FR2699231A1 - Reversible pumping station using or generating electricity - Google Patents
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Abstract
Description
STATION DE POMPAGE
La présente invention concerne une station de pompage.PUMPING STATION
The present invention relates to a pumping station.
Une station de pompage fonctionne tantôt en producteur d'énergie électrique, tantôt en consommateur d'énergie. Dans le premier cas, de 1'eau, tombant d'un niveau supérieur à un niveau inférieur, entraine une turbine hydraulique accouplée à un alternateur qui fournit de l'énergie électrique à un réseau électrique à travers un transformateur de puissance très haute tension/moyenne tension (désigné dans la suite en abrégé par transformateur THT/MT). Dans le second cas, le réseau fournit à un moteur, à travers le mme transformateur de puissance, de l'énergie électrique, le moteur entraînant une pompe qui élève l'eau du niveau inférieur au niveau supérieur. L'excitation des machines est réalisée au moyen de générateurs statiques à thyristors alimentés par des transformateurs moyenne tension/basse tension (en abrégé
MT/BT), connectés au transformateur THT/MT et pour cette raison appelés transformateurs de soutirage. La station de pompage est séparée du réseau par un disjoncteur.A pumping station sometimes works as an electrical energy producer, sometimes as an energy consumer. In the first case, water, falling from a higher level to a lower level, drives a hydraulic turbine coupled to an alternator which supplies electrical energy to an electrical network through a very high voltage power transformer / medium voltage (hereinafter abbreviated as THT / MT transformer). In the second case, the network supplies a motor, through the same power transformer, with electrical energy, the motor driving a pump which raises the water from the lower level to the upper level. The excitation of the machines is carried out by means of static thyristor generators supplied by medium voltage / low voltage transformers (abbreviated
MT / BT), connected to the THT / MT transformer and for this reason called draw-off transformers. The pumping station is separated from the network by a circuit breaker.
Avant tout démarrage d'une machine, moteur ou alternateur selon le mode d'exploitation choisi, il est nécessaire de mettre sous tension le transformateur THT/MT pour que celui-ci soit en mesure d'alimenter le transformateur de soutirage correspondant à la machine utilisée. Before starting a machine, engine or alternator depending on the operating mode chosen, it is necessary to energize the THT / MT transformer so that it is able to supply the withdrawal transformer corresponding to the machine used.
En raison de la faible puissance du transformateur de soutirage, tout se passe comme si le transformateur THT/MT était mis sous tension à vide. Due to the low power of the draw-off transformer, everything happens as if the THT / MT transformer were switched on with no load.
Or, on sait que la mise sous tension à vide d'un transformateur donne naissance à un courant d'appel dont la valeur crte dépend de la valeur de la tension au moment de l'enclenchement ; si l'enclenchement a lieu lorsque la tension alternative passe par un extrémum, le courant d'appel est faible ; lorsque la mise sous tension a lieu lorsque la tension du réseau est au voisinage de zéro, le courant d'appel peut atteindre des valeurs importantes, de l'ordre de 5 à 10 fois le courant nominal du transformateur. However, it is known that energizing a transformer with no load gives rise to an inrush current, the peak value of which depends on the value of the voltage at the time of switching on; if the engagement takes place when the alternating voltage passes through an extremum, the inrush current is low; when the power-up takes place when the network voltage is close to zero, the inrush current can reach large values, of the order of 5 to 10 times the nominal current of the transformer.
Cette surcharge a pour effet de créer des fatigues dans le transformateur en raison des efforts électrodynamiques engendrés ainsi qu'un accroissement du veillissement des isolants. Ce vieillissement desisolants peut tre encore accéléré si des phénomènes de ferro-résonance parallèle prennent naissance.This overload has the effect of creating fatigue in the transformer due to the electrodynamic forces generated as well as an increase in the aging of the insulators. This aging of the insulators can be further accelerated if parallel ferro-resonance phenomena arise.
Or, un transformateur d'une station de pompage peut tre sollicité plusieurs fois par jour, de sorte qu'à moins d'tre surdimensionné de manière importante, il est sujet à une dégradation rapide. However, a transformer of a pumping station can be used several times a day, so that unless it is significantly oversized, it is subject to rapid degradation.
Il a été proposé, pour éviter l'apparition de courants d'appel trop importants, d'utiliser un moyen agissant sur la commande du disjoncteur pour n'autoriser sa fermeture sur le transformateur THT/MT à vide qu'à un instant séparé au maximum de 1,2 millisecondes de part et d'autre de l'instant de passage par un extrémum de la tension du réseau. It has been proposed, in order to avoid the appearance of excessively large inrush currents, to use a means acting on the control of the circuit breaker so as not to authorize its closing on the THT / MT transformer when empty at a separate time at maximum of 1.2 milliseconds on either side of the instant of passage through an extremum of the network voltage.
Grâce à cette mesure, l'intensité dans le transformateur ne peut dépasser deux fois l'intensité nominale du transformateur, comme l'ont montré des calculs effectués par le Demandeur. Thanks to this measurement, the intensity in the transformer cannot exceed twice the nominal intensity of the transformer, as shown by calculations made by the Applicant.
Un inconvénient de cette solution est que l'onde de tension appliquée au transformateur est maximale. Il apparaît des oscillations de tension à front raide dans le poste blindé, de fréquence de quelques MHz et d'amplitude importante, ce qui est nuisible pour le transformateur. A disadvantage of this solution is that the voltage wave applied to the transformer is maximum. Steep-edge voltage oscillations appear in the shielded substation, with a frequency of a few MHz and a large amplitude, which is harmful to the transformer.
Un but de la présente invention est de munir l'installation de pompage de moyens pour éviter cet inconvénient. An object of the present invention is to provide the pumping installation with means to avoid this drawback.
L'invention a pour objet une station de pompage fonctionnant tantôt en producteur d'énergie par l'action d'une turbine entraînée par une chute d'eau d'un niveau supérieur à un niveau inférieur, ladite turbine étant couplée à un alternateur relié à un réseau électrique à travers un transformateur très haute tension/moyenne tension en série avec un disjoncteur, tantôt en consommateur d'énergie en élevant de l'eau du niveau inférieur au niveau supérieur au moyen d'une pompe entraînée par un moteur électrique alimenté par ledit réseau à travers ledit transformateur, caractérisé en ce que chacun des conducteurs de phase reliant le transformateur au disjoncteur est mis à la terre à travers un circuit comprenant un condensateur et une résistance en série. The subject of the invention is a pumping station sometimes operating as an energy producer by the action of a turbine driven by a waterfall from a higher level to a lower level, said turbine being coupled to a connected alternator. to an electrical network through a very high voltage / medium voltage transformer in series with a circuit breaker, sometimes as an energy consumer by raising water from the lower level to the upper level by means of a pump driven by a powered electric motor by said network through said transformer, characterized in that each of the phase conductors connecting the transformer to the circuit breaker is earthed through a circuit comprising a capacitor and a resistor in series.
De préférence, le condensateur et la résistance sont des éléments cylindriques disposés coaxialement à l'intérieur d'un tube métallique à la terre rempli de gaz à bonnes propriétés diélectriques. Preferably, the capacitor and the resistor are cylindrical elements arranged coaxially inside a grounded metal tube filled with gases having good dielectric properties.
La résistance présente une valeur ohmique égale à l'impédance caractéristique dudit tube. The resistance has an ohmic value equal to the characteristic impedance of said tube.
La valeur de la capacité du condensateur est au moins égale à 2 nanoFarads. The capacitor capacity value is at least equal to 2 nanoFarads.
L'invention sera bien comprise à la lumière de la description ci-après d'un exemple de réalisation de l'invention, en référence au dessin annexé dans lequel :
-la figure 1 est une vue schématique d'une station de pompage, avec schéma électrique unifilaire,
-la figure 2 est un schéma électrique illustrant l'invention,
-la figure 3 est une vue schématique en élévation d'une partie d'une installation de pompage réalisée en technique blindée,
-la figure 4 montre en coupe axiale le circuit de l'invention comportant un condensateur et une résistance placés dans un tube métallique,
-la figure 5 est un diagramme de la tension aux bornes du transformateur d'une station de pompage en l'absence du dispositif de l'invention,
-la figure 6 est un diagramme de la tension aux bornes du mme transformateur lorsque la station de pompage est munie du circuit de l'invention.The invention will be clearly understood in the light of the description below of an exemplary embodiment of the invention, with reference to the appended drawing in which:
FIG. 1 is a schematic view of a pumping station, with a single-wire electrical diagram,
FIG. 2 is an electrical diagram illustrating the invention,
FIG. 3 is a schematic elevation view of part of a pumping installation produced in armored technique,
FIG. 4 shows in axial section the circuit of the invention comprising a capacitor and a resistor placed in a metal tube,
FIG. 5 is a diagram of the voltage across the terminals of the transformer of a pumping station in the absence of the device of the invention,
FIG. 6 is a diagram of the voltage across the terminals of the same transformer when the pumping station is provided with the circuit of the invention.
Dans la figure 1, la référence E1 désigne un réservoir d'eau situé à un niveau supérieur et alimentant par une conduite CN1 une turbine hydraulique T placée près d'un réservoir E2 à un niveau inférieur. La turbine est couplée à un alternateur A débitant sur un réseau R par l'intermédiaire d'un transformateur très haute tension/moyenne tension THT/MT. In FIG. 1, the reference E1 designates a water tank located at an upper level and supplying by a pipe CN1 a hydraulic turbine T placed near a tank E2 at a lower level. The turbine is coupled to an alternator A delivering to a network R via a very high voltage / medium voltage transformer THT / MT.
Une pompe P, entraînée par un moteur M, permet de remonter l'eau du niveau inférieur au niveau supérieur ; le moteur est alimenté par le réseau à travers le transformateur THT/MT. Des disjoncteurs D1 et D2 permettent d'isoler les appareils et de permettre les commutations d'un type de fonctionnement à l'autre. Un disjoncteur DTHT isole la station du réseau haute tension. On a désigné par T1 et
T2 des transformateurs de soutirage pour l'alimentation de thyristors destinés à l'excitation du moteur et de l'alternateur.A pump P, driven by a motor M, makes it possible to raise the water from the lower level to the upper level; the motor is supplied by the network through the THT / MT transformer. D1 and D2 circuit breakers are used to isolate the devices and allow switching from one type of operation to another. A DTHT circuit breaker isolates the station from the high voltage network. We have designated by T1 and
T2 of draw-off transformers for the supply of thyristors intended for the excitation of the engine and the alternator.
Comme il a été déjà expliqué, la commutation d'un type de fonctionnement à l'autre nécessite l'ouverture du disjoncteur DTHT, de sorte que le transformateur THT/MT est soumis fréquemment à une mise sous tension à vide, et, par suite, à un risque de surintensité. As has already been explained, switching from one type of operation to another requires the opening of the DTHT circuit breaker, so that the THT / MT transformer is frequently subjected to a no-load power-up, and therefore , at risk of overcurrent.
La mise sous tension du transformateur, lorsqu'elle est faite à un instant proche d'un extrémum de la tension alternative du réseau, permet de réduire la surintensité à une valeur relativement basse ; mais, corrélativement, il en résulte une surtension à haute fréquence à front raide qui risque d'endommager le transformateur. Energizing the transformer, when it is done at an instant close to an extremum of the AC mains voltage, makes it possible to reduce the overcurrent to a relatively low value; but, correlatively, this results in a high-frequency overvoltage with a steep front which risks damaging the transformer.
Pour réduire cette surtension, il est prévu, selon l'invention, de connecter sur chaque phase, entre le disjoncteur DTDH et la partie très haute tension du transformateur THT/MT, un circuit relié à la terre et comprenant une résistance RS en série avec un condensateur
CS, comme il est représenté dans le schéma unifilaire de la figure 2.To reduce this overvoltage, it is provided, according to the invention, to connect on each phase, between the DTDH circuit breaker and the very high voltage part of the THT / MT transformer, a circuit connected to earth and comprising an RS resistor in series with a capacitor
CS, as shown in the single line diagram in Figure 2.
Le condensateur a pour rôle de filtrer la haute fréquence et la découpler de la fréquence à 50 Hz ; on choisira la plus grande valeur possible pour la capacité de ce condensateur, compte tenu des possibilités de réalisation. Une valeur non inférieure à 2 nanoFarads est souhaitable. La valeur de la résistance est égale ou très voisine de l'impédance caractéristique du tube dans lequel est placé le circuit RC. The role of the capacitor is to filter the high frequency and decouple it from the frequency at 50 Hz; the largest possible value will be chosen for the capacity of this capacitor, taking into account the possibilities of realization. A value not less than 2 nanoFarads is desirable. The resistance value is equal to or very close to the characteristic impedance of the tube in which the RC circuit is placed.
On va maintenant décrire un exemple de réalisation de l'invention en technique blindée, c'est-à-dire du type à enveloppe métallique à la terre. Cet exemple n'est pas limitatif. We will now describe an embodiment of the invention in a shielded technique, that is to say of the type with a metal shell to the ground. This example is not limitative.
La figure 3 montre le transformateur THT/MT représenté en élévation ; il est relié à l'alternateur, côté moyenne tension, par une traversée TRI reliée à un premier jeu de barres B1 placé dans une enveloppe métallique E1 à la terre remplie de gaz à bonnes propriétés diélectriques tel que l'hexafluorure de soufre SF6. Figure 3 shows the THT / MT transformer shown in elevation; it is connected to the alternator, on the medium voltage side, by a TRI bushing connected to a first set of busbars B1 placed in a metal casing E1 with earth filled with gases with good dielectric properties such as sulfur hexafluoride SF6.
Le transformateur THT/MT est relié au disjoncteur, côté très haute tension, par une traversée TR2 reliée à un second jeu de barres B2 placé dans une enveloppe métallique
E2 à la terre remplie de SF6. L'enveloppe E2 forme un coude pour permettre au jeu de barres B2 de s'étendre horizontalement avant de rejoindre le disjoncteur DTHT.The THT / MT transformer is connected to the circuit breaker, on the very high voltage side, by a bushing TR2 connected to a second set of busbars B2 placed in a metal casing
E2 to earth filled with SF6. The envelope E2 forms a bend to allow the busbar B2 to extend horizontally before reaching the DTHT circuit breaker.
En variante, le transformateur pourrait tre muni de traversées conventiionnelles. As a variant, the transformer could be provided with conventional bushings.
Le circuit de l'invention comprenant, pour chacune des phases de l'installation, une résistance RS en série avec un condensateur CS est placé dans un tube T disposé verticalement dans le prologement de la traversée TR2 ou dans un tube T'disposé horizontalement. The circuit of the invention comprising, for each of the phases of the installation, a resistor RS in series with a capacitor CS is placed in a tube T arranged vertically in the prolog of the crossing TR2 or in a tube T 'arranged horizontally.
La figure 4 montre une vue en coupe axiale du tube T contenant la résistance RS et le condensateur CS. Le tube T est rempli de gaz diélectrique, de préférence de mme nature et à la meme pression que celui que l'enveloppe E2 à laquelle il est fixé ; le tube T est fermé par un couvercle 10 étanche au gaz. La résistance RS est préférentiellement constituée d'un empilement de pastilles 11 placées dans une enveloppe isolante 12 ; à une extrémité de l'enveloppe est fixée une pièce métallique 13 en contact d'une part avec l'empilement de pastilles résistives et d'autre part avec une borne 16 du condensateur CS ; le contact électrique de l'empilement de pastilles 11 avec le couvercle 10 est assuré par une tresse métallique 14 associée à un ressort 15. Figure 4 shows an axial sectional view of the tube T containing the resistor RS and the capacitor CS. The tube T is filled with dielectric gas, preferably of the same nature and at the same pressure as that of the envelope E2 to which it is fixed; the tube T is closed by a gas-tight cover 10. The resistor RS preferably consists of a stack of pellets 11 placed in an insulating envelope 12; at one end of the envelope is fixed a metal part 13 in contact on the one hand with the stack of resistive pads and on the other hand with a terminal 16 of the capacitor CS; the electrical contact of the stack of pellets 11 with the cover 10 is ensured by a metal braid 14 associated with a spring 15.
Le condensateur CS est par exemple constitué d'un enroulement sur elle-meme d'une feuille de plastique métallisée 15 ; en variante, le condensateur est un condensateur céramique. Le condensateur porte deux bornes métalliques 16 et 17 ; la borne 16 est en contact avec la résistance RS, comme il a été déjà dit ; la borne 17 est en contact, d'une part avec un cône isolant qui assure le maintien du circuit CS-RS à l'intérieur du tube T, d'autre part avec une barre de liaison 19 munie d'une mâchoire 20 assurant le contact avec la barres B2. Des pare-effluves 21 et 22 complètent le dispositif. The capacitor CS is for example made up of a winding on itself of a metallized plastic sheet 15; alternatively, the capacitor is a ceramic capacitor. The capacitor carries two metal terminals 16 and 17; terminal 16 is in contact with resistor RS, as already mentioned; terminal 17 is in contact, on the one hand with an insulating cone which maintains the CS-RS circuit inside the tube T, on the other hand with a connecting bar 19 provided with a jaw 20 ensuring the contact with bars B2. Fragrance screens 21 and 22 complete the device.
Dans ce mode de réalisation, on utilise une résistance dont la valeur ohmique est égale à l'impédance caractéristique du tube T ; à titre d'exemple, dans une installation comprenant un transformateur 15kV/420kV, le tube T a un diamètre de de l'ordre de 750 mm et une hauteur voisine de 2500mm ; l'impédance caractéristique du tube est de l'ordre de 700 pour un poste blindé ; c'est la valeur qu'on choisira pour la résistance RS. In this embodiment, a resistance is used whose ohmic value is equal to the characteristic impedance of the tube T; by way of example, in an installation comprising a 15 kV / 420 kV transformer, the tube T has a diameter of around 750 mm and a height close to 2500 mm; the characteristic impedance of the tube is of the order of 700 for an armored substation; this is the value that will be chosen for the resistance RS.
On notera que la disposition relative de la résistance
RS et du condensateur CS à l'intérieur du tube pourrait tre inversée, la résistance se trouvant alors reliée à la barre 19 et le condensateur au couvercle 10.Note that the relative arrangement of the resistance
RS and the capacitor CS inside the tube could be reversed, the resistor then being connected to the bar 19 and the capacitor to the cover 10.
Les diagrammes des figures 5 et 6 illustrent l'efficacité de l'invention. The diagrams of Figures 5 and 6 illustrate the effectiveness of the invention.
La figure 5 représente les variations en fonction du temps de la tension aux bornes de l'enroulement haute tension V d'un transformateur à 420 kV (dont la valeur de tension crte est 343 kV), lorsque la tension maximale Un du réseau est appliquée sans le circuit RS-CS de l'invention. FIG. 5 represents the variations as a function of time of the voltage across the high voltage winding V of a transformer at 420 kV (whose peak voltage value is 343 kV), when the maximum voltage Un of the network is applied without the RS-CS circuit of the invention.
On constate des oscillations à front raide d'amplitude atteignant 150% de la valeur crte.There are oscillations with a steep front amplitude reaching 150% of the peak value.
Dans le diagramme de la figure 6, qui illustre la mise sous tension du mme transformateur, mais dans une station équipée du circuit RS-CS de l'invention, on constate que les oscillations sont très amorties et que leur amplitude est notablement diminuée. In the diagram of FIG. 6, which illustrates the energization of the same transformer, but in a station equipped with the RS-CS circuit of the invention, it can be seen that the oscillations are very damped and that their amplitude is considerably reduced.
L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. The invention is not limited to the embodiment described which has been given only by way of example.
L'invention s'applique aux stations de pompage. The invention applies to pumping stations.
Claims (4)
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9215018A FR2699231B1 (en) | 1992-12-14 | 1992-12-14 | Pumping station. |
| EP93400265A EP0555144A1 (en) | 1992-02-07 | 1993-02-03 | Pump station |
| US08/013,733 US5396393A (en) | 1992-02-07 | 1993-02-04 | Pumping station |
| CA002088874A CA2088874C (en) | 1992-02-07 | 1993-02-05 | Pumping station |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9215018A FR2699231B1 (en) | 1992-12-14 | 1992-12-14 | Pumping station. |
Publications (2)
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|---|---|
| FR2699231A1 true FR2699231A1 (en) | 1994-06-17 |
| FR2699231B1 FR2699231B1 (en) | 1995-01-13 |
Family
ID=9436547
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR9215018A Expired - Fee Related FR2699231B1 (en) | 1992-02-07 | 1992-12-14 | Pumping station. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2699231B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016194008A1 (en) * | 2015-06-04 | 2016-12-08 | Giuseppe Masciarelli | A hydraulic system for the production of energy |
Citations (1)
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| EP0072146A1 (en) * | 1981-08-04 | 1983-02-16 | Yelland Engineering (Proprietary) Limited | Electric switching surge protection |
-
1992
- 1992-12-14 FR FR9215018A patent/FR2699231B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2699231B1 (en) | 1995-01-13 |
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