Évaluation des instruments de mesure de faible puissance pour une application de protection d'alternateur

Dans les centrales hydroélectriques, où l'intensité des courants de défaut de court-circuit et les constantes de temps sont particulièrement importantes, les spécifications des transformateurs de courant conventionnels peuvent se traduire par des équipements de grandes dimensions et provoquer ainsi des complications lors de leur implantation, particulièrement dans le cadre de projets de réfection. Une étude a donc été réalisée afin d'évaluer le potentiel de différents instruments de mesure de faible puissance (en anglais, Low Power Instrument Transformers ou LPIT) présentement sur le marché pour une application de protection d'alternateur. Deux types de LPIT ont été analysés : le transformateur de courant optique (en anglais, Optical Current Transformer ou OCT) et le concentrateur analogique (en anglais, Stand Alone Merging Unit ou SAMU). Afin de tester ces équipements, une source d'essai de 65 kA crête a été mise au point à l'aide d'un simulateur en temps réel. Cette source a permis d'injecter aisément, dans les LPIT à l'essai, des courants symétrique et asymétrique ayant différentes constantes de temps présentes en centrale hydroélectrique afin d'évaluer la classe de précision de protection des appareils. Des essais à bas courant ont aussi été réalisés afin d'évaluer les classes de mesure. Ce mémoire décrit la conception du banc d'essai à courant élevé, l'évaluation de l'incertitude de mesure et les algorithmes d'analyse utilisés. Les résultats d'analyse sont ensuite présentés et analysés du point de vue de l'utilisation d'une protection d'alternateur dans une centrale hydroélectrique.

Abstract

In hydroelectric power plants, which are characterized by particularly high short-circuit current levels and long time constants, conventional current transformer (CT) specifications can result in increased equipment dimensions, thus complicating their installation, especially during refurbishment projects. This thesis presents a study to assess the potential of various Low Power Instrument Transformers (LPITs) for generator protection applications. Two types of LPITs were evaluated: the optical current transformer (OCT) and the stand alone merging unit (SAMU). To test the OCT, a 65-kA-peak test source was developed using a real-time simulator. This source was used to inject symmetrical and asymmetrical currents into LPITs for the assessment of protection accuracy class. Low-current tests were also performed to assess their metering classes. This thesis presents the design of a high-current test bench, measurement incertainty analysis and analysis algorithms used for device evaluation. Analysis results are then presented and discussed in terms of their applicability to generator differential protection using SAMUs and OCTs.