Groupement de disjoncteurs dans les réseaux HVDC

Interrupteurs de sectionnement HVDC :
Les interrupteurs de sectionnement HVDC (DS) sont utilisés pour déconnecter divers circuits dans les réseaux de transmission HVDC. Par exemple, le DS HVDC est utilisé pour des opérations de commutation telles que la commutation du courant de charge de ligne ou de câble, la commutation de ligne ou de câble à vide, ainsi que pour déconnecter des équipements tels qu'une banque de convertisseurs (valve thyristor), une banque de filtres et une ligne de mise à la terre. Le DS HVDC est également utilisé dans les équipements de coupure DC pour interrompre le courant résiduel ou de fuite à travers un interrupteur après l'élimination d'un courant de défaut.

Figure 1 : Exemple de schéma monopolaire d'interrupteur de sectionnement HVDC dans un système HVDC bipolaire

La Figure 1 montre un exemple de schéma monopolaire avec les équipements de commutation associés (à l'exception du disjoncteur de transfert de retour métallique) dans le système de transmission HVDC bipolaire au Japon. En général, les exigences pour les DS et ES HVDC dans le système HVDC sont similaires aux DS et ES HVAC utilisés dans le système AC, mais certains équipements incluent des exigences supplémentaires en fonction de leur application. Le Tableau 1 donne les principales opérations de commutation imposées à ces DS HVDC (CIGRE JWG A3/B4.34 2017).

Tableau 1 : Principales opérations de commutation de l'interrupteur de sectionnement (DS) appliqué au système HVDC bipolaire

Groupes d'interrupteurs de sectionnement HVDC :
Groupe A : Le DS doit interrompre le courant de décharge de ligne dû aux charges résiduelles d'un câble sous-marin qui a une capacité relativement grande (environ 20 μF). La tension résiduelle induite dans la ligne après l'arrêt d'un convertisseur est déchargée à travers un circuit amortisseur dans une banque de convertisseurs aux deux C/S (C/S Anan et C/S Kihoku) vers la terre. La constante de temps de décharge est d'environ 40 s, ce qui correspond à un temps de décharge de 3 min. Le courant de décharge a été fixé à 0,1 A sur la base de la valeur calculée à partir de la tension résiduelle de 125 kV et de la résistance du circuit amortisseur dans la valve thyristor.

Groupe B : Le DS est normalement utilisé pour basculer une ligne de transmission défectueuse vers une ligne neutre saine afin d'utiliser la ligne neutre temporairement ou de manière permanente comme ligne de transmission après l'arrêt complet du système. Cela nécessite les mêmes spécifications que le DS du groupe A.

Groupe C : Le DS doit transférer le courant nominal de charge du DS vers l'interrupteur de contournement (BPS) connecté en parallèle avec une banque de convertisseurs afin de redémarrer l'unité de banque. La spécification du courant de transfert est de 2800 A dans ce projet. La Figure 2 illustre le processus de transfert de courant nominal du DS vers le BPS.

Tout d'abord, l'unité supérieure de la banque de convertisseurs est arrêtée et l'unité inférieure de la banque de convertisseurs est en fonctionnement. Pour faire fonctionner l'unité supérieure à partir d'une condition d'arrêt, le DS C1 est ouvert pour commuer le courant nominal vers le BPS. Sur la base de l'analyse avec un circuit équivalent du processus de transfert de courant illustré dans la Figure 2 c, les exigences pour le DS du groupe C sont données par une tension de 1 V DC à un courant nominal de 2800 A, où la tension a été calculée avec la résistance et l'inductance par unité de longueur correspondant à la longueur de transfert de courant, y compris le DC-GIS.

Figure 2 : Opération de transfert de courant du DS du groupe C. (a) Position fermée du DS, (b) Position ouverte du DS, (c) Circuit équivalent du DS

Groupe D : Le DS doit interrompre le courant de charge de la banque de convertisseurs lorsque l'unité de banque de convertisseurs est arrêtée. Même si la valve thyristor est arrêtée, un courant ondulatoire circule à travers la capacité parasite de la banque de convertisseurs. Les résultats de l'analyse montrent qu'il est très probable que le courant ondulatoire soit tranché à moins de 1 A, et que la tension de récupération due à la différence entre la tension résiduelle DC du côté convertisseur et la tension DC du côté ligne, qui inclut des composantes ondulatoires, est inférieure à 70 kV, comme le montre la Figure 3.

Figure 3 : Différence de tension entre les contacts du DS

Conclusion sur le groupement des interrupteurs de sectionnement HVDC :
La performance de commutation de tous les DS HVDC des groupes A à D a été conçue sur la base du DS AC, et sa performance a été confirmée par des essais en usine avec les conditions d'essai indiquées dans le Tableau 1. Il n'y a pas de différences significatives de conception entre le DS HVAC et le DS HVDC, à l'exception de la distance de rampement, qui est d'environ 20 % plus longue pour les applications HVDC.

Figure 4 : DC-DS&ES, DC-CT&VT, DC-MOSA (LA) utilisés pour le GIS 500 kV-DC

Le matériel de coupure isolé à gaz (DC-GIS) composé de plusieurs DS HVDC et d'interrupteurs de mise à la terre (ES) est également utilisé dans les réseaux HVDC proches des côtes. La Figure 4 montre un exemple de DC-GIS comprenant des DS DC et des ES DC qui ont été installés à la station de conversion dans le système HVDC bipolaire, mis en service en 2000.