FR3101153A1

FR3101153A1 - Method for detecting faults in a network of transmission lines

Info

Publication number: FR3101153A1
Application number: FR1910359A
Authority: FR
Inventors: Moussa Kafal
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2019-09-20
Filing date: 2019-09-20
Publication date: 2021-03-26
Anticipated expiration: 2039-09-20
Also published as: FR3101153B1; WO2021052750A1

Abstract

Procédé de détection de défauts dans un réseau de lignes de transmission comprenant les étapes de : déterminer (301), à chaque extrémité du réseau, une mesure du coefficient de réflexion d’un signal, en fonction de la fréquence, pour chaque fréquence, construire (302) un premier vecteur dont les composantes sont les mesures du coefficient de réflexion normalisées, pour une pluralité d’hypothèses de position d’un défaut dans le réseau, simuler (303) la propagation d’un signal généré à cette position vers chaque extrémité du réseau de manière à déterminer, pour chaque extrémité du réseau, une estimée du coefficient de réflexion normalisé en fonction de la fréquence et de la position du défaut, pour chaque fréquence et pour chaque hypothèse de position d’un défaut, construire (304) un second vecteur dont les composantes sont les estimées du coefficient de réflexion normalisé, comparer (305) le premier vecteur et le second vecteur déterminé pour chaque hypothèse de position Figure pour l’abrégé : Fig. 3A method of detecting faults in a network of transmission lines comprising the steps of: determining (301), at each end of the network, a measure of the reflection coefficient of a signal, as a function of the frequency, for each frequency, constructing (302) a first vector whose components are the normalized reflection coefficient measurements, for a plurality of position hypotheses of a fault in the network, simulate (303) the propagation of a signal generated at this position towards each end of the network so as to determine, for each end of the network, an estimate of the normalized reflection coefficient as a function of the frequency and the position of the fault, for each frequency and for each hypothesis of position of a fault, construct (304 ) a second vector whose components are the estimates of the normalized reflection coefficient, compare (305) the first vector and the second vector determined for each position hypothesis Figure for the a short: Fig. 3

Description

Method for detecting faults in a network of transmission lines

L’invention concerne le domaine des systèmes de diagnostic filaires basés sur le principe de la réflectométrie. Elle a pour objet un procédé de détection et localisation de défauts dans un câble, un réseau de câbles ou plus généralement un réseau de lignes de transmission.The invention relates to the field of wired diagnostic systems based on the principle of reflectometry. Its subject is a method for detecting and locating faults in a cable, a network of cables or more generally a network of transmission lines.

Les câbles sont omniprésents dans tous les systèmes électriques, pour l’alimentation ou la transmission d’information. Ces câbles sont soumis aux mêmes contraintes que les systèmes qu’ils relient et peuvent être sujets à des défaillances. Il est donc nécessaire de pouvoir analyser leur état et d’apporter des informations sur la détection de défauts, mais aussi leur localisation et leur type, afin d’aider à la maintenance. Les méthodes de réflectométrie usuelles permettent ce type de tests.Cables are ubiquitous in all electrical systems, for power supply or information transmission. These cables are subject to the same stresses as the systems they connect and can be subject to failure. It is therefore necessary to be able to analyze their condition and provide information on the detection of faults, but also their location and type, in order to help with maintenance. The usual reflectometry methods allow this type of test.

Les méthodes de réflectométrie utilisent un principe proche de celui du radar : un signal électrique, le signal de sonde ou signal de référence, qui est le plus souvent de haute fréquence ou large bande, est injecté en un ou plusieurs endroits du câble à tester. Le signal se propage dans le câble ou le réseau et renvoie une partie de son énergie lorsqu’il rencontre une discontinuité électrique. Une discontinuité électrique peut résulter, par exemple, d’un branchement, de la fin du câble ou d’un défaut ou plus généralement d’une rupture des conditions de propagation du signal dans le câble. Elle résulte le plus souvent d’un défaut qui modifie localement l’impédance caractéristique du câble en provoquant une discontinuité dans ses paramètres linéiques.Reflectometry methods use a principle similar to that of radar: an electrical signal, the probe signal or reference signal, which is most often high frequency or broadband, is injected into one or more points of the cable to be tested. The signal propagates in the cable or network and returns part of its energy when it encounters an electrical discontinuity. An electrical discontinuity can result, for example, from a connection, from the end of the cable or from a fault or more generally from a break in the conditions for the propagation of the signal in the cable. It most often results from a fault which locally modifies the characteristic impedance of the cable by causing a discontinuity in its linear parameters.

L’analyse des signaux renvoyés au point d’injection permet d’en déduire des informations sur la présence et la localisation de ces discontinuités, donc des défauts éventuels. Une analyse dans le domaine temporel ou fréquentiel est habituellement réalisée. Ces méthodes sont désignées par les acronymes TDR venant de l’expression anglo-saxonne « Time Domain Reflectometry » et FDR venant de l’expression anglo-saxonne « Frequency Domain Reflectometry ».The analysis of the signals sent back to the injection point makes it possible to deduce information on the presence and location of these discontinuities, and therefore of any faults. Analysis in the time or frequency domain is usually performed. These methods are designated by the acronyms TDR from the Anglo-Saxon expression "Time Domain Reflectometry" and FDR from the Anglo-Saxon expression "Frequency Domain Reflectometry".

L’invention entre dans le champ d’application des méthodes de réflectométrie pour le diagnostic filaire et s’applique à tout type de câble électrique, en particulier des câbles de transmission d’énergie ou des câbles de communication, dans des installations fixes ou mobiles. Les câbles concernés peuvent être coaxiaux, bifilaires, en lignes parallèles, en paires torsadées ou autre pourvu qu’il soit possible d’y injecter un signal de réflectométrie en un point du câble et de mesurer sa réflexion au même point ou en un autre point.The invention falls within the field of application of reflectometry methods for wired diagnosis and applies to any type of electric cable, in particular energy transmission cables or communication cables, in fixed or mobile installations. . The cables concerned may be coaxial, two-wire, in parallel lines, in twisted pairs or other provided that it is possible to inject a reflectometry signal into it at one point of the cable and to measure its reflection at the same point or at another point. .

Les méthodes de réflectométrie temporelle connues sont particulièrement adaptées à la détection de défauts francs dans un câble, tel un court-circuit ou un circuit ouvert ou plus généralement une modification locale significative de l’impédance du câble. La détection du défaut se fait par la mesure de l’amplitude du signal réfléchi sur ce défaut qui est d’autant plus importante et donc détectable, que le défaut est important.The known time domain reflectometry methods are particularly suitable for detecting sharp faults in a cable, such as a short circuit or an open circuit or more generally a significant local modification of the cable impedance. The detection of the defect is done by measuring the amplitude of the signal reflected on this defect which is all the more important and therefore detectable, as the defect is important.

A l’inverse, un défaut non franc, par exemple résultant d’une dégradation superficielle de la gaine du câble de l’isolant ou du conducteur, engendre un pic d’amplitude faible sur le signal de réflectométrie réfléchi et est par conséquent plus difficilement détectable par des méthodes temporelles classiques. Plus généralement, un défaut non franc peut être provoqué par un frottement, un pincement ou encore un phénomène de corrosion qui vient affecter la gaine du câble, l’isolant ou le conducteur.Conversely, a soft defect, for example resulting from a surface degradation of the sheath of the cable, the insulation or the conductor, generates a low amplitude peak on the reflected reflectometry signal and is therefore more difficult to detect. detectable by classical temporal methods. More generally, a soft defect can be caused by friction, pinching or even a corrosion phenomenon that affects the cable sheath, the insulation or the conductor.

La détection et la localisation d’un défaut non franc sur un câble est un problème important pour le monde industriel car un défaut apparait en général d’abord comme un défaut superficiel mais peut, avec le temps, évoluer vers un défaut plus impactant. Pour cette raison notamment, il est utile de pouvoir détecter l’apparition d’un défaut dès son apparition et à un stade où son impact est superficiel afin d’anticiper son évolution en un défaut plus important.Detecting and locating a soft fault on a cable is an important problem for the industrial world because a fault generally first appears as a superficial fault but can, over time, evolve into a more impacting fault. For this reason in particular, it is useful to be able to detect the appearance of a defect as soon as it appears and at a stage where its impact is superficial in order to anticipate its evolution into a more significant defect.

Les méthodes d’analyse par réflectométrie dans le domaine temporel nécessitent l’utilisation de signaux dans une large bande de fréquence afin de pouvoir localiser avec précision un défaut. Cependant, tous les câbles ne permettent pas la transmission de signaux large bande, c’est le cas notamment des réseaux électriques qui fonctionnent plutôt à basses fréquences.Time domain reflectometry analysis methods require the use of signals in a wide frequency band in order to be able to precisely locate a defect. However, not all cables allow the transmission of broadband signals, this is particularly the case with electrical networks which operate rather at low frequencies.

Des méthodes de réflectométrie temporelle multi-porteuses existent par ailleurs et sont connues sous l’acronyme anglo-saxon MCTDR (Multi Carrier Time Domain Reflectometry). Ces méthodes appliquent le principe de modulation multi-porteuses au domaine du diagnostic filaire. Ces méthodes présentent l’avantage de permettre une séparation spectrale entre les signaux de test et les signaux utiles transmis sur le câble mais requièrent un post-traitement complexe du fait d’une perte d’information autour des fréquences basses.Multi-carrier time domain reflectometry methods also exist and are known by the English acronym MCTDR (Multi Carrier Time Domain Reflectometry). These methods apply the principle of multi-carrier modulation to the field of wired diagnosis. These methods have the advantage of allowing a spectral separation between the test signals and the useful signals transmitted on the cable but require a complex post-processing due to a loss of information around the low frequencies.

On connait également les méthodes dites OMTDR (Orthogonal Multi-Tone Time Domain Reflectometry) basées sur le principe des méthodes OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Ces méthodes sont robustes aux interférences et permettent une analyse sur une bande de fréquence large. Cependant, elles présentent l’inconvénient de nécessiter un grand nombre de porteuses pour obtenir une résolution spatiale de localisation du défaut suffisamment précise.Also known are the so-called OMTDR (Orthogonal Multi-Tone Time Domain Reflectometry) methods based on the principle of OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) methods. These methods are robust to interference and allow analysis over a wide frequency band. However, they have the disadvantage of requiring a large number of carriers to obtain a sufficiently precise spatial resolution of fault location.

Un autre inconvénient de certaines méthodes d’analyse par réflectométrie, dans le domaine temporel ou fréquentiel, est qu’elles sont sensibles aux phénomènes d’atténuation du signal injecté dans le câble à analyser. L’atténuation est fonction de la longueur du câble mais aussi de la fréquence du signal. Ainsi, pour des câbles très longs et pour des signaux hautes fréquences, une analyse par réflectométrie peut être considérablement perturbée par le phénomène d’atténuation.Another disadvantage of certain analysis methods by reflectometry, in the time or frequency domain, is that they are sensitive to the phenomena of attenuation of the signal injected into the cable to be analyzed. The attenuation is a function of the length of the cable but also of the frequency of the signal. Thus, for very long cables and for high frequency signals, an analysis by reflectometry can be considerably disturbed by the phenomenon of attenuation.

D’autres méthodes, basées sur le retournement temporel, permettent de résoudre certains inconvénients des méthodes classiques, en particulier la détection de défauts non francs. Le document [1] décrit notamment une méthode basée sur le retournement temporel et l’algorithme de classification MUSIC. Cette méthode présente des performances améliorées pour la détection de défauts non francs, cependant elle nécessite de pouvoir mesurer tous les paramètres S (ou « scattering parameters » en anglais) du câble ou du réseau de câbles, incluant à la fois les coefficients de réflexion et les coefficients de transmission. Un inconvénient de cette méthode est que les coefficients de transmission ne sont pas toujours aisément mesurables, en particulier pour les câbles de longueur importante.Other methods, based on time reversal, make it possible to solve certain drawbacks of conventional methods, in particular the detection of soft faults. Document [1] notably describes a method based on time reversal and the MUSIC classification algorithm. This method has improved performance for the detection of soft faults, however it requires the ability to measure all the S-parameters (or "scattering parameters") of the cable or cable network, including both the reflection coefficients and transmission coefficients. A disadvantage of this method is that the transmission coefficients are not always easily measurable, in particular for long cables.

Un objectif de l’invention est de proposer une méthode de détection et localisation de défaut dans un câble ou réseau de câbles qui permette de résoudre les inconvénients précités des méthodes de l’art antérieur.An object of the invention is to propose a method for detecting and locating faults in a cable or network of cables which makes it possible to solve the aforementioned drawbacks of the methods of the prior art.

Ainsi, l’invention porte sur un procédé de détection et localisation de défaut qui permet d’obtenir une précision de localisation inférieure à la longueur d’onde du signal et qui ne dépend pas de la fréquence du signal utilisé. Par ailleurs, la méthode proposée ne nécessite qu’une mesure des coefficients de réflexion aux extrémités du réseau de câbles mais n’a pas besoin de l’ensemble des paramètres S du réseau.Thus, the invention relates to a fault detection and localization method which makes it possible to obtain a localization precision lower than the wavelength of the signal and which does not depend on the frequency of the signal used. Moreover, the proposed method only requires a measurement of the reflection coefficients at the ends of the cable network but does not need all the S parameters of the network.

L’invention permet de localiser avec précision un défaut, quelle que soit la fréquence du signal, à partir d’une mesure du coefficient de réflexion à chaque extrémité du réseau. Le réseau à analyser est simulé avec différentes hypothèses de position du défaut, puis la propagation du signal dans le réseau est simulée à l’aide d’une fonction de Green. Une comparaison entre les coefficients de réflexion mesurés et les coefficients de réflexion simulés pour différentes hypothèses de défauts permet de localiser avec précision un défaut réel.The invention makes it possible to precisely locate a fault, whatever the frequency of the signal, from a measurement of the reflection coefficient at each end of the network. The network to be analyzed is simulated with different fault position hypotheses, then the propagation of the signal in the network is simulated using a Green's function. A comparison between the measured reflection coefficients and the simulated reflection coefficients for different fault hypotheses makes it possible to precisely locate a real fault.

L’invention peut être mise en œuvre à différentes fréquences de test et présente l’avantage de ne pas être dépendante des phénomènes d’atténuation liés à la propagation du signal dans le câble car la méthode proposée n’exploite que les phases des coefficients de réflexion.The invention can be implemented at different test frequencies and has the advantage of not being dependent on attenuation phenomena linked to the propagation of the signal in the cable because the proposed method only uses the phases of the coefficients of reflection.

L’invention a pour objet un procédé de détection de défauts dans un réseau de lignes de transmission ayant au moins deux extrémités, le procédé comprenant les étapes de :

déterminer, à chaque extrémité du réseau, une mesure du coefficient de réflexion d’un signal préalablement injecté à cette extrémité du réseau et réfléchi sur une discontinuité d’impédance provoquée par un défaut, en fonction de la fréquence,
pour chaque fréquence, construire un premier vecteur dont les composantes sont les mesures du coefficient de réflexion préalablement normalisées,
pour une pluralité d’hypothèses de position d’un défaut dans le réseau, simuler la propagation d’un signal généré à cette position vers chaque extrémité du réseau de manière à déterminer, pour chaque extrémité du réseau, une estimée du coefficient de réflexion normalisé en fonction de la fréquence et de la position du défaut,
pour chaque fréquence et pour chaque hypothèse de position d’un défaut, construire un second vecteur dont les composantes sont les estimées du coefficient de réflexion normalisé,
comparer le premier vecteur et le second vecteur déterminé pour chaque hypothèse de position et sélectionner l’hypothèse de position qui permet de minimiser une différence entre le premier vecteur et le second vecteur.

The subject of the invention is a method for detecting faults in a network of transmission lines having at least two ends, the method comprising the steps of:

determine, at each end of the network, a measurement of the reflection coefficient of a signal previously injected at this end of the network and reflected on an impedance discontinuity caused by a fault, as a function of the frequency,
for each frequency, construct a first vector whose components are the measurements of the previously normalized reflection coefficient,
for a plurality of position hypotheses of a fault in the network, simulating the propagation of a signal generated at this position towards each end of the network so as to determine, for each end of the network, an estimate of the normalized reflection coefficient depending on the frequency and position of the fault,
for each frequency and for each defect position assumption, construct a second vector whose components are the estimates of the normalized reflection coefficient,
comparing the first vector and the second vector determined for each position hypothesis and selecting the position hypothesis which makes it possible to minimize a difference between the first vector and the second vector.

Dans une variante particulière, le procédé de détection de défauts selon l’invention comprenant les étapes de :

Calculer, pour chaque hypothèse de position d’un défaut, la somme, pour l’ensemble des fréquences, des produits scalaires entre les premiers vecteurs et une forme orthogonale des seconds vecteurs,
Sélectionner l’hypothèse de position qui permet de minimiser le résultat du calcul précédent.

In a particular variant, the fault detection method according to the invention comprising the steps of:

Calculate, for each fault position hypothesis, the sum, for all the frequencies, of the scalar products between the first vectors and an orthogonal form of the second vectors,
Select the position assumption that minimizes the result of the previous calculation.

Selon un aspect particulier de l’invention, l’étape de simuler la propagation d’un signal généré à une position vers chaque extrémité du réseau est réalisée à l’aide d’un modèle basé sur une fonction de Green.According to a particular aspect of the invention, the step of simulating the propagation of a signal generated at a position towards each end of the network is carried out using a model based on a Green's function.

Selon un aspect particulier de l’invention, l’étape de déterminer une mesure du coefficient de réflexion à chaque extrémité du réseau est réalisée au moyen d’un analyseur de réseau vectoriel.According to a particular aspect of the invention, the step of determining a measurement of the reflection coefficient at each end of the network is carried out by means of a vector network analyzer.

L’invention a aussi pour objet un programme d'ordinateur comportant des instructions pour l'exécution du procédé de détection de défauts selon l’invention, lorsque le programme est exécuté par un processeur ainsi qu’un support d'enregistrement lisible par un processeur sur lequel est enregistré un programme comportant des instructions pour l'exécution du procédé de détection de défauts selon l’invention, lorsque le programme est exécuté par un processeur.The invention also relates to a computer program comprising instructions for the execution of the fault detection method according to the invention, when the program is executed by a processor as well as a recording medium readable by a processor on which is recorded a program comprising instructions for the execution of the fault detection method according to the invention, when the program is executed by a processor.

D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit en relation aux dessins annexés suivants :Other characteristics and advantages of the present invention will appear better on reading the following description in relation to the following appended drawings:

représente un schéma illustrant le principe connu de la réflectométrie temporelle et son application à la détection d’un défaut non franc, represents a diagram illustrating the known principle of time domain reflectometry and its application to the detection of a soft fault,

représente un exemple de réflectogramme illustrant l’allure de la signature d’un défaut non franc, represents an example of a reflectogram illustrating the appearance of the signature of a soft defect,

représente un organigramme détaillant les étapes de mise en œuvre du procédé selon l’invention, represents a flowchart detailing the steps for implementing the method according to the invention,

représente un schéma d’un câble à analyser au moyen du procédé selon l’invention, represents a diagram of a cable to be analyzed by means of the method according to the invention,

représente un exemple de résultat intermédiaire calculé via le procédé selon l’invention pour localiser un défaut. represents an example of intermediate result calculated via the method according to the invention to locate a fault.

On rappelle en préambule des notions générales de base sur les méthodes d’analyse de l’état d’un câble par réflectométrie.We recall in the preamble general basic notions on the methods of analysis of the state of a cable by reflectometry.

La figure 1 schématise, pour rappel, le principe de fonctionnement d’une méthode de diagnostic par réflectométrie appliquée à une ligne de transmission L présentant un défaut DNF, par exemple un défaut non franc. L’exemple décrit ci-dessous correspond à une méthode de réflectométrie temporelle.Figure 1 schematizes, as a reminder, the principle of operation of a diagnostic method by reflectometry applied to a transmission line L presenting a DNF fault, for example a non-clear fault. The example described below corresponds to a time domain reflectometry method.

Un signal de référence S, nommé également signal incident, est injecté dans la ligne de transmission en un point P. Le signal réfléchi R est mesuré au même point P (ou en un autre point de la ligne). Ce signal se propage dans la ligne et rencontre, au cours de sa propagation, une première discontinuité d’impédance à l’entrée du défaut DNF. Le signal se réfléchit sur cette discontinuité avec un coefficient de réflexion . Si l’impédance caractéristique dans la zone du défaut non franc DNF est inférieure à l’impédance caractéristique avant l’apparition du défaut, alors le coefficient de réflexion est négatif et se traduit par un pic d’amplitude négative dans le signal réfléchi R. Dans le cas inverse, le coefficient de réflexion est positif et se traduit par un pic d’amplitude positive dans le signal réfléchi R.A reference signal S, also called incident signal, is injected into the transmission line at a point P. The reflected signal R is measured at the same point P (or at another point on the line). This signal propagates in the line and encounters, during its propagation, a first impedance discontinuity at the input of the DNF fault. The signal is reflected on this discontinuity with a reflection coefficient . If the characteristic impedance in the zone of the non-dead fault DNF is lower than the characteristic impedance before the appearance of the fault, then the reflection coefficient is negative and results in a peak of negative amplitude in the reflected signal R. In the opposite case, the reflection coefficient is positive and results in a positive amplitude peak in the reflected signal R.

La partie transmise T du signal incident S continue de se propager dans la ligne et rencontre ensuite une deuxième discontinuité d’impédance créant une deuxième réflexion du signal incident avec un coefficient de réflexion de signe opposé au premier coefficient de réflexion Si alors . Si alors .The transmitted part T of the incident signal S continues to propagate in the line and then encounters a second impedance discontinuity creating a second reflection of the incident signal with a reflection coefficient of opposite sign to the first reflection coefficient Whether SO . Whether SO .

Ainsi, en observant le signal réfléchi R, la signature du défaut non franc DNF est caractérisée par deux pics successifs de signes inversés comme le montre la figure 2.Thus, by observing the reflected signal R, the signature of the soft fault DNF is characterized by two successive peaks of inverted signs as shown in figure 2.

La figure 2 représente un réflectogramme temporel qui correspond soit directement à la mesure du signal réfléchi R, soit à l’intercorrélation entre le signal réfléchi R et le signal injecté dans le câble S.Figure 2 represents a temporal reflectogram which corresponds either directly to the measurement of the reflected signal R, or to the intercorrelation between the reflected signal R and the signal injected into the cable S.

Dans le cas où le signal de référence injecté est une impulsion temporelle, ce qui correspond au cas d’une méthode de réflectométrie temporelle, le réflectogramme peut correspondre directement à la mesure du signal réfléchi R. Dans le cas où le signal de référence injecté est un signal plus complexe, par exemple pour des méthodes de type MCTDR (Multi Carrier Time Domain Reflectometry) ou OMTDR (Orthogonal Multi tone Time Domain Reflectometry), alors le réflectogramme est obtenu en inter-corrélant le signal réfléchi R et le signal injecté S.In the case where the injected reference signal is a temporal pulse, which corresponds to the case of a time-domain reflectometry method, the reflectogram can correspond directly to the measurement of the reflected signal R. In the case where the injected reference signal is a more complex signal, for example for methods of the MCTDR (Multi Carrier Time Domain Reflectometry) or OMTDR (Orthogonal Multi tone Time Domain Reflectometry) type, then the reflectogram is obtained by inter-correlating the reflected signal R and the injected signal S.

Sur la figure 2, on a représenté deux réflectogrammes 201,202 correspondants à deux durées d’impulsion différentes pour le signal injecté dans le câble. La courbe 201 correspond à une durée d’impulsion 2.∆T très supérieure au temps de traversée, par le signal, du défaut non franc DNF. La longueur du défaut étant notée Ld, cette durée vaut Ld/V, avec V la vitesse de propagation du signal dans le câble. La courbe 202 correspond à une durée d’impulsion 2.∆T très inférieure au temps de traversée, par le signal, du défaut non franc DNF.In FIG. 2, two reflectograms 201,202 have been shown corresponding to two different pulse durations for the signal injected into the cable. Curve 201 corresponds to a 2.∆T pulse duration much greater than the signal crossing time of the non-dead fault DNF. The length of the fault being denoted Ld, this duration is Ld/V, with V the speed of propagation of the signal in the cable. Curve 202 corresponds to a 2.∆T pulse duration much lower than the signal crossing time of the non-dead fault DNF.

Dans les deux cas, la signature 203 du défaut non franc, dans le réflectogramme, est toujours composée de la succession d’un premier pic et d’un second pic dont les signes sont inversés.In both cases, the signature 203 of the non-sharp defect, in the reflectogram, is always composed of the succession of a first peak and a second peak whose signs are reversed.

La distance entre les deux pics représente la longueur du défaut non franc et leur amplitude représente la sévérité du défaut non franc. En effet, plus la variation de l’impédance caractéristique est importante, plus l’amplitude de la signature du défaut non franc dans le réflectogramme est également importante.The distance between the two peaks represents the length of the soft fault and their amplitude represents the severity of the soft fault. Indeed, the greater the variation in the characteristic impedance, the greater the amplitude of the signature of the non-sharp defect in the reflectogram.

Comme cela est connu dans le domaine des méthodes de diagnostic par réflectométrie, la position d_DNFdu défaut non franc sur le câble, autrement dit sa distance au point P d’injection du signal, peut être directement obtenue à partir de la mesure, sur le réflectogramme temporel de la figure 2, de la durée t_DNFentre le premier pic d’amplitude relevé sur le réflectogramme (à l’abscisse 0,5 sur l’exemple de la figure 2) et le pic d’amplitude 203 correspondant à la signature du défaut non franc.As is known in the field of diagnostic methods by reflectometry, the position d _DNF of the non-straight fault on the cable, in other words its distance from the signal injection point P, can be obtained directly from the measurement, on the temporal reflectogram of FIG. 2, of the duration t _DNF between the first amplitude peak recorded on the reflectogram (at the abscissa 0.5 in the example of FIG. 2) and the amplitude peak 203 corresponding to the signature of the defect not frank.

Différentes méthodes connues sont envisageables pour déterminer la position d_DNF. Une première méthode consiste à appliquer la relation liant distance et temps : d_DNF ₌V.t_DNFoù V est la vitesse de propagation du signal dans le câble. Une autre méthode possible consiste à appliquer une relation de proportionnalité du type d_DNF/ t_DNF= L/t₀où L est la longueur du câble et t₀est la durée, mesurée sur le réflectogramme, entre le pic d’amplitude correspondant à la discontinuité d’impédance au point d’injection et le pic d’amplitude correspondant à la réflexion du signal sur l’extrémité du câble.Various known methods can be envisaged for determining the position of _DNF . A first method consists in applying the relationship linking distance and time: d _DNF ₌ Vt _DNF where V is the propagation speed of the signal in the cable. Another possible method consists in applying a proportionality relation of the type d _DNF / t _DNF = L/t ₀ where L is the length of the cable and t ₀ is the duration, measured on the reflectogram, between the amplitude peak corresponding to the impedance discontinuity at the injection point and the amplitude peak corresponding to the reflection of the signal on the end of the cable.

La figure 3 représente, sur un organigramme, les étapes de mise en œuvre du procédé de détection de défauts selon un mode de réalisation de l’invention.FIG. 3 represents, on a flowchart, the steps for implementing the fault detection method according to one embodiment of the invention.

A titre illustratif, l’invention est décrite pour une application à un câble simple tel que schématisé à la figure 4. Le câble schématisé présente deux extrémités E1,E2 et un défaut D positionné entre les deux extrémités.By way of illustration, the invention is described for an application to a single cable as shown schematically in FIG. 4. The cable shown schematically has two ends E1, E2 and a fault D positioned between the two ends.

La première étape 301 du procédé objet de l’invention consiste à réaliser une mesure via un test de réflectométrie à chaque extrémité du câble.The first step 301 of the method that is the subject of the invention consists in carrying out a measurement via a reflectometry test at each end of the cable.

Le test de réflectométrie est, par exemple, réalisé au moyen d’un analyseur de réseau vectoriel ou tout autre dispositif équivalent. Il consiste à injecter un signal de référence dans le câble puis à mesurer la réflexion du signal sur la discontinuité d’impédance provoquée par le défaut D et à en déduire une mesure du coefficient de réflexion. Chaque coefficient de réflexion mesuré est une grandeur complexe qui peut être exprimée via son amplitude et sa phase.The reflectometry test is, for example, carried out using a vector network analyzer or any other equivalent device. It consists of injecting a reference signal into the cable then measuring the reflection of the signal on the impedance discontinuity caused by the fault D and deducing a measurement of the reflection coefficient. Each measured reflection coefficient is a complex quantity which can be expressed via its amplitude and its phase.

Dans l’exemple de la figure 4, le coefficient de réflexion mesuré à l’extrémité E1 peut s’exprimer via la relation suivante : In the example of figure 4, the reflection coefficient measured at the end E1 can be expressed via the following relationship:

De même, le coefficient de réflexion mesuré à l’extrémité E2 peut s’exprimer via la relation suivante : Similarly, the reflection coefficient measured at the end E2 can be expressed via the following relationship:

est l’amplitude du coefficient de réflexion qui est liée à l’amplitude de la réflexion du signal sur le défaut D et qui est identique pour les deux mesures. is the amplitude of the reflection coefficient which is linked to the amplitude of the reflection of the signal on the defect D and which is identical for the two measurements.

T est le temps de propagation du signal pour parcourir toute la longueur du câble. T=L/v avec L la longueur du câble et v la vitesse de propagation du signal dans le câble.T is the signal propagation time to travel the entire length of the cable. T=L/v with L the length of the cable and v the propagation speed of the signal in the cable.

est le temps de propagation du signal pour parcourir la distance entre la première extrémité E1 du câble et le défaut D. is the signal propagation time to travel the distance between the first end E1 of the cable and the fault D.

est la fréquence angulaire ou pulsation du signal, liée à la fréquence du signal par la relation bien connue . is the angular frequency or pulsation of the signal, related to the frequency of the signal by the well-known relation .

Les mesures précitées sont réalisées pour plusieurs valeurs de fréquence dans une bande de fréquence prédéterminée. Autrement dit, les mesures dépendent de la fréquence du signal.The aforementioned measurements are carried out for several frequency values in a predetermined frequency band. In other words, the measurements depend on the frequency of the signal.

Dans le cas d’une analyse d’un réseau de câbles comprenant N extrémités, N étant strictement supérieur à deux, l’étape 301 consiste à réaliser une mesure de coefficient de réflexion à chaque extrémité du réseau afin d’obtenir un total de N mesures, chaque mesure étant réalisée sur la même plage de fréquences.In the case of an analysis of a network of cables comprising N ends, N being strictly greater than two, step 301 consists in carrying out a reflection coefficient measurement at each end of the network in order to obtain a total of N measurements, each measurement being performed on the same frequency range.

Dans une deuxième étape 302, on détermine, pour chaque fréquence, un vecteur u des coefficients de réflexion normalisés. Les composantes du vecteur u sont les coefficients de réflexion mesurés à l’étape 301 puis normalisés de sorte à ne conserver que la phase.In a second step 302, a vector u of normalized reflection coefficients is determined for each frequency. The components of the vector u are the reflection coefficients measured in step 301 then normalized so as to retain only the phase.

Pour l’exemple de la figure 4, le vecteur u s’exprime via la relation suivante : For the example of figure 4, the vector u is expressed via the following relation:

En sortie de l’étape 302, on obtient m vecteurs associés chacun à une valeur de fréquence.At the output of step 302, m vectors are obtained, each associated with a frequency value.

L’étape suivante 303 est une étape de simulation. Elle consiste à fixer plusieurs hypothèses de défaut le long du câble et, pour chaque hypothèse, à simuler la propagation d’un signal depuis la position du défaut vers chacune des extrémités du câble. Cette étape de simulation est réalisée à l’aide d’une fonction dite de Green qui permet de modéliser la propagation d’une onde depuis un point vers un autre en exploitant uniquement la phase de l’onde. La fonction de Green est, par exemple, introduite dans la référence “Time-domain response of multiconductor transmission lines” publiée dans Proceedings of the IEEE ( Volume: 75 , Issue: 6 , June 1987). L’étape de simulation 303 prend également en compte les caractéristiques du câble ou du réseau de câble à analyser, en particulier la vitesse de propagation du signal dans ce câble. L’étape de simulation 303 est réalisée pour les mêmes fréquences que celles utilisées pour les mesures réalisées à l’étape 301. L’étape 303 de simulation est réalisée au moyen de tout outil logiciel de simulation adapté pour réaliser des calculs numériques.The next step 303 is a simulation step. It consists of setting several fault hypotheses along the cable and, for each hypothesis, simulating the propagation of a signal from the position of the fault to each end of the cable. This simulation step is carried out using a so-called Green function which makes it possible to model the propagation of a wave from one point to another by exploiting only the phase of the wave. Green's function is, for example, introduced in the reference “Time-domain response of multiconductor transmission lines” published in Proceedings of the IEEE (Volume: 75, Issue: 6, June 1987). The simulation step 303 also takes into account the characteristics of the cable or of the cable network to be analyzed, in particular the propagation speed of the signal in this cable. The simulation step 303 is carried out for the same frequencies as those used for the measurements carried out in step 301. The simulation step 303 is carried out by means of any simulation software tool suitable for carrying out digital calculations.

A partir de la simulation réalisée à l’étape 303, on détermine, dans une étape 304, pour chaque fréquence et chaque hypothèse de position x_id’un défaut, un vecteur simulé dont les composantes sont les coefficients de réflexion normalisés simulés à chaque extrémité du câble. Un vecteur simulé à partir de la fonction de Green peut être exprimé via la relation suivante : On the basis of the simulation carried out in step 303, a simulated vector is determined, in a step 304, for each frequency and each hypothesis of position x _i of a defect, the components of which are the normalized reflection coefficients simulated at each end of the cable. A vector simulated from Green's function can be expressed via the following relation:

est le temps de propagation du signal pour parcourir la distance entre la première extrémité E1 du câble et le défaut D (pour l’exemple de la figure 4). is the signal propagation time to travel the distance between the first end E1 of the cable and the fault D (for the example in Figure 4).

Le nombre de vecteurs simulés en sortie de l’étape 304 est égal à mxN_hoù m est le nombre de fréquences et N_hle nombre d’hypothèses de position de défaut.The number of vectors simulated at the output of step 304 is equal to m×N _h where m is the number of frequencies and N _h the number of fault position hypotheses.

Dans une étape suivante 305, on compare les vecteurs simulés G_r(x_i) avec les vecteurs mesurés u. Pour cela, on détermine la forme orthogonale de chaque vecteur simulé puis on calcule une erreur de projection entre les vecteurs u mesurés et les vecteurs orthogonaux simulés.In a following step 305, the simulated vectors G _r (x _i ) are compared with the measured vectors u. For this, the orthogonal shape of each simulated vector is determined and then a projection error is calculated between the measured vectors u and the simulated orthogonal vectors.

Par exemple, la comparaison est réalisée en calculant la fonction suivante : For example, the comparison is performed by calculating the following function:

u_jest un vecteur mesuré obtenu à l’étape 302 pour une fréquence f_j u _j is a measured vector obtained at step 302 for a frequency f _j

est un vecteur simulé obtenu à l’étape 304 pour la même fréquence f_jet mis sous une forme orthogonale. is a simulated vector obtained in step 304 for the same frequency f_Iand put in an orthogonal form.

A titre d’exemple, la forme orthogonale d’un vecteur à deux composantes est obtenue en multipliant ce vecteur par le vecteur .As an example, the orthogonal form of a vector with two components is obtained by multiplying this vector by the vector .

La notation |.| désigne le produit scalaire entre deux vecteurs.The notation |.| is the scalar product between two vectors.

La fonction est calculée pour chaque hypothèse de position de défaut x_i.Function is calculated for each default position hypothesis x _i .

Dans une dernière étape 306, on recherche la valeur de x_iqui maximise la fonction , cette valeur correspondant à la position la plus vraisemblable du défaut. En effet, la position du défaut est retrouvée lorsque la projection entre les vecteurs mesurés et les vecteurs simulés tend vers zéro.In a last step 306, the value of x _i which maximizes the function is sought. , this value corresponding to the most likely position of the fault. Indeed, the position of the defect is found when the projection between the measured vectors and the simulated vectors tends towards zero.

La figure 5 représente, à titre illustratif, l’évolution de la fonction en fonction de la distance entre le défaut et l’extrémité E1 du câble, pour le cas d’application de la figure 4. Un maximum de la fonction est obtenu pour un défaut localisé à une distance de 1,85m de l’extrémité E1.Figure 5 represents, by way of illustration, the evolution of the function depending on the distance between the fault and the end E1 of the cable, for the application case of figure 4. A maximum of the function is obtained for a fault located at a distance of 1.85m from the end E1 .

Sans sortir du cadre de l’invention, toute autre fonction permettant de comparer les vecteurs mesurés et les vecteurs simulés peut être envisagée. En particulier, la fonction utilisée peut être l’inverse de celle donnée par la relation [Math. 5] auquel cas la sélection de la position du défaut se fait en recherchant le minimum de la fonction et non plus son maximum.Without departing from the scope of the invention, any other function making it possible to compare the measured vectors and the simulated vectors can be envisaged. In particular, the function used can be the inverse of that given by the relation [Math. 5] in which case the selection of the fault position is made by seeking the minimum of the function and no longer its maximum.

Le procédé selon l’invention peut être mis en œuvre en tant que programme d’ordinateur, le procédé étant appliqué à des mesures de réflectométrie acquises par des dispositifs du type analyseur de réseau vectoriel connectés à chaque extrémité du réseau de câble à analyser. L’invention peut être mise en œuvre en tant que programme d’ordinateur comportant des instructions pour son exécution. Le programme d’ordinateur peut être enregistré sur un support d’enregistrement lisible par un processeur.The method according to the invention can be implemented as a computer program, the method being applied to reflectometry measurements acquired by devices of the vector network analyzer type connected to each end of the cable network to be analyzed. The invention can be implemented as a computer program comprising instructions for its execution. The computer program may be recorded on a processor-readable recording medium.

La référence à un programme d'ordinateur qui, lorsqu'il est exécuté, effectue l'une quelconque des fonctions décrites précédemment, ne se limite pas à un programme d'application s'exécutant sur un ordinateur hôte unique. Au contraire, les termes programme d'ordinateur et logiciel sont utilisés ici dans un sens général pour faire référence à tout type de code informatique (par exemple, un logiciel d'application, un micro logiciel, un microcode, ou toute autre forme d'instruction d'ordinateur) qui peut être utilisé pour programmer un ou plusieurs processeurs pour mettre en œuvre des aspects des techniques décrits ici. Les moyens ou ressources informatiques peuvent notamment être distribués ("Cloud computing"), éventuellement selon des technologies de pair-à-pair. Le code logiciel peut être exécuté sur n'importe quel processeur approprié (par exemple, un microprocesseur) ou cœur de processeur ou un ensemble de processeurs, qu'ils soient prévus dans un dispositif de calcul unique ou répartis entre plusieurs dispositifs de calcul (par exemple tels qu’éventuellement accessibles dans l’environnement du dispositif). Le code exécutable de chaque programme permettant au dispositif programmable de mettre en œuvre les processus selon l'invention, peut être stocké, par exemple, dans le disque dur ou en mémoire morte. De manière générale, le ou les programmes pourront être chargés dans un des moyens de stockage du dispositif avant d'être exécutés. L'unité centrale peut commander et diriger l'exécution des instructions ou portions de code logiciel du ou des programmes selon l'invention, instructions qui sont stockées dans le disque dur ou dans la mémoire morte ou bien dans les autres éléments de stockage précités.Reference to a computer program which, when executed, performs any of the functions previously described, is not limited to an application program running on a single host computer. Rather, the terms computer program and software are used herein in a general sense to refer to any type of computer code (e.g., application software, firmware, microcode, or other form of computer instruction) that can be used to program one or more processors to implement aspects of the techniques described herein. The computing means or resources can in particular be distributed (“ Cloud computing ”), possibly using peer-to-peer technologies. The software code may be executed on any suitable processor (e.g., a microprocessor) or processor core or set of processors, whether provided in a single computing device or distributed among multiple computing devices (e.g. example as possibly accessible in the environment of the device). The executable code of each program allowing the programmable device to implement the processes according to the invention can be stored, for example, in the hard disk or in ROM. In general, the program or programs can be loaded into one of the storage means of the device before being executed. The central unit can control and direct the execution of the instructions or portions of software code of the program or programs according to the invention, instructions which are stored in the hard disk or in the ROM or else in the other aforementioned storage elements.

Alternativement, l’invention peut aussi être mise en œuvre au moyen d’un processeur embarqué dans un dispositif de test spécifique. Le processeur peut être un processeur générique, un processeur spécifique, un circuit intégré propre à une application (connu aussi sous le nom anglais d’ASIC pour « Application-Specific Integrated Circuit ») ou un réseau de portes programmables in situ (connu aussi sous le nom anglais de FPGA pour « Field-Programmable Gate Array »). Le dispositif selon l’invention peut utiliser un ou plusieurs circuits électroniques dédiés ou un circuit à usage général. La technique de l'invention peut se réaliser sur une machine de calcul reprogrammable (un processeur ou un micro-contrôleur par exemple) exécutant un programme comprenant une séquence d'instructions, ou sur une machine de calcul dédiée (par exemple un ensemble de portes logiques comme un FPGA ou un ASIC, ou tout autre module matériel).Alternatively, the invention can also be implemented by means of a processor embedded in a specific test device. The processor may be a generic processor, a specific processor, an application-specific integrated circuit (also known as an ASIC for "Application-Specific Integrated Circuit") or an array of field-programmable gates (also known as the English name of FPGA for "Field-Programmable Gate Array"). The device according to the invention can use one or more dedicated electronic circuits or a circuit for general use. The technique of the invention can be implemented on a reprogrammable calculation machine (a processor or a microcontroller for example) executing a program comprising a sequence of instructions, or on a dedicated calculation machine (for example a set of gates such as an FPGA or an ASIC, or any other hardware module).

Claims

A method of detecting faults in a network of transmission lines having at least two ends, the method comprising the steps of:

determining (301), at each end of the network, a measurement of the reflection coefficient of a signal previously injected at this end of the network and reflected on an impedance discontinuity caused by a fault, as a function of the frequency,
for each frequency, constructing (302) a first vector whose components are the measurements of the previously normalized reflection coefficient,
for a plurality of position hypotheses of a fault in the network, simulating (303) the propagation of a signal generated at this position towards each end of the network so as to determine, for each end of the network, an estimate of the coefficient normalized reflection according to the frequency and the position of the fault,
for each frequency and for each defect position hypothesis, constructing (304) a second vector whose components are the estimates of the normalized reflection coefficient,
comparing (305) the first vector and the second vector determined for each position hypothesis and selecting the position hypothesis which makes it possible to minimize a difference between the first vector and the second vector.

A method of detecting faults according to claim 1 comprising the steps of:

Calculate, for each fault position hypothesis, the sum, for all the frequencies, of the scalar products between the first vectors and an orthogonal form of the second vectors,
Select (306) the position hypothesis which makes it possible to minimize the result of the preceding calculation.

Fault detection method according to one of the preceding claims, in which the step of simulating (303) the propagation of a signal generated at a position towards each end of the network is carried out using a model based on a Green's function.

Method for detecting faults according to one of the preceding claims, in which the step of determining (301) a measurement of the reflection coefficient at each end of the network is carried out by means of a vector network analyzer.

Computer program comprising instructions for the execution of the fault detection method according to any one of claims 1 to 4, when the program is executed by a processor.

A processor-readable recording medium on which is recorded a program comprising instructions for the execution of the fault detection method according to any one of claims 1 to 4, when the program is executed by a processor.