Brevet FR2853466A1 — publié le 20041008

PROCEDE DE DETERMINATION DE L'INSTANT DE FERMETURE D'UN DISJONCTEUR SUR UNE LIGNE HAUTE TENSION La présente invention concerne un procédé de détermination de l'instant de fermeture d'un disjoncteur sur un réseau électrique comportant 5 une ligne de transport triphasée et une source haute tension. Le procédé selon l'invention est plus particulièrement adapté aux lignes très haute tension, c'est à dire avec une tension nominale de source égale à plusieurs centaines de kV. Un tel réseau électrique peut être modélisé en première 10 approximation par le schéma équivalent représenté en figure 1. Le réseau 1 comporte: une source S de tension, - une ligne de transport triphasée L, - un disjoncteur 6, - une réactance shunt 5 de compensation, - un transformateur 4 capacitif de tension. La tension de la source S est une très haute tension ayant par exemple une valeur nominale de 500 kV et une fréquence de réseau de 50 Hz. La ligne de transport triphasée L est par exemple une ligne de longueur 400 km permettant de transporter trois phases A, B et C. On entend par disjoncteur aussi bien un disjoncteur commandé par trois commandes unipolaires indépendantes associées chacune à une phase qu'un disjoncteur commandé par une commande unique tripolaire. De façon 25 générale, le disjoncteur triphasé 6 comporte au moins trois chambres de coupure associées chacune à une des phases A, B ou C. En cas de tension nominale élevée, plusieurs chambres de coupure peuvent être connectées en série. Le disjoncteur 6 comporte donc au moins trois couples de contacts, chaque couple étant associé à une des trois phases de la ligne L et 30 permettant d'interrompre tout courant circulant entre la source S et la ligne L par séparation des deux contacts en cas de défaut sur la phase associée, le F:\Salle\FP000619\PREMDEP'ADMIN\texte déposé.doc premier contact étant du côté de la source et le deuxième contact étant du côté de la ligne. Seuls deux contacts 7 et 8 associés à une phase du disjoncteur 6 sont représentés en figure 1. La réactance shunt 5 de compensation est par exemple une bobine 5 d'inductance permettant de compenser la puissance réactive capacitive des longues lignes de transport d'énergie électrique à haute tension. Le transformateur 4 capacitif de tension situé en début de ligne permet de mesurer la tension du côté ligne du disjoncteur. Un changement brusque de configuration du réseau de transport 10 d'énergie engendré par le fonctionnement d'un disjoncteur provoque une surtension transitoire rapide, dite surtension de manoeuvre, qui se propage sur le réseau. Ces surtensions de manoeuvre peuvent apparaître à l'ouverture ou à la fermeture des disjoncteurs. Etant donné que l'utilisation des disjoncteurs sans réamorçage s'est généralisé (c'est à dire avec 15 réenclenchement automatique du disjoncteur après ouverture), c'est à la fermeture et surtout à la refermeture d'une ligne ayant conservé une charge piégée qu'apparaissent les plus fortes surtensions. Une première solution à ce problème consiste à utiliser un système auxiliaire comportant une résistance dite de fermeture en série avec une 20 paire de contacts auxiliaires, ledit système auxiliaire étant monté en parallèle avec la chambre de coupure. Les contacts auxiliaires sont actionnés quelques instants avant l'entrée en contact des contacts principaux de façon à insérer dans le circuit la résistance de fermeture. L'enclenchement en deux temps permet de réduire très efficacement les surtensions de fermeture. Cette première solution, quoique très efficace, présente l'inconvénient d'être très coûteuse. Une seconde solution consiste à contrôler les instants de fermeture des disjoncteurs en utilisant des dispositifs électroniques de synchronisation remplaçant les résistances de fermeture. De tels dispositifs permettent la 30 manoeuvre synchronisée d'une ligne de transport haute tension. Ainsi, lorsqu'il se produit un défaut monophasé (qui représente plus de 90% des défauts de lignes) sur une ligne haute tension il se peut, dans F:\Salle\FP000619\PREMDEP'ADMIN\texte déposé.doc certains réseaux, que l'élimination du défaut passe par l'ouverture tripolaire du disjoncteur suivie d'une refermeture presque immédiate (entre 300 ms et ls) pour essayer d'assurer la continuité de service. Dans ce cas, deux des phases sont donc manoeuvrées à vide par un des disjoncteurs d'extrémité de 5 ligne. Lors de la refermeture, il est nécessaire de fermer les contacts du disjoncteur au bon moment (c'est à dire sensiblement au moment o la tension aux bornes des contacts du disjoncteur est nulle) sur ces deux phases à vide, pour limiter les surtensions à une valeur adéquate. Ce moment varie selon la configuration du réseau et doit être déterminé par un 10 algorithme de fermeture en fonction des signaux de tension mesurés sur le réseau et qui lui sont fournis. Le choix du bon moment de la refermeture est fait à partir de l'analyse de la tension aux bornes des contacts du disjoncteur de chaque phase saine. Toutefois, la mise en oeuvre de cette seconde solution pose 15 également certaines difficultés. Ainsi, les lignes compensées par réactance shunt ont la particularité, après une ouverture, d'osciller à une fréquence de l'ordre de 50 à 90% de la fréquence du réseau. Cette fréquence d'oscillation est principalement liée à la capacité de la ligne et à sa réactance de compensation shunt. La tension 20 qui apparaît aux bornes du disjoncteur présente donc des battements plus ou moins prononcés selon le degré de compensation qui varie en fonction de la puissance qui transite. Lors d'une synchronisation à la refermeture, il faut donc viser un zéro de ce battement pour limiter les surtensions. La détermination du zéro de ce battement n'est pas facile dans la mesure o, en 25 pratique, la phase en défaut influe sur le signal des deux phases saines de sorte que le signal obtenu que l'on doit analyser aux bornes des contacts du disjoncteur des deux phases saines est de forme très complexe et difficile à analyser. En conséquence, les résultats peuvent ne pas atteindre la précision de synchronisation souhaitée. L'obtention d'un résultat satisfaisant, 30 c'est à dire avec un degré de confiance déterminé, impose un temps de convergence relativement long de l'algorithme de fermeture utilisé. F:\Salle\FP000619\PREMDEP'ADMIN\texte déposé.doc La présente invention vise à fournir un procédé de détermination de l'instant de fermeture d'un disjoncteur sur un réseau électrique permettant d'améliorer la qualité des signaux à analyser et de diminuer ainsi le temps de convergence de l'algorithme utilisé pour la détermination de l'instant de 5 fermeture des contacts du disjoncteur après ouverture tripolaire due à la présence d'un défaut monophasé. La présente invention propose à cet effet un procédé de détermination de l'instant de fermeture d'un disjoncteur sur un réseau électrique, ledit réseau comportant: 10 - une source haute tension, - une ligne de transport triphasée, - un disjoncteur comportant au moins trois couples de contacts, chaque couple étant associé à une des trois phases de ladite ligne et permettant d'interrompre tout courant circulant entre ladite source et 15 ladite ligne par séparation desdits deux contacts en cas de défaut sur la phase associée, le premier contact étant du côté de la source et le deuxième contact étant du côté de la ligne, - une réactance shunt de compensation pour compenser la puissance réactive capacitive de ladite ligne, ledit instant de fermeture étant déterminé en cas de séparation des contacts de chaque couple de contacts en présence d'un défaut sur l'une des trois phases, ladite détermination dudit instant de fermeture étant réalisée en utilisant les étapes suivantes: - mesure de la tension entre le contact côté ligne et la terre pour chacune des phases, - mesure de la tension entre le contact côté source et la terre pour au moins une phase, - détermination de la tension entre le contact côté source et la terre 30 pour chacune des phases, ladite détermination dudit instant de fermeture étant caractérisé en ce qu'elle comporte en outre les étapes suivantes: F:\Salle\FP000619\PREMDEP'ADMIN\texte déposé.doc - calcul pour deux phases distinctes, dites première et deuxième phase, de la différence entre la tension entre le contact côté ligne et la terre pour ladite première phase et la tension entre le contact côté ligne et la terre pour ladite deuxième phase, le calcul étant effectué pour chaque couple de phases distinctes, calcul de la différence entre la tension entre le contact côté source et la terre pour ladite première phase et la tension entre le contact côté source et la terre pour ladite deuxième phase, le calcul étant effectué pour chaque couple de phases distinctes, - détermination dudit instant de fermeture à partir desdites différences de tension. Grâce à l'invention, l'algorithme de détermination de fermeture va utiliser des données d'entrée correspondant à la différence de signaux entre deux phases du côté de la source et du côté de la ligne. Le procédé selon 15 l'invention permet ainsi notamment de calculer la différence de tension entre deux phases saines du côté ligne et du côté source. La phase en défaut influe sur le signal des deux phases saines et le fait de travailler sur la différence de signaux entre deux phases saines permet d'éliminer l'influence de la phase en défaut. On récupère ainsi un signal de forme beaucoup plus 20 simple à analyser. Ceci permet d'utiliser des algorithmes de détermination de l'instant de fermeture avec un temps de convergence réduit pour un degré de confiance donné. Il est nécessaire de faire le calcul de la différence pour chaque couple de phases distinctes puisqu'on ignore à l'avance quelle est la phase en défaut. De manière avantageuse, ladite détermination dudit instant de fermeture est réalisée en comparant lesdites différences de tensions entre deux phases saines côté ligne et côté source. Avantageusement, ladite détermination dudit instant de fermeture est réalisée par la détermination d'un instant o les deux signaux correspondant 30 aux dites différences de tensions entre deux phases saines côté ligne et côté source sont sensiblement égaux et présentent une même monotonie sur un intervalle non nul autour dudit instant. F:\Salle\FP000619\PREMDEP\ADMIN\texte déposé.doc Avantageusement, ladite détermination de la tension entre le contact côté source et la terre pour chacune des phases est réalisée en effectuant un déphasage de 1200 et de 2400 de ladite tension mesurée entre le contact côté source et la terre pour au moins une phase. Avantageusement, ladite mesure de la tension entre le contact côté ligne et la terre pour chacune des phases est réalisée à l'aide d'un transformateur de tension. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description suivante d'un mode de réalisation de 10 l'invention donné à titre illustratif et nullement limitatif. Dans les figures suivantes: - La figure 1 représente le schéma équivalent d'un réseau électrique très haute tension, - La figure 2 représente shématiquement les trois phases d'une ligne 15 très haute tension telle que représentée en figure 1, sur lesquelles est mis en oeuvre un procédé selon l'invention, - La figure 3 représente deux signaux de tension obtenus par le procédé selon l'invention. Dans toutes les figures, les éléments communs portent les mêmes 20 numéros de référence. La figure 1 a déjà été décrite en relation avec l'état de la technique. La figure 2 représente shématiquement les trois phases A, B et C d'une ligne haute tension telle que la ligne représentée en figure 1 sur lesquelles est mis en oeuvre un procédé selon l'invention. Le disjoncteur 6 comporte trois couples de contacts (7A, 8A), (7B, 8B) et (7C, 8C), chaque couple étant associé à une des trois phases A, B ou C et permettant d'interrompre tout courant circulant entre la source S et la ligne L par séparation des deux contacts en cas de défaut sur la phase associée, le premier contact étant du côté de la source et le deuxième 30 contact étant du côté de la ligne. Faisons l'hypothèse que l'une des phases A, B ou C présente un défaut; en conséquence, le disjoncteur 6 est ouvert pour les trois phases A, F:\Salle\FP000619\PREMDEP'ADMIN\texte déposé.doc B et C, séparant ainsi le côté source S du côté ligne L; on parle d'ouverture tripolaire du disjoncteur sur un défaut monophasé. L'objectif du procédé selon l'invention est de fournir à un algorithme de détermination de l'instant de fermeture du disjoncteur 6 des signaux de 5 données faciles à analyser. Cet algorithme doit déterminer un instant de fermeture pour lequel les tensions aux bornes des contacts du disjoncteur sont sensiblement nulles. L'algorithme utilisé peut être par exemple un algorithme utilisant une méthode de Prony, un algorithme de reconnaissance par neurones ou un algorithme d'analyse par ondelettes tel que décrit dans 10 l'ouvrage " ondelettes et algorithmes concurrents " (Y. Meyer, Hermann, 1992). Le procédé selon l'invention comporte une première étape de mesure des tensions ULAO, ULBO et ULoe entre les contacts côté ligne des phases A, B et C et la terre. Ces trois mesures sont réalisées à l'aide de trois 15 transformateurs capacitifs de tension non représentés et associés chacun à une phase. En parallèle, le procédé comporte également une étape de mesure d'une tension, pour au moins une phase A, B ou C, entre le contact côté source de cette phase et la terre. Soit USAO cette tension entre le contact 20 côté source de la phase A et la terre. Les deux autres tensions USBO et USco entre les contacts pour les phases B et C et la terre sont déduites de la tension USAO par un déphasage de 120 et 240 du signal USAO. Le procédé selon l'invention comporte alors une étape de calcul des 25 six différences suivantes: USAO - USBO = USAB USAO - USCo = USAC USBO - UScO = USBC ULAO - ULBO = ULAB ULAO - ULco = ULAC ULBO - ULco = ULBc F:\Salle\FP000619\PREMDEP'ADMIN\texte déposé.doc Ces six différences sont d'une part les trois différences de tensions entre deux phases différentes du côté source et d'autre part les trois différences de tensions entre deux phases différentes du côté ligne. Supposons que le défaut initial concerne la phase A. La phase A en défaut influe sur les deux phases saines B et C. Les différences USBO - USCO = USBc et ULBO - ULco = ULBC permettent de supprimer l'effet de la phase A sur les phases B et C, la phase A agissant de manière sensiblement identique sur les deux autres phases saines B et C. De cette manière, on obtient deux signaux de forme beaucoup plus simple à 10 analyser que des signaux obtenus directement par les différences USBO ULBO et USoC - UL0o; de telles différences restent en effet perturbées par la phase en défaut et fournissent des signaux très difficiles à analyser par la suite. Notons qu'il est nécessaire de calculer les six différences et non 15 seulement les différences liées aux deux phases saines puisque l'on ignore à l'avance quelle est la phase en défaut. Les six différences correspondant aux signaux USAB, USAC, USBC, ULAB, ULAC et ULBC sont ensuite fournis en tant que données d'entrée de l'algorithme de détermination qui déterminera l'instant de la commande de 20 fermeture du disjoncteur 6. La figure 3 représente ainsi un exemple de différences de tensions USBC (=USBO - USco) et ULBC (= ULBO - ULco) en fonction du temps en cas de défaut sur la phase A. Les signaux USBC et ULBC sont des signaux quasi sinusoïdaux très peu perturbés et donc relativement simples à analyser pour 25 l'algorithme de détermination. Une façon pour déterminer l'instant T de fermeture consiste par exemple à se placer à un instant o les deux signaux USBc et ULBC sont sensiblement égaux et présentent une même monotonie sur un intervalle non nul autour de T. Les deux flèches représentées sur la figure 3 donnent ainsi 30 deux exemples de choix de l'instant T (dans le premier cas, les deux signaux USBC et ULBC sont croissants autour de T et dans le deuxième cas, les deux signaux USBC et ULBC sont décroissants autour de T). F:\Salle\FP000619\PREMDEP'ADMIN\texte déposé.doc Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit. Notamment, la mesure, pour chacune des phases, de la tension entre le contact côté ligne et la terre a été décrite comme étant réalisée à 5 l'aide d'un transformateur capacitif de tension mais elle peut également être réalisée par un transformateur inductif de tension. F:\Salle\FP000619\PREMDEP\ADMIN\texte déposé.doc REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination de l'instant de fermeture d'un disjoncteur (6) sur un réseau électrique, ledit réseau comportant: - une source haute tension (S), - une ligne de transport triphasée (L), - un disjoncteur (6) comportant au moins trois couples de contacts (7A, 8A, 7B, 8B, 7C, 8C), chaque couple étant associé à une des trois phases (A, B, C) de ladite ligne (L) et permettant d'interrompre tout courant circulant entre ladite source (S) et ladite ligne (L) par 10 séparation desdits deux contacts en cas de défaut sur la phase associée, le premier contact étant du côté de la source et le deuxième contact étant du côté de la ligne, - une réactance shunt (5) de compensation pour compenser la puissance réactive capacitive de ladite ligne (L), ledit instant de fermeture étant déterminé en cas de séparation des contacts de chaque couple de contacts en présence d'un défaut sur l'une des trois phases, ladite détermination dudit instant de fermeture étant réalisée en utilisant les étapes suivantes: - mesure de la tension (ULAO, ULBO, ULCo) entre le contact côté ligne et la terre pour chacune des phases, - mesure de la tension (USAO) entre le contact côté source et la terre pour au moins une phase, - détermination de la tension (USAO, USBO, USco) entre le contact côté 25 source et la terre pour chacune des phases, ladite détermination dudit instant de fermeture étant caractérisé en ce qu'elle comporte en outre les étapes suivantes: - calcul pour deux phases distinctes, dites première et deuxième phase, de la différence (ULAB, ULAC, ULBC) entre la tension entre le contact 30 côté ligne et la terre pour ladite première phase et la tension entre le F:\Salle\FP000619\PREMDEP\ADMIN\texte déposé.doc il contact côté ligne et la terre pour ladite deuxième phase, le calcul étant effectué pour chaque couple de phases distinctes, - calcul de la différence (USAB, USAC, USBC) entre la tension entre le contact côté source et la terre pour ladite première phase et la tension 5 entre le contact côté source et la terre pour ladite deuxième phase, le calcul étant effectué pour chaque couple de phases distinctes, - détermination dudit instant de fermeture à partir desdites différences de tensions. 2. Procédé de détermination de l'instant de fermeture d'un disjoncteur sur 10 un réseau électrique selon la revendication précédente caractérisé en ce que ladite détermination dudit instant de fermeture (T) est réalisée en comparant lesdites différences de tensions (USBC, ULBc) entre deux phases saines côté ligne et côté source. 3. Procédé de détermination de l'instant de fermeture d'un disjoncteur sur 15 un réseau électrique selon la revendication précédente caractérisé en ce que ladite détermination dudit instant de fermeture (T) est réalisée par la détermination d'un instant o les deux signaux correspondant aux dites différences de tensions (USBc, ULBc) entre deux phases saines côté ligne et côté source sont sensiblement égaux et présentent 20 une même monotonie sur un intervalle non nul autour dudit instant. 4. Procédé de détermination de l'instant de fermeture d'un disjoncteur sur un réseau électrique selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite détermination de la tension (USAO, USBO, USco) entre le contact côté source et la terre pour chacune des phases 25 est réalisée en effectuant un déphasage de 1200 et de 240 de ladite tension (USAO) mesurée entre le contact côté source et la terre pour au moins une phase. 5. Procédé de détermination de l'instant de fermeture d'un disjoncteur sur un réseau électrique selon l'une des revendications précédentes 30 caractérisé en ce que ladite mesure de la tension entre le contact côté ligne et la terre pour chacune des phases est réalisée à l'aide d'un transformateur de tension (4). F:\Salle\FP000619\PREMDEP"ADMIN\texte déposé.doc