WO2003043159A1 - Method for making secure a differential protection system of a set of bars in a gas insulation line, and emergency protection system using same - Google Patents

Method for making secure a differential protection system of a set of bars in a gas insulation line, and emergency protection system using same Download PDF

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WO2003043159A1
WO2003043159A1 PCT/FR2002/003862 FR0203862W WO03043159A1 WO 2003043159 A1 WO2003043159 A1 WO 2003043159A1 FR 0203862 W FR0203862 W FR 0203862W WO 03043159 A1 WO03043159 A1 WO 03043159A1
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fault
line
protection system
measurement
signal
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PCT/FR2002/003862
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Jean Marmonier
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Alstom
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/26—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents
    • H02H3/28—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to difference between voltages or between currents; responsive to phase angle between voltages or between currents involving comparison of the voltage or current values at two spaced portions of a single system, e.g. at opposite ends of one line, at input and output of apparatus
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    • H02H3/02—Details
    • H02H3/05—Details with means for increasing reliability, e.g. redundancy arrangements

Definitions

  • the subject of the invention is a method for securing a busbar differential protection system in a gas-insulated line, for implementing an emergency protection system intended to be triggered in the event of non-operation. of the differential protection system following the appearance of an electrical fault such as an internal arc at a phase conductor in said line.
  • An internal arc is called an insulation fault between a phase conductor and the metal envelope of the line, which causes an electric arc and therefore a short-circuit current between the phase and the earth.
  • An internal arc causes the gas to heat up and therefore an increase in pressure in the envelope. It is normally eliminated by the busbar differential protection in a sufficiently short time (typically around 60 msec, this time including the issuance of the trip order and the breaking of the short-circuit current by the circuit breaker) so that its consequences are limited. If the busbar differential protection or an associated circuit breaker does not work, conventional emergency protections are generally provided to eliminate the fault. However, the time required to eliminate the fault can reach 1 sec to 1.5 sec, in particular in the case of overhead cable line feeders when these feeders are equipped with differential cable protections. In such a case, the fault can only be eliminated by remote overcurrent protections. Although the fault elimination time is a function of the network protection system, it generally remains greater than 400ms.
  • Maintaining an insulation fault for such a period of the order of a second or more generally causes a large increase in the pressure of the insulating gas in at least one gas compartment of the line. Excessive pressure can cause the opening of a rupture disc of the metal casing and the release of hot gases under high pressure with projection of molten materials, especially if the casing is also perforated by the internal arc . Such a possibility then constitutes a real danger for the safety of the operator's personnel.
  • An easy method to limit the risk of expelling hot gases is to increase the thickness of the envelope, but this method does not prevent the internal arc from remaining in the gas. In addition, even if the limits of the opening of the rupture disc and the perforation of the envelope are moved back, the risk of expulsion of hot gases is not eliminated in the event of a long-term fault, since the pressure gas continues to increase with the maintenance of the fault.
  • Another method is to duplicate the busbar differential protection to reduce the risk of non-elimination of the fault. However, it should be noted that the risk of inadvertent tripping of the differential busbar protection function is then increased, which operators do not want. In addition, low intensity faults can be lower than the operating thresholds of the busbar differential protections, as explained below.
  • the object of the invention is to limit the risk of gas expulsion, and thus to increase safety with regard to personnel, by a reliable and relatively economical method.
  • the subject of the invention is a method for securing a differential protection system intended to trigger an emergency protection system in the event of the differential protection system not functioning following the appearance of an electrical fault. in the line.
  • This process is based on the measurement of at least two independent physical quantities by measurement systems independent of the differential protection system, the measurements of each quantity being analyzed to produce a signal which constitutes an index of presumption of the presence or of the 'absence of a fault in the line.
  • a trip initialization signal authorizes an emergency protection trip unit to wait for a possible validation signal which will be generated if the fault n 'has not been eliminated by the differential protection system after a specific time delay.
  • This validation signal causes the closure of at least one quick-disconnecting earthing device arranged in the line.
  • the following two independent quantities are measured:
  • the measurement gas pressure being used on the one hand to produce a signal which is taken into account by an input-output system for the initialization of the triggering of the emergency protection and on the other hand to locate a fault at the level a gas compartment in the event that this signal constitutes an indication of the presumption of the presence of such a fault.
  • the zero sequence current measurement can be used both for initialization and for validation of the triggering of the emergency protection.
  • Initialization of tripping of the emergency protection can also call for the measurement of the electrical voltage at different points of each phase conductor in the line.
  • the invention also relates to an emergency protection system implementing the security method, characterized in that it comprises: - at least two measurement systems independent of the differential protection system, each measurement system being dedicated to the measurement of a physical quantity and connected to a comparator system making it possible to compare the measurement signal with a determined threshold in order to provide an index of presumption of the presence or absence of a fault in the line, - a input-output system having a logic AND circuit function, which receives as input logic signals supplied by said comparator systems and which can return as output a trigger initialization signal to a trigger unit for emergency protection,
  • control means to determine whether a fault has been eliminated by the differential protection system at the end of a determined time delay following the presumption of the presence of such a fault, these means being able to produce a validation signal from the emergency protection trip to the trip unit,
  • one or more rapid earthing sectioning devices which are arranged in the line and whose closing commands can receive a closing order from said triggering unit.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a portion of gas insulated power line, for which the security method according to the invention can be implemented.
  • FIG. 2 is an illustration of the general principle of operation of the security method according to the invention.
  • FIG. 3 is an illustration of a particular embodiment of the securing method according to the invention, in the event of detection of a fault in a line as shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 is an illustration of the triggering of '' emergency protection as part of the particular embodiment illustrated in Figure 3.
  • FIG. 1 a portion of gas-insulated line (4) is shown schematically and comprises a single-phase conductor 5 in a metal casing filled with gas, for each compartment 6 delimited by insulation cones.
  • the portion of line shown here consists of a double busbar connected to a feeder by switch disconnectors, according to a conventional diagram.
  • a current I flows through a certain circuit depending on the open or closed state of each line switch disconnector.
  • such a line comprises gas pressure sensors 8, distributed in the various compartments 6.
  • potential transformers 9 arranged for example on the set of bars allow reading the voltage of each phase.
  • FIG 2 a three-phase busbar 3 of a gas-insulated line is shown with feeders which are perpendicular to it.
  • this busbar 3 is protected against fault currents by a differential protection system 2, to which current transformers transmit the value of the currents in module and in phase at the ends of the current node which constitutes the set of bars.
  • the differential protection system performs the vector sum of the currents, the sum of which the module must not exceed a certain operating threshold close to zero, since in theory this vector sum must be zero in the absence of a fault in the play area of bars covered by the system.
  • the operating threshold should not, however, be set too low, in order not to cause inadvertent tripping of the protection simply because of statistical errors in the current measurement. If this threshold is exceeded, it is very likely that a real fault has appeared, and the differential protection system then triggers the opening of one or more circuit breakers 17. Although current differential clearance protection systems bars manage to eliminate faults in most situations, however there can be extreme cases where a fault will not be eliminated.
  • measurement systems 10 independent of the differential protection system 2 are used to measure at least two independent physical quantities, such as Gl and G2, and each representative of the operating state of the line.
  • These physical quantities can be the gas pressure in each compartment of the line, the electric voltage of each phase conductor, the UHF electromagnetic waves in the line (characteristics of partial discharges predicting a fault), or even the light intensity. in a compartment (to detect an internal arc), without this list being exhaustive.
  • the measurement 10 ′ of a physical quantity presents characteristic modifications which constitute a strong indication of presumption of the presence of a fault in the line. For example, when a fault such as an internal arc occurs in a compartment of the line, the measurement of the pressure of the compartment by at least one sensor 8 increases suddenly. This measurement 10 ′ is transmitted to a comparator system 11 which makes it possible to compare it with a specific determined threshold and to output a signal 11 ′ hereinafter called the presumption signal and which is a function of the result of this comparison.
  • This presumption signal 11 ′ is preferably normalized in a logical form, and is sent to an input of an input-output system 12 capable of cross-checking the signals that it receives by performing, for example, a logical AND operation between his entries.
  • crossing the specific threshold for measuring the pressure implies that a presumption signal 11 ′ corresponding to the logic state "1" is sent by a comparator system 11 to a logic input of the system 12.
  • a presumption signal 11 ' which is a function of the result of the comparison of the measurement with a specific threshold.
  • comparator systems 11 do not necessarily all operate on the principle of crossing a determined threshold.
  • a system 11 can also analyze a spectrum (for example in frequency) of the measurement signal and compare it with a predefined spectrum, if the nature of the physical quantity measured requires it.
  • the signal 12 ' is sent to a tripping unit 14 of the emergency protection, intended to control the triggering of at least one device 16 for rapid earthing disconnection arranged in line 4 at the level of the busbar 3 or line departures.
  • This first step of transmitting an order to the trigger unit 14 constitutes the initialization of the trigger.
  • the effective triggering of a device 16 for rapid earthing sectioning is carried out only after a second step of validation of the trip order. The more the number n of measured and used quantities increases, the more theoretically the probability of detecting the presence of a real defect.
  • the emergency protection system is intended to be tripped only in the event of the differential protection system not operating, including the non-operation of a circuit breaker controlled by the differential protection. It would indeed be useless and restrictive for the operator to activate the emergency protection before knowing whether the differential protection has effectively eliminated the fault.
  • this unit can only control the devices 16 from the instant to + Td, and on condition that it receives validation information for the trip order according to which the fault has not been eliminated.
  • this information can be obtained by control means which measure the same independent quantities as those already used to obtain the indications of presumption of the presence of a defect. For other configurations, it may be necessary for these control means to measure at least one other independent quantity.
  • the current 1 ⁇ which goes up by the neutral of the power transformer located in the substation can be measured by a current transformer surrounding the neutral to earth connection, as shown diagrammatically in Figure 4. It can also be measured by summing the phase currents which in theory is equal at 3x1 ⁇ , as well as to measure the part of the zero sequence current which flows up through the neutral of the power transformer located at the end of the line.
  • the measurements of the two parts of the zero sequence current can possibly be cumulated even if the measurement of a single part is sufficient in most cases. These measurements are particularly reliable because the zero sequence current only exists if the fault is present, and therefore disappears with the fault.
  • the homopolar current is thus comparatively more exploitable for the validation of the triggering of the emergency protection than the voltage of the busbar whose state becomes low during the fault but remains low even after this fault has disappeared.
  • phase currents are perfectly usable without performing the sum of these currents, provided that thresholds for detecting overcurrent (or short-circuit) of phase current are set above the value of the nominal current. Even if this method does not make it possible to measure resistant faults, this does not constitute a problem for the application to gas-insulated lines since there are no resistant faults in such lines in which the metallic envelopes are exposed. the earth and in which any electric arcs are always short. This method is however less sensitive than that using the measurement of zero sequence current, because of the relatively high level of detection thresholds.
  • a third quantity G3 can be measured in addition to the pressure of the insulating gas in the various compartments of the line and the electrical voltage at the level of the busbar or of the feeders.
  • sequence G3 the zero sequence current on the power transformers connected to the busbar and on the line feeders. It should be noted that this zero sequence current appearing at the same time as the fault, its measurement can be used not only for validation but also for initialization of the tripping of the emergency protection, in which case the voltage measurement appears optional to conclude that a fault exists during the initialization of the tripping.
  • the validation of the initial order for tripping of the emergency protection can be carried out by the same process as the initialization which led to this order, that is to say by carrying out at the same time to + Td the same logical AND operation. than that already carried out at time t ⁇ with the indices of presumption of the presence of a defect obtained from the same quantities measured.
  • this validation process it is not essential to reconsider the presumption indices for all the quantities initially measured. We can for example consider that there will be no significant increase in the risk of inadvertent tripping of the emergency protection if only the measurement of the zero sequence current is taken into account for validation.
  • the validation signal sent to the triggering unit 14 at the instant to + Td is a signal 13 coming from the logic AND circuit 12 as shown in FIG. 2.
  • the logic signal 11 'supplied at the output of a comparator system 11 can be diverted to the trigger unit 14 for the validation of a trigger order.
  • the electronic circuit used for this validation can be produced in different ways and without particular difficulty by a person skilled in the art who will be able to choose the appropriate configuration according to the quantities measured and the components used.
  • the objective of the validation circuit of the initial trip order is always the same: in an extreme case where the differential protection system did not operate correctly after a given time delay, the trip unit 14 must command the triggering of at least one device 16 for rapid earthing disconnection.
  • At least one device 16 is provided per phase conductor of the line, the number of these devices depending on the configuration of the busbar zone covered by the differential protection system 2.
  • the tripping unit 14 is connected to any the devices 16 assigned to secure a given system 2.
  • the measurement of one or more physical quantities is used by means of locating the fault, and the location information is transmitted to the unit 14 which determines the device or devices 16 to be triggered to eliminate the fault or at least the '' Attenuate enough so that it no longer generates an excessive increase in gas pressure.
  • the unit 14 intersects this fault location information with information that it receives on the topology of the electrical circuit as a function of the open or closed state of each switch of the line, the unit being also informed about the topology of the fast earthing disconnection devices 16 arranged in line.
  • This cross-checking of information makes it possible to command the triggering of a limited number of devices 16 which can eliminate or attenuate the fault taking into account the state topology of the circuit at the time when this fault is detected.
  • only the device or devices 16 which are closest to the compartment where the fault has been located and which are electrically connected to this compartment receive a closing order in the event of tripping of the emergency protection.
  • the devices 16 are provided so that a closing order is sent to only one of them to electrically connect the ground to the phase conductor on which the fault has occurred.
  • the devices 16 for rapid earthing cultivation are preferably pre-armed knife disconnectors of known type, which can therefore be triggered without requiring energy. This also has advantages in terms of reliability and speed of tripping. On the other hand, intervention is necessary at the level of the compartment where such a disconnector has tripped, after the elimination of the fault, to reset or replace this earthing disconnector.
  • the emergency protection system according to the invention is preferably supplied autonomously, and in any case is not supplied by the current transformers which usually supply the differential busbar protection. Indeed, these transformers could have been inhibited by mistake, for example in the event of maintenance, and then both the differential protection and the emergency protection would be rendered inoperative in the case of a power supply common to the two protections. Likewise, the supply polarity of the emergency protection system must be different from the supply polarity of the busbar differential protection system in order to reduce the risk of a common mode fault between the two systems.
  • a comparator system 11 can be integrated in the same apparatus as the sensor to which it is connected, this apparatus then forming a protection relay assigned to the quantity measured.
  • FIG 3 the single-phase gas-insulated line 4, a portion of which is shown in Figure 1, is equipped with a differential protection system, not shown, which is secured by an emergency protection system according to the invention.
  • a differential protection circuit breaker 17 is arranged downstream of the busbar switch disconnectors.
  • the pressure P of the insulating gas in the different compartments (Cl, C2, C3, C4) of the line as well as the electric voltage U of the phase conductor in the line are here measured for the implementation of the securing method according to invention.
  • the choice of these quantities are motivated in particular by the fact that the measurement systems used are generally already installed for monitoring the operation of the line.
  • the pressure sensors 8 are generally each integrated into a gas density monitoring sensor.
  • the pressure measurement can be used to locate a possible fault such as an internal arc 7 at a gas compartment.
  • the use of pressure sensors 8 and potential transformers 9 already present on the line thus makes it possible to limit the cost of installing the emergency protection system according to the invention.
  • each signal 10 ′ for measuring the pressure P or the voltage U is sent to a comparator system 11 making it possible to compare it to a specific determined threshold and to output a logic signal which is sent to an input of a logical AND circuit 12.
  • the pressure value is normally almost constant over a short period, and the appearance of an internal arc 7 causes a rapid increase in pressure at least in the compartment C2 where occurred the arc.
  • the signal which is transmitted by at least one pressure sensor 8 to a comparator system 11 thus quickly exceeds the pressure threshold for which this comparator 11 is set.
  • the internal arc 7 causes a current leakage Ii between the phase conductor and the metallic envelope connected to earth.
  • the current I passing through the busbar therefore increases significantly in order to be able to supply the start of the line with a current Ii, which causes a drop in the voltage U.
  • a comparator system 11 which operates as a relay with a minimum of voltage, is set to a determined threshold so that the absolute value of the voltage U remains below this threshold in the event of a voltage drop.
  • This comparator outputs a logic signal "1" if the measured voltage remains below the threshold for a minimum duration.
  • the voltage drop suggests the presence of an internal arc provided that it is distinguished from the zero crossing of the line voltage in normal operating condition. For example, for a 50 Hz line, a duration between 5 and 10 ms during which the voltage remains low is in most cases sufficient to assume that an internal arc has occurred, in which case a logic signal "1 "is sent to an input of the logic AND circuit 12.
  • the comparator system 11 sends to the triggering unit 14 a start signal with a delay period Td of the order of 100 to 150 ms following which a possible signal of validation of the initial trigger order may be taken into account.
  • Td delay period
  • the initial trigger order represented by the signal 12 ' reaches the unit 14 at an instant t ⁇ which is a function in particular of the thresholds set for the comparators 11 and which is always before instant to + T d .
  • the voltage drop detected at time to is followed by the crossing of a pressure threshold in compartment C2 where the fault appeared, crossing which is detected by a comparator system 11 assigned to the pressure signal.
  • the indices of presumption of the presence of a fault obtained by the measurements of the voltage and the pressure are then cross-checked by the logic AND circuit 12 and allow the sending of the signal 12 'to the triggering unit 14.
  • the emergency protection system here comprises a system 19 for recognizing the state topology of the busbar as a function of the open or closed state of each switch disconnector in the busbar area covered by the differential protection.
  • the recognition system 19 informs the trigger unit 14 which then determines the nearest device (s) 16 whose triggering will allow short -circuit this arc 7 bypass.
  • the state topology represented on the system 19 shows that the positioning of the earthing switch 16 on the busbar in compartment Cl is adequate for short-circuit the internal arc.
  • FIG 4 the circuit breaker 17 of the differential protection system did not open after the time delay Td.
  • the fault constituted by the internal arc 7 has not been eliminated, and a validation signal 13 of the initial tripping order for the control of at least one device 16 for rapid earthing disconnection is transmitted to the trigger unit 14.
  • This validation signal is based here on the measurement of the part of the zero sequence current which closes by the ground network up to the neutral of the power transformer 15 located in the station connected to the busbar, as shown in the diagram to the left of the figure.
  • a current transformer 20 is assigned to the measurement of this zero sequence current 1 ⁇ , this measurement being analyzed by a comparator system which can produce a validation signal as soon as the measured value exceeds a determined threshold.
  • the current transformer 20 and its associated comparator system function as a zero sequence current relay.
  • the trigger unit 14 is authorized to take into account the validation signal 13 at the time to + Td corresponding to the end of the time delay Td. It follows that at the instant tO + Td or a few milliseconds later, a trigger signal 18 is sent by the unit 14 to the closing command of at least one earthing switch 16.
  • the disconnector controlled is located in compartment Cl. The closing of this disconnector 16 causes a strong short-circuit current I3 from the phase to earth, which further accentuates the drop in voltage caused by the arc 7. The intensity I5 of the zero sequence current, that is to say of the current flowing in the arc 7 is therefore greatly reduced and the arc then no longer generates a significant increase in pressure.
  • the measurement of the zero sequence current can be used not only for validation but also for initialization of the triggering of the emergency protection, in which case the measurement of the voltage is not essential.
  • the presence of a zero sequence current alone is not sufficient to conclude that there is a fault in the substation in a metal enclosure monitored by the differential protection. Indeed, a zero sequence current can flow in the network in the event of a fault outside the station concerned by the protection. It is therefore necessary to associate with the measurement of the zero sequence current the measurement of another quantity which will only provide an indication of presumption of the presence of a fault in the event of a fault in the station concerned, which is the case for pressure measurement.
  • this time delay Td can be triggered by this digital relay, or can also be given by a digital pressure relay or by the input-output system 12 as soon as the overlapping of the input signals makes it possible to conclude that there is failure.
  • the value of this time delay Td can be adjusted according to the solution chosen to start its departure.

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Abstract

The invention concerns a security method designed to trigger an emergency protection system in case of failure in a differential protection system (2) following occurrence of an electric fault (7) in the line. Said method consists in measuring at least two independent physical quantities (G1, G2, Gn) with measuring systems (10) independent of the differential protection system (2), the measurements of each quantity being analyzed to produce a signal (11') which constitutes an assumption index of the presence or the absence of a fault in the line. If at least two assumption indices of the presence of a fault match, a triggering initializing signal (12') enables a unit triggering (14) emergency protection to await a possible validation signal (13) which will be generated if the fault has not been eliminated by the differential protection system after a predetermined delay has elapsed. Said validation signal closes at least a fast disconnecting link earthing device (16) provided in the line.

Description

Procédé de sécurisation d'un système de protection différentielle de jeu de barres dans une ligne à isolation gazeuse, et système de protection de secours mettant en oeuvre le procédé.Method for securing a busbar differential protection system in a gas-insulated line, and emergency protection system implementing the method.
L'invention a pour objet un procédé de sécurisation d'un système de protection différentielle de jeu de barres dans une ligne à isolation gazeuse, pour la mise en œuvre d'un système de protection de secours destiné à être déclenché en cas de non fonctionnement du système de protection différentielle suite à l'apparition d'un défaut électrique tel qu'un arc interne au niveau d'un conducteur de phase dans ladite ligne.The subject of the invention is a method for securing a busbar differential protection system in a gas-insulated line, for implementing an emergency protection system intended to be triggered in the event of non-operation. of the differential protection system following the appearance of an electrical fault such as an internal arc at a phase conductor in said line.
On appelle arc interne un défaut d'isolement entre un conducteur de phase et l'enveloppe métallique de la ligne, qui provoque un arc électrique et donc un courant de court-circuit entre la phase et la terre. Un arc interne provoque un échauffement du gaz et donc une augmentation de pression dans l'enveloppe. Il est normalement éliminé par la protection différentielle de jeu de barres en un temps suffisamment court (typiquement d'environ 60 msec, ce temps incluant l'émission de l'ordre de déclenchement et la coupure du courant de court-circuit par le disjoncteur) pour que ses conséquences soient limitées. En cas de non fonctionnement de la protection différentielle de jeu de barres ou d'un disjoncteur associé, des protections de secours classiques sont généralement prévues pour éliminer le défaut. Toutefois, le temps nécessaire à l'élimination du défaut peut atteindre 1 sec à 1,5 sec, notamment dans le cas des départs de lignes aériennes à câbles quand ces départs sont équipés de protections différentielles de câble. En pareil cas, le défaut ne peut être éliminé que par des protections de surintensité éloignées. Bien que le temps d'élimination du défaut soit fonction du système de protection du réseau, il reste en général supérieur à 400ms.An internal arc is called an insulation fault between a phase conductor and the metal envelope of the line, which causes an electric arc and therefore a short-circuit current between the phase and the earth. An internal arc causes the gas to heat up and therefore an increase in pressure in the envelope. It is normally eliminated by the busbar differential protection in a sufficiently short time (typically around 60 msec, this time including the issuance of the trip order and the breaking of the short-circuit current by the circuit breaker) so that its consequences are limited. If the busbar differential protection or an associated circuit breaker does not work, conventional emergency protections are generally provided to eliminate the fault. However, the time required to eliminate the fault can reach 1 sec to 1.5 sec, in particular in the case of overhead cable line feeders when these feeders are equipped with differential cable protections. In such a case, the fault can only be eliminated by remote overcurrent protections. Although the fault elimination time is a function of the network protection system, it generally remains greater than 400ms.
Le maintien d'un défaut d'isolement pendant une telle durée de l'ordre de la seconde ou plus provoque généralement une forte augmentation de la pression du gaz isolant dans au moins un compartiment de gaz de la ligne. Une pression excessive peut provoquer l'ouverture d'un disque de rupture de l'enveloppe métallique et la libération de gaz chauds sous forte pression avec projection de matériaux en fusion, à fortiori si l'enveloppe est en plus perforée par l'arc interne. Une telle éventualité constitue alors un réel danger pour la sécurité du personnel de l'exploitant.Maintaining an insulation fault for such a period of the order of a second or more generally causes a large increase in the pressure of the insulating gas in at least one gas compartment of the line. Excessive pressure can cause the opening of a rupture disc of the metal casing and the release of hot gases under high pressure with projection of molten materials, especially if the casing is also perforated by the internal arc . Such a possibility then constitutes a real danger for the safety of the operator's personnel.
Une méthode simple pour limiter le risque d'expulsion de gaz chauds consiste à augmenter l'épaisseur de l'enveloppe, mais cette méthode n'empêche pas le maintien de l'arc interne dans le gaz. De plus, même si les limites de l'ouverture du disque de rupture et de la perforation de l'enveloppe sont reculées, le risque d'expulsion de gaz chauds n'est pas supprimé en cas de défaut de longue durée, puisque la pression du gaz continue à augmenter avec le maintien du défaut. Une autre méthode consiste à dupliquer la protection différentielle de jeu de barres pour réduire le risque de non élimination du défaut. Il faut cependant noter que le risque de déclenchement intempestif de la fonction protection différentielle de jeu de barres est alors augmenté, ce que ne souhaitent pas les exploitants. En outre, des défauts de faible intensité peuvent être inférieurs aux seuils de fonctionnement des protections différentielles de jeu de barres, comme expliqué plus loin. Ces défauts peuvent pourtant créer après quelques secondes des niveaux de surpression élevés pouvant entraîner une expulsion de gaz. Les deux méthodes ci-dessus présentent donc chacune des inconvénients, sans compter le surcoût relativement important qu'elles impliquent. L'invention a pour but de limiter le risque d'expulsion de gaz, et d'augmenter ainsi la sécurité vis à vis du personnel, par une méthode fiable et relativement économique.An easy method to limit the risk of expelling hot gases is to increase the thickness of the envelope, but this method does not prevent the internal arc from remaining in the gas. In addition, even if the limits of the opening of the rupture disc and the perforation of the envelope are moved back, the risk of expulsion of hot gases is not eliminated in the event of a long-term fault, since the pressure gas continues to increase with the maintenance of the fault. Another method is to duplicate the busbar differential protection to reduce the risk of non-elimination of the fault. However, it should be noted that the risk of inadvertent tripping of the differential busbar protection function is then increased, which operators do not want. In addition, low intensity faults can be lower than the operating thresholds of the busbar differential protections, as explained below. However, these faults can create high overpressure levels after a few seconds, which can lead to gas expulsion. The two methods above therefore each have drawbacks, without counting the relatively large additional cost that they imply. The object of the invention is to limit the risk of gas expulsion, and thus to increase safety with regard to personnel, by a reliable and relatively economical method.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de sécurisation d'un système de protection différentielle destiné à déclencher un système de protection de secours en cas de non fonctionnement du système de protection différentielle suite à l'apparition d'un défaut électrique dans la ligne. Ce procédé est basé sur la mesure d'au moins deux grandeurs physiques indépendantes par des systèmes de mesure indépendants du système de protection différentielle, les mesures de chaque grandeur étant analysées pour produire un signal qui constitue un indice de présomption de la présence ou de l'absence d'un défaut dans la ligne. Au cas où au moins deux indices de présomption de la présence d'un défaut se recoupent, un signal d'initialisation de déclenchement autorise une unité de déclenchement de la protection de secours à attendre un éventuel signal de validation qui sera généré si le défaut n'a pas été éliminé par le système de protection différentielle à l'issue d'une temporisation déterminée. Ce signal de validation entraîne la fermeture d'au moins un dispositif de sectionnement rapide de mise à la terre disposé dans la ligne. Dans un mode avantageux de mise en œuvre du procédé de sécurisation selon l'invention, les deux grandeurs indépendantes suivantes sont mesurées:To this end, the subject of the invention is a method for securing a differential protection system intended to trigger an emergency protection system in the event of the differential protection system not functioning following the appearance of an electrical fault. in the line. This process is based on the measurement of at least two independent physical quantities by measurement systems independent of the differential protection system, the measurements of each quantity being analyzed to produce a signal which constitutes an index of presumption of the presence or of the 'absence of a fault in the line. In the event that at least two indications of presumption of the presence of a fault overlap, a trip initialization signal authorizes an emergency protection trip unit to wait for a possible validation signal which will be generated if the fault n 'has not been eliminated by the differential protection system after a specific time delay. This validation signal causes the closure of at least one quick-disconnecting earthing device arranged in the line. In an advantageous embodiment of the security method according to the invention, the following two independent quantities are measured:
- la pression du gaz isolant dans les différents compartiments de la ligne,- the pressure of the insulating gas in the different compartments of the line,
- le courant homopolaire qui se referme par le réseau de terre jusqu'au neutre du transformateur de puissance situé dans le poste connecté au jeu de barres et/ou jusqu'au neutre d'un transformateur de puissance situé en extrémité de ligne, la mesure de la pression du gaz étant utilisée d'une part pour produire un signal qui est pris en compte par un système d'entrées-sorties pour l'initialisation du déclenchement de la protection de secours et d'autre part pour localiser un défaut au niveau d'un compartiment de gaz au cas où ce signal constitue un indice de présomption de la présence d'un tel défaut.- the zero sequence current which closes via the earth network up to the neutral of the power transformer located in the substation connected to the busbar and / or to the neutral of a power transformer located at the end of the line, the measurement gas pressure being used on the one hand to produce a signal which is taken into account by an input-output system for the initialization of the triggering of the emergency protection and on the other hand to locate a fault at the level a gas compartment in the event that this signal constitutes an indication of the presumption of the presence of such a fault.
La mesure du courant homopolaire peut être utilisée à la fois pour l'initialisation et pour la validation du déclenchement de la protection de secours. L'initialisation du déclenchement de la protection de secours peut aussi faire appel à la mesure de la tension électrique en différents points de chaque conducteur de phase dans la ligne.The zero sequence current measurement can be used both for initialization and for validation of the triggering of the emergency protection. Initialization of tripping of the emergency protection can also call for the measurement of the electrical voltage at different points of each phase conductor in the line.
L'invention a également pour objet un système de protection de secours mettant en œuvre le procédé de sécurisation, caractérisé en ce qu'il comprend: - au moins deux systèmes de mesure indépendants du système de protection différentielle, chaque système de mesure étant dédié à la mesure d'une grandeur physique et relié à un système comparateur permettant de comparer le signal de la mesure à un seuil déterminé afin de fournir un indice de présomption de la présence ou de l'absence d'un défaut dans la ligne, - un système d'entrées-sorties ayant une fonction de circuit ET logique, qui reçoit en entrée des signaux logiques fournis par lesdits systèmes comparateurs et qui peut renvoyer en sortie un signal d'initialisation de déclenchement à une unité de déclenchement de la protection de secours,The invention also relates to an emergency protection system implementing the security method, characterized in that it comprises: - at least two measurement systems independent of the differential protection system, each measurement system being dedicated to the measurement of a physical quantity and connected to a comparator system making it possible to compare the measurement signal with a determined threshold in order to provide an index of presumption of the presence or absence of a fault in the line, - a input-output system having a logic AND circuit function, which receives as input logic signals supplied by said comparator systems and which can return as output a trigger initialization signal to a trigger unit for emergency protection,
- des moyens de contrôle pour déterminer si un défaut a été éliminé par le système de protection différentielle à l'issue d'une temporisation déterminée suite à la présomption de la présence d'un tel défaut, ces moyens pouvant produire un signal de validation du déclenchement de la protection de secours à destination de l'unité de déclenchement,- control means to determine whether a fault has been eliminated by the differential protection system at the end of a determined time delay following the presumption of the presence of such a fault, these means being able to produce a validation signal from the emergency protection trip to the trip unit,
- un ou plusieurs dispositifs de sectionnement rapide de mise à la terre qui sont disposés dans la ligne et dont les commandes de fermeture peuvent recevoir un ordre de fermeture de ladite unité de déclenchement.one or more rapid earthing sectioning devices which are arranged in the line and whose closing commands can receive a closing order from said triggering unit.
L'invention, ses caractéristiques et ses avantages, sont précisés dans la description qui suit en rapport avec les figures ci dessous.The invention, its characteristics and its advantages are detailed in the description which follows in relation to the figures below.
La figure 1 est une représentation schématique d'une portion de ligne électrique à isolation au gaz, pour laquelle le procédé de sécurisation selon l'invention peut être mis en œuvre. La figure 2 est une illustration du principe général de fonctionnement du procédé de sécurisation selon l'invention.Figure 1 is a schematic representation of a portion of gas insulated power line, for which the security method according to the invention can be implemented. FIG. 2 is an illustration of the general principle of operation of the security method according to the invention.
La figure 3 est une illustration d'un mode particulier de réalisation du procédé de sécurisation selon l'invention, en cas de détection d'un défaut dans une ligne telle que représentée à la figure 1. La figure 4 est une illustration du déclenchement d'une protection de secours dans le cadre du mode particulier de réalisation illustré à la figure 3.FIG. 3 is an illustration of a particular embodiment of the securing method according to the invention, in the event of detection of a fault in a line as shown in FIG. 1. FIG. 4 is an illustration of the triggering of '' emergency protection as part of the particular embodiment illustrated in Figure 3.
Figure 1, une portion de ligne à isolation au gaz (4) est représentée schématiquement et comprend un conducteur 5 monophasé dans une enveloppe métallique remplie de gaz, pour chaque compartiment 6 délimité par des cônes d'isolation. La portion de ligne représentée est ici constituée d'un double jeu de barres relié à un départ par des sectionneurs d'aiguillage, selon un schéma classique. Un courant I parcourt un certain circuit en fonction de l'état ouvert ou fermé de chaque sectionneur d'aiguillage de la ligne. De façon classique, une telle ligne comprend des capteurs 8 de pression du gaz, répartis dans les différents compartiments 6. Parmi les dispositifs de surveillance de l'état d'une telle ligne, des transformateurs de potentiel 9 disposés par exemple sur le jeu de barres permettent de relever la tension de chaque phase. Figure 2, un jeu de barre triphasé 3 d'une ligne à isolation au gaz est représenté avec des départs qui lui sont perpendiculaires. Les trois conducteurs de phase sont le plus souvent disposés chacun dans une enveloppe métallique distincte, mais il existe aussi des lignes où les conducteurs sont tous disposés dans une même enveloppe, la présente invention Rappliquant aussi bien aux deux types de construction. De façon classique, ce jeu de barres 3 est protégé contre les courants de défaut par un système de protection différentielle 2, auquel des transformateurs de courant transmettent la valeur des courants en module et en phase aux extrémités du nœud de courant que constitue le jeu de barres. Le système de protection différentielle effectue la somme vectorielle des courants, somme dont le module ne doit pas dépasser un certain seuil de fonctionnement proche de zéro, puisqu'en théorie cette somme vectorielle doit être nulle en l'absence de défaut dans la zone de jeu de barres couverte par le système. Le seuil de fonctionnement ne doit pas toutefois être réglé trop bas, pour ne pas provoquer de déclenchement intempestif de la protection du simple fait des erreurs statistiques sur la mesure du courant. En cas de dépassement de ce seuil, il est très probable qu'un véritable défaut soit apparu, et le système de protection différentielle déclenche alors l'ouverture d'un ou plusieurs disjoncteurs 17. Bien que les systèmes actuels de protection différentielle de jeu de barres parviennent à éliminer les défauts dans la plupart des situations, il peut néanmoins se produire des cas extrêmes où un défaut ne sera pas éliminé.Figure 1, a portion of gas-insulated line (4) is shown schematically and comprises a single-phase conductor 5 in a metal casing filled with gas, for each compartment 6 delimited by insulation cones. The portion of line shown here consists of a double busbar connected to a feeder by switch disconnectors, according to a conventional diagram. A current I flows through a certain circuit depending on the open or closed state of each line switch disconnector. Conventionally, such a line comprises gas pressure sensors 8, distributed in the various compartments 6. Among the devices for monitoring the state of such a line, potential transformers 9 arranged for example on the set of bars allow reading the voltage of each phase. Figure 2, a three-phase busbar 3 of a gas-insulated line is shown with feeders which are perpendicular to it. The three phase conductors are most often each arranged in a separate metal casing, but there are also lines where the conductors are all arranged in the same casing, the present invention is equally applicable to the two types of construction. Conventionally, this busbar 3 is protected against fault currents by a differential protection system 2, to which current transformers transmit the value of the currents in module and in phase at the ends of the current node which constitutes the set of bars. The differential protection system performs the vector sum of the currents, the sum of which the module must not exceed a certain operating threshold close to zero, since in theory this vector sum must be zero in the absence of a fault in the play area of bars covered by the system. The operating threshold should not, however, be set too low, in order not to cause inadvertent tripping of the protection simply because of statistical errors in the current measurement. If this threshold is exceeded, it is very likely that a real fault has appeared, and the differential protection system then triggers the opening of one or more circuit breakers 17. Although current differential clearance protection systems bars manage to eliminate faults in most situations, however there can be extreme cases where a fault will not be eliminated.
Tout d'abord, des défauts de faible intensité peuvent parfois être inférieurs aux seuils de fonctionnement des protections différentielles, et créer des niveaux de surpression dangereux. Ensuite, il pourrait arriver qu'un système de protection différentielle soit accidentellement désactivé pendant une maintenance, et qu'un défaut électrique tel qu'un arc interne survienne dans la ligne précisément pendant cette période de désactivation. Les conséquences pour le personnel de maintenance pourraient alors être dramatiques. Enfin, une défaillance du fonctionnement de la protection différentielle est également envisageable, et même si un système de protection a bien détecté un défaut, il se peut que le défaut ne soit pas éliminé si jamais un disjoncteur commandé par la protection différentielle ne se déclenche pas.First of all, low intensity faults can sometimes be lower than the operating thresholds of the differential protections, and create dangerous overpressure levels. Then, it could happen that a differential protection system is accidentally deactivated during maintenance, and that an electrical fault such as an internal arc occurs in the line precisely during this deactivation period. The consequences for maintenance personnel could then be dramatic. Finally, a fault in the operation of the differential protection can also be envisaged, and even if a protection system has detected a fault correctly, the fault may not be eliminated if a circuit breaker controlled by the differential protection does not trip .
Afin d'améliorer encore la sécurité des systèmes de protection différentielle existants, la demanderesse se propose de détecter un défaut tel qu'arc interne qui ne serait pas éliminé rapidement, par des techniques totalement indépendantes du système de protection différentielle et du système de protection en général. A cet effet, des systèmes de mesure 10 indépendants du système de protection différentielle 2 sont utilisés pour mesurer au moins deux grandeurs physiques indépendantes, telles que Gl et G2, et chacune représentative de l'état de fonctionnement de la ligne. Ces grandeurs physiques peuvent être la pression de gaz dans chaque compartiment de la ligne, la tension électrique de chaque conducteur de phase, les ondes électromagnétiques UHF dans la ligne (caractéristiques de décharges partielles annonciatrices d'un défaut), ou encore l'intensité lumineuse dans un compartiment (pour détecter un arc interne), sans que cette liste soit limitative. On s'interdit par contre d'utiliser la mesure du courant d'un transformateur de courant affecté au système de protection différentielle du jeu de barres, pour éviter tout défaut de mode commun avec ce système. En outre, la mesure d'au moins une grandeur physique doit être utilisable pour localiser un éventuel défaut, comme développé ci-après.In order to further improve the safety of existing differential protection systems, the applicant proposes to detect a fault such as an internal arc which would not be eliminated quickly, by techniques completely independent of the differential protection system and of the protection system in general. To this end, measurement systems 10 independent of the differential protection system 2 are used to measure at least two independent physical quantities, such as Gl and G2, and each representative of the operating state of the line. These physical quantities can be the gas pressure in each compartment of the line, the electric voltage of each phase conductor, the UHF electromagnetic waves in the line (characteristics of partial discharges predicting a fault), or even the light intensity. in a compartment (to detect an internal arc), without this list being exhaustive. On the other hand, it is prohibited to use the measurement of the current of a current transformer assigned to the differential protection system of the busbar, to avoid any fault in common mode with this system. In addition, the measurement of at least one physical quantity must be usable to locate a possible defect, as developed below.
En cas d'apparition d'un arc interne qui n'est pas éliminé rapidement, la mesure 10' d'une grandeur physique présente alors des modifications caractéristiques qui constituent un fort indice de présomption de la présence d'un défaut dans la ligne. Par exemple, lorsqu'un défaut tel qu'un arc interne a lieu dans un compartiment de la ligne, la mesure de la pression du compartiment par au moins un capteur 8 croît brusquement. Cette mesure 10' est transmise à un système comparateur 11 qui permet de la comparer à un seuil spécifique déterminé et de fournir en sortie un signal 11' ci-après appelé signal de présomption et qui est fonction du résultat de cette comparaison. Ce signal de présomption 11 ' est de préférence normalisé sous une forme logique, et est envoyé sur une entrée d'un système d'entrées-sorties 12 capable de recouper les signaux qu'il reçoit en effectuant par exemple une opération de ET logique entre ses entrées. Ainsi, le franchissement du seuil spécifique à la mesure de la pression implique qu'un signal de présomption 11' correspondant à l'état logique "1" est envoyé par un système comparateur 11 sur une entrée logique du système 12. Afin de conclure à la présence d'un arc interne, au moins une autre grandeur est mesurée et transmise de façon similaire à un autre système comparateur 11, lequel renvoie lui aussi au système 12 un signal de présomption 11' qui est fonction du résultat de la comparaison de la mesure avec un seuil spécifique. Il convient à ce stade de préciser que les systèmes comparateurs 11 ne fonctionnent pas nécessairement tous sur le principe du franchissement d'un seuil déterminé. Un système 11 peut aussi analyser un spectre (par exemple en fréquence) du signal de mesure et le comparer à un spectre prédéfini, si la nature de la grandeur physique mesurée l'impose.In the event of an internal arc appearing which is not eliminated quickly, the measurement 10 ′ of a physical quantity then presents characteristic modifications which constitute a strong indication of presumption of the presence of a fault in the line. For example, when a fault such as an internal arc occurs in a compartment of the line, the measurement of the pressure of the compartment by at least one sensor 8 increases suddenly. This measurement 10 ′ is transmitted to a comparator system 11 which makes it possible to compare it with a specific determined threshold and to output a signal 11 ′ hereinafter called the presumption signal and which is a function of the result of this comparison. This presumption signal 11 ′ is preferably normalized in a logical form, and is sent to an input of an input-output system 12 capable of cross-checking the signals that it receives by performing, for example, a logical AND operation between his entries. Thus, crossing the specific threshold for measuring the pressure implies that a presumption signal 11 ′ corresponding to the logic state "1" is sent by a comparator system 11 to a logic input of the system 12. In order to conclude that the presence of an internal arc, at least one other quantity is measured and transmitted in a similar manner to another comparator system 11, which also sends back to system 12 a presumption signal 11 'which is a function of the result of the comparison of the measurement with a specific threshold. It should be noted at this stage that the comparator systems 11 do not necessarily all operate on the principle of crossing a determined threshold. A system 11 can also analyze a spectrum (for example in frequency) of the measurement signal and compare it with a predefined spectrum, if the nature of the physical quantity measured requires it.
Pour la suite de la description, nous désignerons par circuit ET logique le système d'entrées-sorties 12. Lorsque un nombre n, correspondant aux n grandeurs mesurées, d'entrées du circuit ET logique 12 est passé de l'état logique "0" à l'état "V ce circuit renvoie en sortie un signal 12' dans l'état logique "1". Cela signifie que tous les indices de présomption de la présence d'un défaut se recoupent, et que le système de protection de secours peut conclure à la présence d'un défaut avec une quasi certitude. Il est à noter qu'on peut aussi prévoir que la sortie du circuit ET logique passe à l'état logique "1" si au moins deux entrées sont à l'état "1", c'est à dire qu'il n'est pas forcément nécessaire d'utiliser toutes les grandeurs mesurées pour conclure à la présence d'un défaut.For the rest of the description, we will designate by logic AND circuit the input-output system 12. When a number n, corresponding to the n measured quantities, of inputs of the logic AND circuit 12 has passed from the logic state "0 "in state" V this circuit outputs a signal 12 'in logic state "1". This means that all the indications of presumption of the presence of a fault overlap, and that the protection system of backup can conclude with the presence of a fault with near certainty. It should be noted that one can also predict that the output of the logic AND circuit goes to the logic state "1" if at at least two inputs are in state "1", ie it is not necessarily necessary to use all the quantities measured to conclude that a fault exists.
Le signal 12' est envoyé à une unité de déclenchement 14 de la protection de secours, destinée à commander le déclenchement d'au moins un dispositif 16 de sectionnement rapide de mise à la terre disposé dans la ligne 4 au niveau du jeu de barres 3 ou des départs de ligne. Cette première étape de transmission d'un ordre à l'unité de déclenchement 14 constitue l'initialisation du déclenchement. Comme détaillé plus loin, le déclenchement effectif d'un dispositif 16 de sectionnement rapide de mise à la terre n'est effectué qu'après une seconde étape de validation de l'ordre de déclenchement. Plus le nombre n de grandeurs mesurées et utilisées augmente, plus la probabilité de détecter la présence d'un véritable défaut est importante en théorie. On peut toutefois considérer que la mesure de seulement deux grandeurs Gl et G2 indépendantes est suffisante pour conclure à la présence d'un défaut avec une quasi certitude, tout en limitant de façon satisfaisante le risque de fonctionnement intempestif du système de protection de secours. En effet, en l'absence d'un véritable défaut, il est très peu probable que deux systèmes de mesure 10 renvoient simultanément chacun un signal caractéristique de la présence d'un défaut, puisque les principes de mesure de ces systèmes 10 sont totalement dissociés. Il est entendu que même en cas de fonctionnement intempestif du système de protection de secours, il n'y aurait pas d'impact sur la sécurité mais simplement sur la continuité de service du poste sous enveloppe métallique.The signal 12 'is sent to a tripping unit 14 of the emergency protection, intended to control the triggering of at least one device 16 for rapid earthing disconnection arranged in line 4 at the level of the busbar 3 or line departures. This first step of transmitting an order to the trigger unit 14 constitutes the initialization of the trigger. As detailed below, the effective triggering of a device 16 for rapid earthing sectioning is carried out only after a second step of validation of the trip order. The more the number n of measured and used quantities increases, the more theoretically the probability of detecting the presence of a real defect. It can however be considered that the measurement of only two independent quantities Gl and G2 is sufficient to conclude that a fault exists with almost certainty, while satisfactorily limiting the risk of inadvertent operation of the emergency protection system. Indeed, in the absence of a real fault, it is very unlikely that two measurement systems 10 will simultaneously send back a signal characteristic of the presence of a fault, since the measurement principles of these systems 10 are completely dissociated . It is understood that even in the event of untimely operation of the emergency protection system, there would be no impact on safety but simply on the continuity of service of the station in a metallic envelope.
Le système de protection de secours est destiné à être déclenché uniquement en cas de non fonctionnement du système de protection différentielle, incluant le non fonctionnement d'un disjoncteur commandé par la protection différentielle. Il serait en effet inutile et contraignant pour l'exploitant de déclencher la protection de secours avant de savoir si la protection différentielle a effectivement éliminé le défaut.The emergency protection system is intended to be tripped only in the event of the differential protection system not operating, including the non-operation of a circuit breaker controlled by the differential protection. It would indeed be useless and restrictive for the operator to activate the emergency protection before knowing whether the differential protection has effectively eliminated the fault.
Ainsi, il est nécessaire de laisser à la protection différentielle le temps de se déclencher avant de décider si les dispositifs 16 de sectionnement rapide de mise à la terre doivent être commandés. Autrement dit, il est nécessaire de prévoir une temporisation T suffisante qui est fonction notamment de la rapidité de déclenchement de la protection différentielle et au delà de laquelle des moyens de contrôle sont mis en œuvre pour vérifier si le défaut a été éliminé par cette protection. Cette temporisation peut être engagée à un instant topar un signal logique 11' caractéristique de la présence d'un défaut et fonction de la mesure d'une grandeur donnée comme par exemple la tension. Ensuite, si à un instant le circuit ET logique renvoie en sortie un signal 12' dans l'état logique "l" à l'unité de déclenchement 14, cette unité ne pourra commander les dispositifs 16 qu'à partir de l'instant to+Td , et à la condition qu'elle reçoive une information de validation de l'ordre de déclenchement selon laquelle le défaut n'a pas été éliminé. Pour certaines configurations du réseau de distribution associé au jeu de barres, cette information peut être obtenue par des moyens de contrôle qui procèdent à la mesure des mêmes grandeurs indépendantes que celles déjà utilisés pour obtenir les indices de présomption de la présence d'un défaut. Pour d'autres configurations, il peut être nécessaire que ces moyens de contrôle procèdent à la mesure d'au moins une autre grandeur indépendante. Pour illustrer ce qui précède, prenons le cas où seules deux grandeurs indépendantes Gl et G2 sont mesurées, correspondant respectivement à la pression du gaz isolant dans les différents compartiments de la ligne et à la tension électrique relevée sur les transformateurs de tension de tous les départs chacun reliés électriquement à un compartiment par un disjoncteur. Comme expliqué plus loin au commentaire de la figure 3, la mesure de ces deux grandeurs indépendantes est suffisante pour conclure le cas échéant à la présence d'un défaut dans un compartiment de la ligne. En pareil cas se pose ensuite le problème d'obtenir une information pour savoir si le défaut a été éliminé à la fin de la temporisation Td. On peut alors distinguer deux cas en fonction de la configuration du réseau: - si le réseau est maillé, il suffit de constater que la tension électrique relevée sur au moins un transformateur de tension d'un départ relié électriquement au compartiment du défaut n'est pas revenue à sa valeur nominale, c'est à dire reste inférieure à un seuil déterminé, pour conclure que le disjoncteur situé entre ce transformateur de tension et le défaut n'a pas fonctionné et fournir un signal selon lequel le défaut n'a pas été éliminé; - si le réseau n'est pas maillé, un disjoncteur situé entre le défaut et un transformateur de tension d'un départ peut avoir fonctionné sans entraîner pour autant le rétablissement de la tension nominale au niveau du transformateur, puisque le départ est alimenté uniquement via le compartiment où s'est produit le défaut. Dans ce cas, le maintien de la tension basse n'est pas significatif d'un mauvais fonctionnement de la protection différentielle puisque le disjoncteur a effectivement coupé le courant. Il est alors nécessaire de faire appel à la mesure d'au moins une autre grandeur indépendante pour obtenir une information sur l'élimination ou le maintien du défaut et pour valider en conséquence le déclenchement de la protection de secours.Thus, it is necessary to allow the differential protection time to trip before deciding whether the devices 16 for rapid earthing disconnection should be controlled. In other words, it is necessary to provide a sufficient time delay T which is a function in particular of the speed of tripping of the differential protection and beyond which control means are used to check whether the fault has been eliminated by this protection. This time delay can be started at an instant to by a logic signal 11 'characteristic of the presence of a fault and a function of the measurement of a given quantity, for example the voltage. Then, if at an instant the logic AND circuit sends back a signal 12 ′ in the logic state "l" to the triggering unit 14, this unit can only control the devices 16 from the instant to + Td, and on condition that it receives validation information for the trip order according to which the fault has not been eliminated. For certain configurations of the distribution network associated with the busbar, this information can be obtained by control means which measure the same independent quantities as those already used to obtain the indications of presumption of the presence of a defect. For other configurations, it may be necessary for these control means to measure at least one other independent quantity. To illustrate the above, let us take the case where only two independent quantities Gl and G2 are measured, corresponding respectively to the pressure of the insulating gas in the various compartments of the line and to the electric voltage recorded on the voltage transformers of all the feeders. each electrically connected to a compartment by a circuit breaker. As explained below in the commentary to FIG. 3, the measurement of these two independent quantities is sufficient to conclude if necessary that there is a fault in a compartment of the line. In such a case there then arises the problem of obtaining information as to whether the fault has been eliminated at the end of the time delay Td. We can then distinguish two cases according to the configuration of the network: - if the network is meshed, it suffices to note that the electrical voltage detected on at least one voltage transformer of a feeder electrically connected to the fault compartment is not not returned to its nominal value, i.e. remains below a determined threshold, to conclude that the circuit breaker located between this voltage transformer and the fault has not worked and provide a signal according to which the fault has not been eliminated; - if the network is not meshed, a circuit breaker located between the fault and a voltage transformer of a feeder may have operated without causing the restoration of the nominal voltage at the transformer, since the feeder is supplied only via the compartment where the fault occurred. In this case, maintaining the low voltage is not significant of a malfunction of the differential protection since the circuit breaker has effectively cut the current. It is then necessary to call on the measurement of at least one other independent quantity to obtain information on the elimination or maintenance of the fault and to validate accordingly the triggering of the emergency protection.
Il existe une méthode fiable pour obtenir cette information et valider le déclenchement, pouvant être utilisée quelle que soit la configuration du réseau et notamment en l'absence de maillage du réseau. Elle consiste à prévoir des moyens de contrôle qui effectuent la mesure du courant homopolaire, c'est à dire du courant qui circule dans l'arc, aussi appelé courant de terre. Une partie de ce courant homopolaire se referme par le réseau de terre jusqu'au neutre du transformateur de puissance situé dans le poste connecté au jeu de barres, ce neutre étant généralement mis directement à la terre pour les jeux de barres à isolation au gaz de tension supérieure ou égale à 72.5 kN. La partie restante se referme par le sol jusqu'au neutre d'au moins un transformateur de puissance situé en extrémité de ligne. Le courant 1^ qui remonte par le neutre du transformateur de puissance situé dans le poste peut être mesuré par un transformateur de courant entourant la connexion du neutre à la terre, comme représenté schématiquement à la figure 4. Il peut aussi être mesuré en effectuant la somme des courants de phase qui en théorie est égale à 3x1^ , de même que pour mesurer la partie du courant homopolaire qui remonte par le neutre du transformateur de puissance situé en extrémité de ligne.There is a reliable method for obtaining this information and validating the triggering, which can be used whatever the configuration of the network and in particular in the absence of a network mesh. It consists in providing control means which measure the zero sequence current, that is to say the current flowing in the arc, also called earth current. Part of this zero sequence current closes via the earth network up to the neutral of the power transformer located in the substation connected to the busbar, this neutral being generally earthed directly for gas-insulated busbars of tension greater than or equal to 72.5 kN. The remaining part closes by the ground to the neutral of at least one power transformer located at the end of the line. The current 1 ^ which goes up by the neutral of the power transformer located in the substation can be measured by a current transformer surrounding the neutral to earth connection, as shown diagrammatically in Figure 4. It can also be measured by summing the phase currents which in theory is equal at 3x1 ^, as well as to measure the part of the zero sequence current which flows up through the neutral of the power transformer located at the end of the line.
Les mesures des deux parties du courant homopolaire peuvent éventuellement être cumulées même si la mesure d'une seule partie est suffisante dans la plupart des cas. Ces mesures sont particulièrement fiables car le courant homopolaire n'existe que si le défaut est présent, et disparaît par conséquent avec le défaut. Le courant homopolaire est ainsi comparativement plus exploitable pour la validation du déclenchement de la protection de secours que la tension du jeu de barres dont l'état devient bas pendant le défaut mais reste bas même après que ce défaut ait disparu.The measurements of the two parts of the zero sequence current can possibly be cumulated even if the measurement of a single part is sufficient in most cases. These measurements are particularly reliable because the zero sequence current only exists if the fault is present, and therefore disappears with the fault. The homopolar current is thus comparatively more exploitable for the validation of the triggering of the emergency protection than the voltage of the busbar whose state becomes low during the fault but remains low even after this fault has disappeared.
Il existe encore d'autres méthodes fiables pour obtenir une information sur l'élimination ou le maintien du défaut et valider le déclenchement, pouvant être utilisées comme alternative ou en complément de la mesure du courant homopolaire. Par exemple, la mesure des courants de phase est parfaitement utilisable sans effectuer la somme de ces courants, à condition de régler des seuils de détection de surintensité (ou court-circuit) de courant de phase au dessus de la valeur du courant nominal. Même si cette méthode ne permet pas de mesurer des défauts résistants, cela ne constitue pas un problème pour l'application à des lignes à isolation gazeuse puisque il n'y a pas de défauts résistants dans de telles lignes dont les enveloppes métalliques sont mises à la terre et dans lesquelles les éventuels arcs électriques sont toujours de faible longueur. Cette méthode est toutefois moins sensible que celle utilisant la mesure du courant homopolaire, du fait du niveau relativement élevé des seuils de détection. II convient de préciser que la mesure du courant homopolaire, de même que la mesure des courants de phase, fait appel à des transformateurs de courant toujours autres que ceux utilisés par la protection différentielle de jeu de barres. D'autre part, ces transformateurs de courant et leur électronique associée sont systématiquement alimentés par une batterie n'ayant aucun lien avec le système de protection différentielle. Il n'y a donc pas de risque de défaut de mode commun entre la protection de secours selon l'invention et la protection différentielle de jeu de barres.There are also other reliable methods for obtaining information on eliminating or maintaining the fault and validating the trip, which can be used as an alternative or in addition to the measurement of the zero sequence current. For example, the measurement of phase currents is perfectly usable without performing the sum of these currents, provided that thresholds for detecting overcurrent (or short-circuit) of phase current are set above the value of the nominal current. Even if this method does not make it possible to measure resistant faults, this does not constitute a problem for the application to gas-insulated lines since there are no resistant faults in such lines in which the metallic envelopes are exposed. the earth and in which any electric arcs are always short. This method is however less sensitive than that using the measurement of zero sequence current, because of the relatively high level of detection thresholds. It should be noted that the measurement of zero sequence current, as well as the measurement of phase currents, uses current transformers always other than those used by the differential busbar protection. On the other hand, these current transformers and their associated electronics are systematically supplied by a battery having no connection with the differential protection system. There is therefore no risk of a common mode fault between the emergency protection according to the invention and the differential busbar protection.
Dans l'exemple illustré à la figure 2, on peut mesurer une troisième grandeur G3 en plus de la pression du gaz isolant dans les différents compartiments de la ligne et de la tension électrique au niveau du jeu de barres ou des départs. Comme expliqué précédemment pour la validation du déclenchement de la protection de secours, il est avantageux de mesurer comme grandeur G3 le courant homopolaire sur les transformateurs de puissance connectés au jeu de barres et sur les départs de ligne. Il est à noter que ce courant homopolaire apparaissant en même temps que le défaut, sa mesure peut être utilisée non seulement pour la validation mais aussi pour l'initialisation du déclenchement de la protection de secours, auquel cas la mesure de la tension apparaît comme facultative pour conclure à la présence d'un défaut lors de l'initialisation du déclenchement. La validation de l'ordre initial de déclenchement de la protection de secours peut s'effectuer par le même processus que l'initialisation ayant abouti à cet ordre, c'est à dire en effectuant à un instant to+Td la même opération ET logique que celle déjà effectuée à l'instant t\ avec les indices de présomption de la présence d'un défaut obtenus à partir des mêmes grandeurs mesurées. Toutefois, pour ce processus de validation, il n'est pas indispensable de reconsidérer les indices de présomption pour toutes les grandeurs initialement mesurées. On peut par exemple considérer qu'il n'y aura pas d'augmentation significative du risque de déclenchement intempestif de la protection de secours si seule la mesure du courant homopolaire est prise en compte pour la validation. Il n'est donc pas indispensable que le signal de validation envoyé à l'unité de déclenchement 14 à l'instant to+Td soit un signal 13 provenant du circuit ET logique 12 comme représenté sur la figure 2. Dans une variante de réalisation non représentée, le signal logique 11' fourni en sortie d'un système comparateur 11 peut être dérivé vers l'unité de déclenchement 14 pour la validation d'un ordre de déclenchement.In the example illustrated in FIG. 2, a third quantity G3 can be measured in addition to the pressure of the insulating gas in the various compartments of the line and the electrical voltage at the level of the busbar or of the feeders. As previously explained for the validation of the emergency protection tripping, it is advantageous to measure as sequence G3 the zero sequence current on the power transformers connected to the busbar and on the line feeders. It should be noted that this zero sequence current appearing at the same time as the fault, its measurement can be used not only for validation but also for initialization of the tripping of the emergency protection, in which case the voltage measurement appears optional to conclude that a fault exists during the initialization of the tripping. The validation of the initial order for tripping of the emergency protection can be carried out by the same process as the initialization which led to this order, that is to say by carrying out at the same time to + Td the same logical AND operation. than that already carried out at time t \ with the indices of presumption of the presence of a defect obtained from the same quantities measured. However, for this validation process, it is not essential to reconsider the presumption indices for all the quantities initially measured. We can for example consider that there will be no significant increase in the risk of inadvertent tripping of the emergency protection if only the measurement of the zero sequence current is taken into account for validation. It is therefore not essential that the validation signal sent to the triggering unit 14 at the instant to + Td is a signal 13 coming from the logic AND circuit 12 as shown in FIG. 2. In an alternative embodiment not shown, the logic signal 11 'supplied at the output of a comparator system 11 can be diverted to the trigger unit 14 for the validation of a trigger order.
Le circuit électronique utilisé pour cette validation peut être réalisé de différentes façons et sans difficulté particulière par un homme du métier qui saura choisir la configuration appropriée en fonction des grandeurs mesurées et des composants utilisés. L'objectif du circuit de validation de l'ordre initial de déclenchement est toujours le même: dans un cas extrême où le système de protection différentielle n'a pas fonctionné correctement à l'issue d'une temporisation donnée, l'unité de déclenchement 14 doit commander le déclenchement d'au moins un dispositif 16 de sectionnement rapide de mise à la terre.The electronic circuit used for this validation can be produced in different ways and without particular difficulty by a person skilled in the art who will be able to choose the appropriate configuration according to the quantities measured and the components used. The objective of the validation circuit of the initial trip order is always the same: in an extreme case where the differential protection system did not operate correctly after a given time delay, the trip unit 14 must command the triggering of at least one device 16 for rapid earthing disconnection.
Au moins un dispositif 16 est prévu par conducteur de phase de la ligne, le nombre de ces dispositifs dépendant de la configuration de la zone de jeu de barres couverte par le système de protection différentielle 2. L'unité de déclenchement 14 est reliée à tout les dispositifs 16 affectés à la sécurisation d'un système 2 donné. La mesure d'une ou plusieurs grandeurs physiques est utilisée par des moyens de localisation du défaut, et l'information de localisation est transmise à l'unité 14 qui détermine le ou les dispositifs 16 à déclencher pour éliminer le défaut ou tout au moins l'atténuer suffisamment pour qu'il ne génère plus d'augmentation excessive de la pression du gaz. De préférence, l'unité 14 recoupe cette information de localisation du défaut avec des informations qu'elle reçoit sur la topologie du circuit électrique en fonction de l'état ouvert ou fermé de chaque sectionneur d'aiguillage de la ligne, l'unité étant aussi renseignée sur la topologie des dispositifs de sectionnement rapide de mise à la terre 16 disposés dans la ligne. Ce recoupement d'informations permet de commander le déclenchement d'un nombre limité de dispositifs 16 qui peuvent éliminer ou atténuer le défaut compte tenu de la topologie d'état du circuit au moment où ce défaut est détecté. Ainsi, seuls le ou les dispositifs 16 qui sont les plus proches du compartiment où le défaut a été localisé et qui sont électriquement reliés à ce compartiment reçoivent un ordre de fermeture en cas de déclenchement de la protection de secours. De préférence, les dispositifs 16 sont prévus pour qu'un un ordre de fermeture ne soit envoyé qu'à un seul d'entre eux pour relier électriquement à la terre le conducteur de phase sur lequel s'est produit le défaut. Pour notamment des raisons de coût, les dispositifs 16 de sectiomiement rapide de mise à la terre sont préférentiellement des sectionneurs à couteaux pré armés de type connu, qui peuvent donc être déclenchés sans nécessiter d'apport en énergie. Ceci présente en outre des avantages en terme de fiabilité et de rapidité de déclenchement. Par contre, une intervention est nécessaire au niveau du compartiment où un tel sectionneur s'est déclenché, après l'élimination du défaut, pour réarmer ou remplacer ce sectionneur de mise à la terre.At least one device 16 is provided per phase conductor of the line, the number of these devices depending on the configuration of the busbar zone covered by the differential protection system 2. The tripping unit 14 is connected to any the devices 16 assigned to secure a given system 2. The measurement of one or more physical quantities is used by means of locating the fault, and the location information is transmitted to the unit 14 which determines the device or devices 16 to be triggered to eliminate the fault or at least the '' Attenuate enough so that it no longer generates an excessive increase in gas pressure. Preferably, the unit 14 intersects this fault location information with information that it receives on the topology of the electrical circuit as a function of the open or closed state of each switch of the line, the unit being also informed about the topology of the fast earthing disconnection devices 16 arranged in line. This cross-checking of information makes it possible to command the triggering of a limited number of devices 16 which can eliminate or attenuate the fault taking into account the state topology of the circuit at the time when this fault is detected. Thus, only the device or devices 16 which are closest to the compartment where the fault has been located and which are electrically connected to this compartment receive a closing order in the event of tripping of the emergency protection. Preferably, the devices 16 are provided so that a closing order is sent to only one of them to electrically connect the ground to the phase conductor on which the fault has occurred. For cost reasons in particular, the devices 16 for rapid earthing cultivation are preferably pre-armed knife disconnectors of known type, which can therefore be triggered without requiring energy. This also has advantages in terms of reliability and speed of tripping. On the other hand, intervention is necessary at the level of the compartment where such a disconnector has tripped, after the elimination of the fault, to reset or replace this earthing disconnector.
Le système de protection de secours selon l'invention est préférablement alimenté de façon autonome, et en tout cas n'est pas alimenté par les transformateurs de courant qui alimentent habituellement la protection différentielle de jeu de barres. En effet, ces transformateurs pourraient avoir été inhibés par erreur, par exemple en cas de maintenance, et alors à la fois la protection différentielle et la protection de secours seraient rendues inopérantes dans le cas d'une alimentation commune aux deux protections. De même, la polarité d'alimentation du système de protection de secours doit être différente de la polarité d'alimentation du système de protection différentielle de jeu de barres afin de réduire le risque de défaut de mode commun entre les deux systèmes.The emergency protection system according to the invention is preferably supplied autonomously, and in any case is not supplied by the current transformers which usually supply the differential busbar protection. Indeed, these transformers could have been inhibited by mistake, for example in the event of maintenance, and then both the differential protection and the emergency protection would be rendered inoperative in the case of a power supply common to the two protections. Likewise, the supply polarity of the emergency protection system must be different from the supply polarity of the busbar differential protection system in order to reduce the risk of a common mode fault between the two systems.
Il va de soi que divers éléments fonctionnels du système de protection de secours, tels que le système d'entrées-sorties 12 ou encore l'unité de déclenchement 14, peuvent être intégrés dans une même unité de protection et disposer d'une alimentation commune. D'autre part, un système comparateur 11 peut être intégré dans un même appareillage que le capteur auquel il est relié, cet appareillage formant alors un relais de protection affecté à la grandeur mesurée.It goes without saying that various functional elements of the emergency protection system, such as the input-output system 12 or the trigger unit 14, can be integrated into the same protection unit and have a common power supply. . On the other hand, a comparator system 11 can be integrated in the same apparatus as the sensor to which it is connected, this apparatus then forming a protection relay assigned to the quantity measured.
Figure 3, la ligne 4 monophasée à isolation au gaz, dont une portion est représentée à la figure 1, est équipée d'un système de protection différentielle non représenté qui est sécurisé par un système de protection de secours selon l'invention. Un disjoncteur 17 de protection différentielle est disposé en aval des sectionneurs d'aiguillage du jeu de barres. La pression P du gaz isolant dans les différents compartiments (Cl, C2, C3, C4) de la ligne ainsi que la tension électrique U du conducteur de phase dans la ligne sont ici mesurées pour la mise en œuvre du procédé de sécurisation selon l'invention. Le choix de ces grandeurs est motivé notamment par le fait que les systèmes de mesure utilisés sont généralement déjà installés pour la surveillance du fonctionnement de la ligne. Par exemple, les capteurs de pression 8 sont généralement intégrés chacun dans un capteur de surveillance de la densité du gaz. En outre, la mesure de la pression est utilisable pour localiser un éventuel défaut tel qu'un arc interne 7 au niveau d'un compartiment de gaz. L'utilisation des capteurs de pression 8 et des transformateurs de potentiel 9 déjà présents sur la ligne permet ainsi de limiter le coût de l'installation du système de protection de secours selon l'invention.Figure 3, the single-phase gas-insulated line 4, a portion of which is shown in Figure 1, is equipped with a differential protection system, not shown, which is secured by an emergency protection system according to the invention. A differential protection circuit breaker 17 is arranged downstream of the busbar switch disconnectors. The pressure P of the insulating gas in the different compartments (Cl, C2, C3, C4) of the line as well as the electric voltage U of the phase conductor in the line are here measured for the implementation of the securing method according to invention. The choice of these quantities are motivated in particular by the fact that the measurement systems used are generally already installed for monitoring the operation of the line. For example, the pressure sensors 8 are generally each integrated into a gas density monitoring sensor. In addition, the pressure measurement can be used to locate a possible fault such as an internal arc 7 at a gas compartment. The use of pressure sensors 8 and potential transformers 9 already present on the line thus makes it possible to limit the cost of installing the emergency protection system according to the invention.
Ainsi que décrit précédemment, chaque signal 10' de mesure de la pression P ou de la tension U est envoyé à un système comparateur 11 permettant de le comparer à un seuil spécifique déterminé et de fournir en sortie un signal logique qui est envoyé sur une entrée d'un circuit ET logique 12. La valeur de la pression est normalement quasi-constante sur une courte période, et l'apparition d'un arc interne 7 provoque une rapide augmentation de pression au moins dans le compartiment C2 où s'est produit l'arc. Le signal qui est transmis par au moins un capteur de pression 8 à un système comparateur 11 dépasse ainsi rapidement le seuil de pression pour lequel ce comparateur 11 est réglé.As described above, each signal 10 ′ for measuring the pressure P or the voltage U is sent to a comparator system 11 making it possible to compare it to a specific determined threshold and to output a logic signal which is sent to an input of a logical AND circuit 12. The pressure value is normally almost constant over a short period, and the appearance of an internal arc 7 causes a rapid increase in pressure at least in the compartment C2 where occurred the arc. The signal which is transmitted by at least one pressure sensor 8 to a comparator system 11 thus quickly exceeds the pressure threshold for which this comparator 11 is set.
Parallèlement à l'augmentation de la pression du gaz, l'arc interne 7 provoque une fuite de courant Ii entre le conducteur de phase et l'enveloppe métallique reliée à la terre. Le courant I transitant par le jeu de barres augmente donc de façon importante pour pouvoir alimenter le départ de la ligne avec un courant Ii, ce qui provoque une chute de la tension U. Un système comparateur 11, qui fonctionne comme un relais à minimum de tension, est réglé sur un seuil déterminé pour que la valeur absolue de la tension U reste inférieure à ce seuil en cas de chute de tension. Ce comparateur fournit en sortie un signal logique "1" si la tension mesurée reste inférieure au seuil pendant une durée minimale. En effet, la chute de tension laisse présumer la présence d'un arc interne à condition qu'elle se distingue du passage par zéro de la tension de la ligne en condition normale de fonctionnement. Par exemple, pour une ligne en 50 Hz, une durée comprise entre 5 et 10 ms pendant laquelle la tension reste faible est dans la plupart des cas suffisante pour présumer qu'un arc interne s'est produit, auquel cas un signal logique "1" est envoyé sur une entrée du circuit ET logique 12.In parallel with the increase in the pressure of the gas, the internal arc 7 causes a current leakage Ii between the phase conductor and the metallic envelope connected to earth. The current I passing through the busbar therefore increases significantly in order to be able to supply the start of the line with a current Ii, which causes a drop in the voltage U. A comparator system 11, which operates as a relay with a minimum of voltage, is set to a determined threshold so that the absolute value of the voltage U remains below this threshold in the event of a voltage drop. This comparator outputs a logic signal "1" if the measured voltage remains below the threshold for a minimum duration. Indeed, the voltage drop suggests the presence of an internal arc provided that it is distinguished from the zero crossing of the line voltage in normal operating condition. For example, for a 50 Hz line, a duration between 5 and 10 ms during which the voltage remains low is in most cases sufficient to assume that an internal arc has occurred, in which case a logic signal "1 "is sent to an input of the logic AND circuit 12.
Au moment où il détecte une chute de tension à un instant to, le système comparateur 11 envoie à l'unité de déclenchement 14 un signal de départ d'une période de temporisation Td de l'ordre de 100 à 150 ms à la suite de laquelle un éventuel signal de validation de l'ordre initial de déclenchement pourra être pris en compte. Quelques dizaines de millisecondes tout au plus après l'instant to, l'ordre initial de déclenchement représenté par le signal 12' parvient à l'unité 14 à un instant t\ qui est fonction notamment des seuils fixés pour les comparateurs 11 et qui est toujours antérieur à l'instant to+Td. Dans le cas illustré, la chute de tension détectée à l'instant to est suivie du franchissement d'un seuil de pression dans le compartiment C2 où le défaut est apparu, franchissement qui est détecté par un système comparateur 11 affecté au signal de pression. Les indices de présomption de la présence d'un défaut obtenus par les mesures de la tension et de la pression sont ensuite recoupés par le circuit ET logique 12 et permettent l'envoi du signal 12' à l'unité de déclenchement 14.At the moment when it detects a voltage drop at an instant to, the comparator system 11 sends to the triggering unit 14 a start signal with a delay period Td of the order of 100 to 150 ms following which a possible signal of validation of the initial trigger order may be taken into account. A few tens of milliseconds at most after the instant to, the initial trigger order represented by the signal 12 'reaches the unit 14 at an instant t \ which is a function in particular of the thresholds set for the comparators 11 and which is always before instant to + T d . In the illustrated case, the voltage drop detected at time to is followed by the crossing of a pressure threshold in compartment C2 where the fault appeared, crossing which is detected by a comparator system 11 assigned to the pressure signal. The indices of presumption of the presence of a fault obtained by the measurements of the voltage and the pressure are then cross-checked by the logic AND circuit 12 and allow the sending of the signal 12 'to the triggering unit 14.
Le système de protection de secours comprend ici un système de reconnaissance 19 de la topologie d'état du jeu de barres en fonction de l'état ouvert ou fermé de chaque sectionneur d'aiguillage dans la zone de jeu de barres couverte par le système de protection différentielle. Une fois l'arc interne 7 localisé dans le compartiment C2 grâce aux signaux des capteurs de pression 8, le système de reconnaissance 19 renseigne l'unité de déclenchement 14 qui détermine alors le ou les dispositifs 16 les plus proches dont le déclenchement permettra de court-circuiter par bipasse cet arc 7. Dans la configuration représentée sur la figure, la topologie d'état représentée sur le système 19 montre que le positionnement du sectionneur de mise à la terre 16 sur le jeu de barres dans le compartiment Cl est adéquat pour court-circuiter l'arc interne.The emergency protection system here comprises a system 19 for recognizing the state topology of the busbar as a function of the open or closed state of each switch disconnector in the busbar area covered by the differential protection. Once the internal arc 7 located in the compartment C2 thanks to the signals from the pressure sensors 8, the recognition system 19 informs the trigger unit 14 which then determines the nearest device (s) 16 whose triggering will allow short -circuit this arc 7 bypass. In the configuration shown in the figure, the state topology represented on the system 19 shows that the positioning of the earthing switch 16 on the busbar in compartment Cl is adequate for short-circuit the internal arc.
De façon générale, dans le cas d'un jeu de barres blindé polyphasé avec une ligne monophasée par phase comme représenté sur la figure, il suffit de fermer un seul sectionneur de mise à la terre 16 choisi en fonction de la topologie des sectionneurs d'aiguillage et du compartiment où un défaut est détecté.In general, in the case of a polyphase armored busbar with a single-phase line per phase as shown in the figure, it suffices to close a single earthing switch 16 chosen according to the topology of the earthing switches. switch and the compartment where a fault is detected.
Figure 4, le disjoncteur 17 du système de protection différentielle ne s'est pas ouvert à l'issue de la temporisation Td. Le défaut que constitue l'arc interne 7 n'a pas été éliminé, et un signal de validation 13 de l'ordre initial de déclenchement pour la commande d'au moins un dispositif 16 de sectionnement rapide de mise à la terre est transmis à l'unité de déclenchement 14. Ce signal de validation est basé ici sur la mesure de la partie du courant homopolaire qui se referme par le réseau de terre jusqu'au neutre du transformateur de puissance 15 situé dans le poste connecté au jeu de barres, comme représenté sur le diagramme à gauche de la figure. Un transformateur de courant 20 est affecté à la mesure de ce courant homopolaire 1^ , cette mesure étant analysée par un système comparateur pouvant produire un signal de validation dès lors que la valeur mesurée dépasse un seuil déterminé. Le transformateur de courant 20 et son système comparateur associé fonctionnent comme un relais de courant homopolaire.Figure 4, the circuit breaker 17 of the differential protection system did not open after the time delay Td. The fault constituted by the internal arc 7 has not been eliminated, and a validation signal 13 of the initial tripping order for the control of at least one device 16 for rapid earthing disconnection is transmitted to the trigger unit 14. This validation signal is based here on the measurement of the part of the zero sequence current which closes by the ground network up to the neutral of the power transformer 15 located in the station connected to the busbar, as shown in the diagram to the left of the figure. A current transformer 20 is assigned to the measurement of this zero sequence current 1 ^, this measurement being analyzed by a comparator system which can produce a validation signal as soon as the measured value exceeds a determined threshold. The current transformer 20 and its associated comparator system function as a zero sequence current relay.
L'unité de déclenchement 14 est autorisée à prendre en compte le signal de validation 13 à l'instant to+Td correspondant à la fin de la temporisation Td. Il en résulte qu'à l'instant tO+Td ou quelques millisecondes plus tard, un signal de déclenchement 18 est envoyé par l'unité 14 à la commande de fermeture d'au moins un sectionneur 16 de mise à la terre. Dans l'exemple de la figure, le sectionneur commandé est situé dans le compartiment Cl. La fermeture de ce sectionneur 16 provoque un fort courant de court-circuit I3 de la phase à la terre, qui accentue encore la baisse de tension causée par l'arc 7. L'intensité I5 du courant homopolaire, c'est à dire du courant qui circule dans l'arc 7, se voit par conséquent fortement réduite et l'arc ne génère alors plus d'augmentation de pression significative. Pendant le temps nécessaire à l'arrêt de l'alimentation du jeu de barres, c'est à dire tant qu'il subsiste un courant I' alimentant le courant de court-circuit I3, le risque d'expulsion de gaz chauds est très faible puisque l'augmentation de pression du gaz a été maîtrisée grâce au système de protection de secours selon l'invention.The trigger unit 14 is authorized to take into account the validation signal 13 at the time to + Td corresponding to the end of the time delay Td. It follows that at the instant tO + Td or a few milliseconds later, a trigger signal 18 is sent by the unit 14 to the closing command of at least one earthing switch 16. In the example in the figure, the disconnector controlled is located in compartment Cl. The closing of this disconnector 16 causes a strong short-circuit current I3 from the phase to earth, which further accentuates the drop in voltage caused by the arc 7. The intensity I5 of the zero sequence current, that is to say of the current flowing in the arc 7 is therefore greatly reduced and the arc then no longer generates a significant increase in pressure. During the time necessary to stop supplying the busbar, i.e. as long as there is a current I 'supplying the short-circuit current I3, the risk of expulsion of hot gases is very low since the increase in gas pressure has been controlled thanks to the emergency protection system according to the invention.
Comme expliqué précédemment, la mesure du courant homopolaire peut être utilisée non seulement pour la validation mais aussi pour l'initialisation du déclenchement de la protection de secours, auquel cas la mesure de la tension n'est pas indispensable. Il convient toutefois de préciser que la présence d'un courant homopolaire n'est pas suffisante à elle seule pour conclure à la présence d'un défaut dans le poste sous enveloppe métallique surveillé par la protection différentielle. En effet, un courant homopolaire peut circuler dans le réseau en cas de défaut extérieur au poste concerné par la protection. Il est donc nécessaire d'associer à la mesure du courant homopolaire la mesure d'une autre grandeur qui ne fournira un indice de présomption de la présence d'un défaut qu'en cas de défaut dans le poste concerné, ce qui est le cas pour la mesure de la pression.As explained previously, the measurement of the zero sequence current can be used not only for validation but also for initialization of the triggering of the emergency protection, in which case the measurement of the voltage is not essential. However, it should be noted that the presence of a zero sequence current alone is not sufficient to conclude that there is a fault in the substation in a metal enclosure monitored by the differential protection. Indeed, a zero sequence current can flow in the network in the event of a fault outside the station concerned by the protection. It is therefore necessary to associate with the measurement of the zero sequence current the measurement of another quantity which will only provide an indication of presumption of the presence of a fault in the event of a fault in the station concerned, which is the case for pressure measurement.
En variante du mode de réalisation représenté aux figures 3 et 4, on peut se passer de la mesure de la tension et relier la sortie d'un relais numérique de courant homopolaire à une entrée du système d'entrées-sorties 12. Le départ de la temporisation Td peut être enclenché par ce relais numérique, ou peut aussi être donné par un relais numérique de pression ou par le système d'entrées-sorties 12 dès lors que le recoupement des signaux d'entrée permet de conclure à la présence d'un défaut. Bien entendu, la valeur de cette temporisation Td peut être ajustée en fonction de la solution retenue pour enclencher son départ. As a variant of the embodiment shown in FIGS. 3 and 4, it is possible to dispense with the measurement of the voltage and connect the output of a digital zero sequence current relay to an input of the input-output system 12. The departure of the time delay Td can be triggered by this digital relay, or can also be given by a digital pressure relay or by the input-output system 12 as soon as the overlapping of the input signals makes it possible to conclude that there is failure. Of course, the value of this time delay Td can be adjusted according to the solution chosen to start its departure.

Claims

REVENDICATIONS
1/ Procédé de sécurisation d'un système de protection différentielle (2) de jeu de barres (3) dans une ligne à isolation gazeuse (4), pour la mise en œuvre d'une protection de secours destinée à être déclenchée en cas de non fonctionnement dudit système de protection différentielle (2) suite à l'apparition d'un défaut électrique tel qu'un arc interne (7) au niveau d'un conducteur de phase (5) dans ladite ligne, ladite protection de secours visant à empêcher le maintien dudit défaut pour éviter une augmentation excessive de la pression du gaz isolant dans au moins un compartiment de gaz (6) de ladite ligne (4), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: a) au moins deux grandeurs physiques (Gl, G2, Gn) indépendantes et représentatives de l'état de fonctionnement de la ligne sont mesurées, la mesure d'au moins une grandeur physique étant utilisable pour localiser sur quel conducteur de phase (5) et/ou dans quel compartiment de gaz (6) de la ligne (4) s'est produit un défaut, les mesures étant effectuées par des systèmes de mesure (10) indépendants du système de protection différentielle (2); b) la mesure de chaque grandeur est analysée par un système comparateur (11) permettant de produire un signal (11') dit de présomption qui est fonction de la comparaison de ladite mesure avec un seuil spécifique ou avec un signal de référence déterminé, ledit signal de présomption constituant un indice de présomption de la présence ou de l'absence d'un défaut dans la ligne; c) au moins deux signaux (11') de présomption sont transmis à un système d'entrées- sorties (12) de façon à pouvoir conclure à la présence d'un défaut dans la ligne au cas où les indices de présomption de la présence d'un défaut se recoupent; d) si l'étape précédente c) conclut à la présence d'un défaut, le système d'entrées-sorties (12) produit un signal (12') d'initialisation de déclenchement qui autorise une unité de déclenchement (14) de la protection de secours à attendre un éventuel signal (13) de validation du déclenchement, e) des moyens de contrôle sont mis en œuvre pour déterminer si le défaut a été éliminé par le système de protection différentielle (2) à l'issue d'une temporisation déterminée; f) si les moyens de contrôle attestent que le défaut n'a pas été éliminé, un signal (13) de validation du déclenchement de la protection de secours est produit à destination de l'unité de déclenchement (14) qui envoie en conséquence un ordre de fermeture (18) pour la commande d'au moins un dispositif (16) de sectionnement rapide de mise à la terre disposé dans la ligne (4), afin qu'au moins un conducteur de phase soit électriquement relié à la terre suite audit ordre de fermeture.1 / Method for securing a differential protection system (2) of busbars (3) in a gas-insulated line (4), for the implementation of emergency protection intended to be triggered in the event of non-operation of said differential protection system (2) following the appearance of an electrical fault such as an internal arc (7) at the level of a phase conductor (5) in said line, said backup protection aimed at prevent the maintenance of said fault to avoid an excessive increase in the pressure of the insulating gas in at least one gas compartment (6) of said line (4), characterized in that it comprises the following steps: a) at least two quantities physical (Gl, G2, Gn) independent and representative of the operating state of the line are measured, the measurement of at least one physical quantity being usable to locate on which phase conductor (5) and / or in which compartment gas (6) from the line (4) a fault has occurred, the measurements being carried out by measurement systems (10) independent of the differential protection system (2); b) the measurement of each quantity is analyzed by a comparator system (11) making it possible to produce a so-called presumption signal (11 ′) which is a function of the comparison of said measurement with a specific threshold or with a determined reference signal, said presumption signal constituting an indication of presumption of the presence or absence of a fault in the line; c) at least two presumption signals (11 ′) are transmitted to an input-output system (12) so as to be able to conclude that there is a fault in the line in the event that the indications of presumption of presence of a fault overlap; d) if the previous step c) concludes that a fault exists, the input-output system (12) produces a trigger initialization signal (12 ') which authorizes a trigger unit (14) to the emergency protection to wait for a possible signal (13) for validation of the trip, e) control means are used to determine whether the fault has been eliminated by the differential protection system (2) after a fixed time delay; f) if the control means attest that the fault has not been eliminated, a signal (13) for validation of the triggering of the emergency protection is produced for the triggering unit (14) which consequently sends a closing order (18) for controlling at least one fast earthing disconnection device (16) arranged in line (4), so that at least one phase conductor is electrically connected to earth audit closing order.
2/ Procédé de sécurisation selon la revendication 1, dans lequel les deux grandeurs indépendantes suivantes sont mesurées:2 / A security method according to claim 1, in which the following two independent quantities are measured:
- la pression du gaz isolant dans les différents compartiments de la ligne, - le courant homopolaire qui se referme par le réseau de terre jusqu'au neutre du transformateur de puissance situé dans le poste connecté au jeu de barres et/ou jusqu'au neutre d'un transformateur de puissance situé en extrémité de ligne, et dans lequel la mesure de la pression du gaz est utilisée d'une part pour produire un signal (11') de présomption qui est pris en compte par le système d'entrées-sorties (12) pour l'initialisation du déclenchement de la protection de secours et d'autre part pour localiser un défaut au niveau d'un compartiment de gaz au cas où ledit signal de présomption constitue un indice de présomption de la présence d'un tel défaut;- the pressure of the insulating gas in the different compartments of the line, - the zero sequence current which closes via the earth network up to the neutral of the power transformer located in the substation connected to the busbar and / or to the neutral of a power transformer located at the end of the line, and in which the measurement of the gas pressure is used on the one hand to produce a presumption signal (11 ') which is taken into account by the input-output system (12) for the initialization of the triggering of the protection of emergency and on the other hand to locate a fault in a gas compartment in the event that said presumption signal constitutes an indication of presumption of the presence of such a fault;
3/ Procédé de sécurisation selon la revendication 2, dans lequel la mesure du courant homopolaire est utilisée à la fois pour l'initialisation et pour la validation du déclenchement de la protection de secours.3 / A security method according to claim 2, in which the measurement of the zero sequence current is used both for initialization and for validation of the triggering of the emergency protection.
4/ Procédé de sécurisation selon l'une des revendications 2 et 3, dans lequel la mesure de la tension électrique en différents points de chaque conducteur de phase dans la ligne est utilisée pour l'initialisation du déclenchement de la protection de secours. 5/ Procédé de sécurisation selon la revendication 4 dans lequel un signal d'initialisation de déclenchement de la protection de secours est produit si la pression de gaz isolant mesurée devient supérieure à un seuil déterminé et si la tension mesurée reste inférieure en valeur absolue à un seuil déterminé.4 / Securing method according to one of claims 2 and 3, wherein the measurement of the electric voltage at different points of each phase conductor in the line is used for the initialization of the triggering of the emergency protection. 5 / A method of securing according to claim 4 in which an initialization signal for triggering the emergency protection is produced if the measured insulating gas pressure becomes greater than a determined threshold and if the measured voltage remains less in absolute value than one threshold determined.
6/ Procédé de sécurisation selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le système de protection de secours comprend des moyens (19) de reconnaissance de la topologie d'état de l'ensemble des sectionneurs de la ligne et de la topologie des dispositifs de sectionnement rapide de mise à la terre (16) disposés dans la ligne, et dans lequel lesdits moyens de reconnaissance coopèrent avec des moyens de localisation du défaut pour renseigner l'unité de déclenchement (14), afin que seuls le ou les dispositifs de sectionnement rapide (16) qui sont les plus proches du compartiment (6) où le défaut a été localisé et qui sont électriquement reliés à ce compartiment reçoivent un ordre de fermeture (18) en cas de déclenchement de la protection de secours.6 / Method for securing according to one of claims 1 to 5, in which the emergency protection system comprises means (19) for recognizing the state topology of all the line disconnectors and the topology rapid earthing sectioning devices (16) arranged in the line, and in which said recognition means cooperate with fault location means to inform the trip unit (14), so that only the one or more quick disconnect devices (16) which are closest to the compartment (6) where the fault has been located and which are electrically connected to this compartment receive a closing order (18) in the event of tripping of the emergency protection.
Il Procédé de sécurisation selon la revendication 6, dans lequel un seul dispositif de sectionnement rapide (16) reçoit un ordre de fermeture (18) pour relier électriquement à la terre le conducteur de phase sur lequel s'est produit le défaut.Securing method according to claim 6, in which a single rapid disconnection device (16) receives a closing order (18) for electrically connecting the phase conductor on which the fault has occurred.
8/ Système de protection de secours pour un système de protection différentielle (2) de jeu de barres (3) dans une ligne à isolation gazeuse (4), destiné à être déclenché en cas de non fonctionnement dudit système de protection différentielle (2) suite à l'apparition d'un défaut électrique tel qu'un arc interne (7) au niveau d'un conducteur de phase (5) dans un compartiment de gaz (6) de ladite ligne, caractérisé en ce qu'il comprend: - au moins deux systèmes de mesure (10) indépendants du système de protection différentielle (2), chaque système de mesure (10) étant dédié à la mesure d'une grandeur physique (Gl, G2, Gn ) et relié à un système comparateur (11) permettant de comparer le signal (10') de ladite mesure à un seuil déterminé afin de fournir un indice de présomption de la présence ou de l'absence d'un défaut dans la ligne (4),8 / Emergency protection system for a busbar differential protection system (2) in a gas-insulated line (4), intended to be triggered in the event of non-operation of said differential protection system (2) following the appearance of an electrical fault such as an internal arc (7) at the level of a phase conductor (5) in a gas compartment (6) of said line, characterized in that it comprises: - at least two measurement systems (10) independent of the differential protection system (2), each measurement system (10) being dedicated to the measurement of a physical quantity (Gl, G2, Gn) and connected to a comparator system (11) making it possible to compare the signal (10 ′) of said measurement with a determined threshold in order to provide an index of presumption of the presence or absence of a fault in the line (4),
- un système d'entrées-sorties (12) ayant une fonction de circuit ET logique, qui reçoit en entrée des signaux logiques (11') fournis par lesdits systèmes comparateurs (11) et qui peut renvoyer en sortie un signal d'initialisation de déclenchement (12') à une unité de déclenchement (14) de la protection de secours, - des moyens de contrôle (10, 20, 11) pour déterminer si un défaut a été éliminé par le système de protection différentielle (2) à l'issue d'une temporisation déterminée suite à la présomption de la présence d'un tel défaut, lesdits moyens pouvant produire un signal (13) de validation du déclenchement de la protection de secours à destination de l'unité de déclenchement (14), - un ou plusieurs dispositifs (16) de sectionnement rapide de mise à la terre qui sont disposés dans la ligne et dont les commandes de fermeture peuvent recevoir un ordre de fermeture (18) de ladite unité de déclenchement (14).- an input-output system (12) having a logic AND circuit function, which receives logic signals (11 ′) supplied by said comparator systems (11) and which can return an initialization signal from tripping (12 ') to a tripping unit (14) for emergency protection, - monitoring means (10, 20, 11) to determine whether a fault has been eliminated by the differential protection system (2) at l 'resulting from a time delay determined following the presumption of the presence of such a fault, said means being able to produce a signal (13) for validation of the triggering of the emergency protection intended for the triggering unit (14), - one or more fast earthing sectioning devices (16) which are arranged in the line and whose closing commands can receive a closing order (18) from said triggering unit (14).
9/ Système de protection selon la revendication 8, dans lequel le système comprend en outre des moyens de localisation du compartiment de gaz (6) où s'est produit le défaut ainsi que des moyens (19) de reconnaissance de la topologie d'état de l'ensemble des sectionneurs de la ligne et de la topologie des dispositifs de sectionnement rapide de mise à la terre (16) disposés dans la ligne, et dans lequel lesdits moyens coopèrent pour transmettre à l'unité de déclenchement (14) une information déterminant le ou les dispositifs de sectionnement rapide (16) qui doivent recevoir un ordre de fermeture (18) de ladite unité (14).9 / protection system according to claim 8, wherein the system further comprises means for locating the gas compartment (6) where the fault has occurred as well as means (19) for recognizing the state topology of all the line disconnectors and of the topology of the fast earthing disconnection devices (16) arranged in the line, and in which said means cooperate to transmit information to the trip unit (14) determining the quick disconnect device (s) (16) which are to receive a close command (18) from said unit (14).
10/ Système de protection selon la revendication 9, dans lequel les systèmes de mesure (10) comprennent des capteurs (8, 9) de pression de gaz des compartiments (6) et de tension du ou des conducteurs de phase (5) de la ligne, et dans lequel lesdits capteurs sont utilisés par lesdits moyens de localisation pour déterminer le compartiment de gaz (6) ainsi que le conducteur de phase (5) où s'est produit le défaut.10 / A protection system according to claim 9, in which the measurement systems (10) comprise sensors (8, 9) of the gas pressure of the compartments (6) and of the voltage of the phase conductor (s) (5) of the line, and in which said sensors are used by said locating means to determine the gas compartment (6) as well as the phase conductor (5) where the fault has occurred.
11/ Système de protection selon l'une des revendications 8 à 10, dans lequel le système comprend des moyens (20) de mesure du courant homopolaire qui se referme par le réseau de terre jusqu'au neutre du transformateur de puissance situé dans le poste connecté au jeu de barres et/ou jusqu'au neutre d'un transformateur de puissance situé en extrémité de ligne. 12/ Système de protection selon l'une des revendications 8 à 11, dans lequel les dispositifs de sectionnement rapide de mise à la terre (16) sont des sectionneurs à couteaux pré armés. 11 / Protection system according to one of claims 8 to 10, wherein the system comprises means (20) for measuring the zero sequence current which closes by the earth network to the neutral of the power transformer located in the substation connected to the busbar and / or to the neutral of a power transformer located at the end of the line. 12 / Protection system according to one of claims 8 to 11, wherein the fast earthing sectioning devices (16) are cutters with pre-armed knives.
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