une impression des résultats peut également être réalisée. En plus de signaler la distance au défaut, le dispositif peut produire des rapports dans lesquels sont enregistrées des valeurs mesurées des intensités des deux lignes, des tensions, le type de défaut ou d'autres valeurs associées à un defaut donné se trouvant à une certaine distance. L'unité de calcul peut comprendre des filtres pour filtrer les signaux, des convertisseurs A/N pour convertir et échantillonner les signaux, et un microprocesseur. Le microprocesseur comprend une unité centrale de traitement CPU effectuant les fonctions ci-après : la récupération des valeurs mesurées, le traitement des valeurs mesurées, le calcul de la distance au défaut, et l'émission des résultats des calculs. Le microprocesseur comprend en outre une mémoire de données et une mémoire de programme. Un programme informatique servant à mettre en oeuvre un procédé selon la présente invention est mémorisé dans la mémoire de programme. On comprendra que le programme informatique peut également être exécuté sur un ordinateur d'utilisation générale, plutôt que sur ordinateur spécialement conçu. Le logiciel comprend des éléments de codes de programme informatique ou des parties de codes de logiciel qui permettent à l'ordinateur de mettre ledit procédé en oeuvre à l'aide des équations, algorithmes, données et calculs décrits ci-dessus. Une partie du programme peut être mémorisée dans un processeur, comme ci-dessus, maïs également dans une puce RAM, une ROM, une PROM ou une EPROM ou analogue. Le programme peut être mémorisé, en partie ou en totalité, sur ou un autre support pouvant être lu par l'ordinateur, tel qu'un disque magnétique, un CD- ROM ou un DVD, un disque dur, des moyens de stockage de mémoire magnéto-optiques, dans une mémoire volatile, dans une mémoire flash, sous forme de microprogrammes, ou bien stocké sur un serveur de données. L'invention concerne également le procédé pour la mise en ceuvre par un programme informatique du procédé tel que décrit ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comporte la mise en oeuvre des étapes suivantes recevoir des valeurs d'intensités et de tensions des deux lignes, en un emplacement de mesure placé à une extrémité (A) du tronçon, calculer une distance (d) au défaut, entre l'emplacement de mesure et le défaut, comme une solution d'une équation comprenant comme variable la distance (d) au défaut et la résistance du défaut (RF), ainsi que des paramètres dépendant des composantes symétriques des intensités et tensions mesurées localement, dans lequel l'équation est résolue respectivement pour les parties réelles et pour les parties imaginaires, pour éliminer la resistance du défaut (RF), et donner la distance (d) au défaut. Selon une variante, ledit procédé est caractérisé en que lesdites étapes sont mises sous une forme pouvant être lue par un ordinateur. Selon une variante, ledit procédé met en oeuvre programme informatique. On comprendra que les modes de réalisation décrits ci-dessus et présentés sur les dessins doivent être considérés comme exemples non limitatifs de la présente invention, et que celle-ci est définie par les revendications annexées. Revendications 1. Procédé de localisation d'un défaut (F) dans un tronçon de lignes de transmission parallèles, comprenant les opérations qui consistent mesurer les intensités et tensions des deux lignes en point de mesure se trouvant à une extrémité (A) du tronçon, déterminer la distance (d) au défaut, entre le point de la mesure et le défaut, comme une solution à une équation comprenant la distance du défaut (d) comme variable et la résistance du défaut (RF), caractérisé en ce que l'équation est B, d ` + B2 d + B j + B+KF = 0 où les paramètres (B1, B2, B3, B4) dépendent des composantes symétriques des intensités et tensions mesurées localement, et dans lequel l'équation est résolue respectivement pour les parties réelles et pour les parties imaginaires, pour éliminer la résistance du défaut. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en que les paramètres (B1, B2, B3, B4) sont exprimés par a r I .1s11 Z L-V % a 1 I .-t12 Z C.-Il + an I @L-Y@ Z L-p + a, I .-18!) Zm0 , B3 a , + a, P' ,#L 2 + a " T@ IV B9 = -B3 - B> > 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on élimine la résistance du défaut à partir des parties réelles et imaginaires, permettant d'obtenir l'équation quadratique : Bsd l' + B6@ B@ - D et on obtient la valeur recherchée de la distance à un défaut, comme la solution de l'équation quadratique où z delt 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on applique les valeurs mesurées à une boucle de défaut générale exprimée par les coefficients complexes servant pour la récupération des paramètres (B,, B2, B3, B4), et dans lequel les a; sont des types de défauts. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on obtient les termes de séquence directe (IF,) et de séquence inverse (1F2) du courant du tronçon défectueux à partir des formules où ZLA1 et ZLB1 sont les impédances de séquence directe des deux lignes. 6. Dispositif pour la localisation d'un défaut (F) dans un tronçon de lignes transmission parallèles, comprenant des organes de calcul prévus pour calculer, sur la base des valeurs d'intensités et de tensions mesurées au voisinage d'une extrémité dudit tronçon et de l'impédance connue des lignes, la distance entre l'emplacement de mesure et le défaut, caractérisé en ce que les organes de calcul sont prévus pour déterminer, sur la base des informations concernant le type de défaut en question et les quantités complexes des valeurs mesurées, et en utilisant un modèle de réseau, la distance défaut comme la solution d'une équation Bl d Z + BËd + B3 + B4- R,- = 0 ayant comme variable la distance (d) au défaut et la résistance défaut, ' les paramètres (B1, B2, B3, B4) dépendent des composantes symétriques des intensités et tensions mesurées localement, et dans lequel l'équation est résolue respectivement pour les parties réelles et pour parties imaginaires, pour éliminer la résistance du défaut. Utilisation d'un dispositif selon la revendication 6 pour déterminer distance au défaut dans une ligne de transmission parallèle. 8. Utilisation d'un dispositif selon la revendication 6 pour enregistrer signaler des intensités et tensions associées à un défaut, se trouvant à une distance (d) d'un point de mesure (A). 9. Programme informatique comprenant des moyens formant codes informatiques et/ou des parties de codes de logiciel pour permettre à un ordinateur ou un processeur d'effectuer les étapes qui consistent à recevoir des valeurs d'intensités et de tensions des deux lignes, en un emplacement de mesure placé à une extrémité (A) du tronçon, calculer une distance (d) au défaut, entre l'emplacement mesure et le défaut, comme une solution d'une équation comprenant comme variable la distance (d) au défaut et la résistance du défaut (RF), ainsi que des paramètres qui dépendent des composantes symétriques intensités et tensions mesurées localement, dans lequel l'équation est résolue respectivement pour les parties réelles et pour les parties imaginaires, pour éliminer résistance du défaut (RF), et donner la distance (d) au défaut. 1 Programme informatique selon la revendication 9, contenu sur ou dans un support pouvant être lu par un ordinateur. 1 . Procédé pour la mise en ceuvre par un programme informatique du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte la mise en oeuvre des étapes suivantes recevoir des valeurs d'intensités et de tensions des deux lignes, en un emplacement de mesure placé à une extrémité (A) du tronçon, calculer une distance (d) au défaut, entre l'emplacement de mesure et le défaut, comme une solution d'une équation comprenant comme variable la distance (d) au défaut et la résistance du défaut (RF), ainsi que des paramètres qui dépendent des composantes symétriques des intensités et tensions mesurées localement, dans lequel l'équation est résolue respectivement pour les parties réelles et pour les parties imaginaires, pour éliminer résistance du défaut (RF), et donner la distance (d) au défaut. 1 Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que lesdites étapes sont mises sous une forme pouvant être lue par un ordinateur. 13. Procédé selon la revendication 1 ou 12, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre un programme informatique.